2025-2026学年高中物理鲁科版（2019）必修第二册 第4章 第2节 万有引力定律的应用 课件

第2节　万有引力定律的应用目 录 01.基础知识·准落实02.核心要点·快突破03.教学效果·勤检测04.课时训练·提素能基础知识·准落实梳理归纳 自主学习 01  重力　  万有引力　  向心力　知识点二　人造卫星上天1. 人造卫星（1）牛顿的设想：如图所示，当 足够大时，被抛出物体将会围绕地球旋转而不再落回地面，成为一颗绕地球转动的 ⁠。抛出速度　卫星　 万有引力　2. 宇宙速度（1）第一宇宙速度大小为 ，也称环绕速度。（2）第二宇宙速度大小为 ，也称脱离速度。（3）第三宇宙速度大小为 ，也称逃逸速度。7.9 km/s　11.2 km/s　16.7 km/s　知识点三　预测未知天体1. 海王星的发现在观测天王星时，发现其实际轨道与万有引力计算的轨道不吻合，并由此预测存在另一行星，这就是后来发现的 ⁠。2. 意义巩固了 的地位，展示了科学理论的预见性。海王星　万有引力定律　【情景思辨】　如图所示的是木星和它周围运行的卫星。判断下列说法的正误。（1）木星对卫星的万有引力提供了卫星做圆周运动的向心力。（　√　）√（2）如果测出一颗卫星的轨道半径和周期就可以算出木星的质量。（　√　）（3）如果测出一颗卫星的质量和卫星到木星表面的距离就可以算出木星的质量。（　×　）（4）木星的第一宇宙速度也是7.9 km/s。（　×　）√××核心要点·快突破互动探究 深化认知 02 要点一　天体质量的计算【探究】　卡文迪许在实验室测出了引力常量G的值，他被称为“能称量地球质量的人”。（1）他“称量”的依据是什么？提示： 若忽略地球自转的影响，在地球表面上物体受到的重力等于地球对物体的万有引力。（2）若还已知地球表面重力加速度g，地球半径R，求地球的质量和密度。 【归纳】对天体质量及密度的计算【典例1】　假设在半径为R的某天体上发射一颗该天体的卫星，若它贴近该天体的表面做匀速圆周运动的周期为T1，已知引力常量为G。（1）求该天体的质量和密度； 解析：设卫星的质量为m，天体的质量M。 （2）若这颗卫星距该天体表面的高度为h，测得卫星在该高度做圆周运动的周期为T2，求该天体的质量和密度。    1. 2021年4月，我国自主研发的空间站“天和”核心舱成功发射并入轨运行。若核心舱绕地球的运行可视为匀速圆周运动，已知引力常量为G，由下列物理量能计算出地球质量的是（　　） 2. 我国成功地进行了“嫦娥四号”的发射和落月任务，进一步获取了月球的相关数据。嫦娥四号在月球上空绕月球做匀速圆周运动时，经过时间t，运动的路程是s，与月球中心连线扫过的角度是θ（弧度），引力常量为G，月球半径为R，则可推知月球的密度是（　　） 要点二　万有引力与重力的关系1. 物体在地球表面上所受引力与重力的关系：除两极以外，地面上其他点的物体，都围绕地轴做圆周运动，这就需要一个垂直于地轴的向心力。地球对物体引力的一个分力F提供向心力，另一个分力为重力mg，如图所示。   【典例2】　假设地球可视为质量均匀分布的球体，已知地球表面的重力加速度在两极的大小为g0，在赤道的大小为g；地球自转的周期为T，引力常量为G，则地球的密度为（　　）  1. （多选）如图所示，P、Q是质量均为m的两个质点，分别置于地球表面不同纬度上，如果把地球看成是一个质量分布均匀的球体，P、Q两质点随地球自转做匀速圆周运动，则下列说法正确的是（　　） 2. 从“玉兔”登月到“祝融”探火，我国星际探测事业实现了由地月系到行星际的跨越。已知火星质量约为月球的9倍，半径约为月球的2倍，“祝融”火星车的质量约为“玉兔”月球车的2倍。在着陆前，“祝融”和“玉兔”都会经历一个由着陆平台支撑的悬停过程。悬停时，“祝融”与“玉兔”所受着陆平台的作用力大小之比为（　　） 要点三　对三种宇宙速度的理解及其应用【探究】　发射卫星，要有足够大的速度才行，请思考：（1）不同星球的第一宇宙速度是否相同？第一宇宙速度的决定因素是什么？ （2）人造地球卫星离地面越高，其线速度越小，那么发射起来是不是越容易？提示： 不是。近地卫星最“容易”发射，离地面越高的卫星，越难发射。【归纳】1. 第一宇宙速度 （2）推导   特别提醒  2. 第二宇宙速度（1）大小：v2＝11.2 km/s。（2）意义：在地面附近发射飞行器，使之能够克服地球的引力，永远离开地球所需的最小发射速度。特别提醒 3. 第三宇宙速度（1）大小：v3＝16.7 km/s。（2）意义：在地面附近发射飞行器，使之能够挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外的最小发射速度。4. 发射速度与卫星的轨道关系（1）当7.9 km/s≤v发＜11.2 km/s时，卫星绕地球做椭圆运动。（2）当11.2 km/s≤v发＜16.7 km/s时，卫星绕太阳旋转，成为太阳系的一颗“小行星”。（3）当v发≥16.7 km/s时，卫星脱离太阳的引力束缚跑到太阳系以外的空间中去。  规律总结对最小发射速度和“最大环绕速度”的理解  1. 若已知地球表面的重力加速度为g，引力常量为G，地球的第一宇宙速度为v1，则（　　）   要点回眸教学效果·勤检测强化技能 查缺补漏 03 1. （多选）下列说法正确的是（　　）解析： 　海王星是人们根据万有引力定律计算出其轨道，然后由天文工作者在预言的位置附近观察到的，天王星是人们通过望远镜观察发现的；由于天王星的运行轨道偏离根据万有引力定律计算出来的轨道，引起了人们的思考，推测天王星轨道外面存在未知行星，进而发现了海王星。故A、C正确，B、D错误。2. 科学家对银河系中心附近的恒星S2进行了多年的持续观测，给出1994年到2002年间S2的位置如图所示。科学家认为S2的运动轨迹是半长轴为1 000 AU（太阳到地球的距离为1 AU）的椭圆，银河系中心可能存在超大质量黑洞。这项研究工作获得了2020年诺贝尔物理学奖。若认为S2所受的作用力主要为该大质量黑洞的引力，设太阳的质量为M，可以推测出该黑洞质量约为（　　） 3. 若月球绕地球的运动可近似看作匀速圆周运动，并且已知月球绕地球运动的轨道半径为r、绕地球运动的周期为T，引力常量为G，由此可以知道（　　） 4. 据报道，在太阳系外发现了首颗“宜居”行星，设其质量为地球质量的k倍，其半径为地球半径的p倍，由此可推知该行星表面的重力加速度与地球表面重力加速度之比为（　　）  04课时训练·提素能分层达标 素养提升 1. 土星最大的卫星叫“泰坦”（如图所示），每16天绕土星运行一周，其公转轨道半径约为1.2×106 km，已知引力常量G＝6.67×10－11 N·m2/kg2，则土星的质量约为（　　） 2. 若一均匀球形星体的密度为ρ，引力常量为G，则在该星体表面附近沿圆轨道绕其运动的卫星的周期是（　　） 3. 一物体从一行星表面某高度处自由下落（不计阻力）。自开始下落计时，得到物体离行星表面高度h随时间t变化的图像如图所示，则根据题设条件可以计算出（　　） 4. 如图所示，在火星与木星轨道之间有一小行星带。假设该带中的小行星只受到太阳的引力，并绕太阳做匀速圆周运动。下列说法正确的是（　　） 5. 我国女航天员王亚平在2013年6月第一次进入太空时在“天宫1号”飞船内进行了首次太空授课，演示了几个完全失重状态下的物理现象与物理实验。若飞船内静止的水珠质量为m，飞船运动的轨道距地面高度为h，地球质量为M、半径为R，引力常量为G，则水珠受地球的引力及水珠的加速度大小分别为（　　） 6. 2021年5月7日，我国成功将“遥感三十号”08组卫星发射升空，卫星进入预定轨道。假设某卫星绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径为r，运动周期为T。地球半径为R，引力常量为G。求：（1）卫星的向心加速度大小；    （2）地球的平均密度。  7. 某同学从网上得到一些信息，如下表数据所示，则地球和月球的密度之比为（　　） 8. 假设地球可视为质量均匀分布的球体，已知地球表面重力加速度在两极的大小为g0，在赤道的大小为g，地球的半径为R，则地球的自转周期为（　　） 9. 1798年英国物理学家卡文迪许测出引力常量G，因此卡文迪许被人们称为“能称出地球质量的人”。若已知引力常量为G，地球表面处的重力加速度为g，地球半径为R，地球上一个昼夜的时间为T1（地球自转周期），一年的时间为T2（地球公转周期），地球中心到月球中心的距离为L1，地球中心到太阳中心的距离为L2。下列说法正确的是（　　） 10. 美国的“卡西尼”号探测器经过长达7年的“艰苦”旅行，进入绕土星飞行的轨道，若“卡西尼”号探测器在半径为R的土星上空离土星表面高h的圆形轨道上绕土星飞行，环绕n周飞行时间为t，已知引力常量为G，则下列关于土星质量M和平均密度ρ的表达式正确的是（　　） 11. （2024·山东临沂期中）2024年4月26日，我国神舟十八号宇宙飞船三位航天员与神舟十七号上的三位航天员在中国空间站成功会师。空间站绕地球运行视为匀速圆周运动，运行周期为T。若不考虑地球自转，地球表面的重力加速度为g，地球半径为R，万有引力常量为G。求：（1）地球的平均密度ρ；   （2）空间站距离地面的高度h。   谢谢观看!