《萬有引力理論的成就》萬有引力與宇宙航行PPT優質課件
第一部分內容：核心素養目標
物理觀念
了解萬有引力定律在天文學上的重要應用。
科學思維
掌握計算天體的質量和密度的方法。
科學態度與責任
認識科學定律對人類探索未知世界的作用。
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萬有引力理論的成就PPT，第二部分內容：課前學習
知識點一 “稱量”地球的質量
如何“稱量”地球的質量呢？
1.思路：地球表面上質量為m的物體，若不考慮地球自轉，物體的重力等于地球對物體的萬有引力。
2.關系式：mg＝________。(m地為地球質量，R為地球的半徑)
3.結論：m地＝________，只要知道g、R、G的值，就可計算出地球的質量。
利用m地＝gR2G“稱量”地球質量的方法可以推廣到其他天體(如月球)質量的確定，只不過R應是該天體的半徑，g應是該天體表面的重力加速度。
知識點二 計算天體的質量
1.思路：質量為m的行星繞太陽做勻速圓周運動時，行星與太陽間的萬有引力提供向心力。
2.關系式：
3.結論：m太＝___________，只要知道行星繞太陽運動的周期T和半徑r就可以計算出太陽的質量。
[思考判斷]
(1)地球表面的物體的重力必然等于地球對它的萬有引力。( )
(2)若只知道某行星繞太陽做圓周運動的半徑，則可以求出太陽的質量。( )
(3)若知道某行星繞太陽做圓周運動的線速度和角速度，則可以求出太陽的質量。( )
知識點三 發現未知天體、預言哈雷彗星回歸
[觀圖助學]
太陽系的行星(或矮行星)中，海王星距離太陽很遠，是如何被發現的？
1.海王星的發現：英國劍橋大學的學生________和法國年輕的天文學家_______根據天王星的觀測資料，利用萬有引力定律計算出天王星外“新”行星的軌道。1846年9月23日，德國的_______在勒維耶預言的位置附近發現了這顆行星——________。
2.其他天體的發現：近100年來，人們在海王星的軌道之外又發現了________、鬩神星等幾個較大的天體。
3.哈雷彗星回歸
英國天文學家哈雷計算出在1531年、1607年和1682年出現的三顆彗星的軌道如出一轍，并預言這三次出現的彗星是同一顆星，周期約為76年，還預言它將于1758年底或1759年初再次回歸。1759年3月這顆彗星如期通過了近日點，它最近一次回歸是1986年，它的下次回歸將在2061年左右。
[思考判斷]
(1)天王星是依據萬有引力定律計算的軌道而發現的。( )
(2)海王星的發現確立了萬有引力定律的地位。( )
(3)牛頓根據萬有引力定律計算出了海王星的軌道。( )
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萬有引力理論的成就PPT，第三部分內容：核心探究
核心要點一 計算天體的質量和密度
[問題探究]
月球是地球的唯一一顆天然衛星，月球已經伴隨地球超過46億年，根據月球的公轉周期和軌道半徑，我們能否推導出月球的質量，能否推導出地球的質量？
[探究歸納]
天體質量和密度的計算
[試題案例]
[例1] (2017·北京卷)利用引力常量G和下列有關數據，的是( )
A.地球的半徑及重力加速度
B.人造衛星在地面附近繞地球做圓周運動的速度及周期
C.月球繞地球做圓周運動的周期及月球與地球間的距離
D.地球繞太陽做圓周運動的周期及地球與太陽間的距離
方法總結
(1)利用萬有引力提供向心力的方法只能求解中心天體的質量，而不能求出做圓周運動的環繞天體(行星或衛星)的質量。
(2)要注意R、r的區分：R指中心天體的半徑，r指環繞天體(行星或衛星)的軌道半徑。
圖中r＝R＋h，R為中心天體半徑、r為環繞半徑、h為環繞天體(行星或衛星)離中心天體表面的高度。
[例2] 2019年1月3日，由我國發射的“嫦娥四號”首次實現人類探測器在月球背面的軟著陸。地球表面的重力加速度是月球表面重力加速度的6倍，地球半徑為月球半徑的4倍，則地球和月球的平均密度之比為( )
A.1.5 B.4 C.6 D.24
核心要點二 天體運動物理量的分析與計算
[問題探究]
已知地球、火星都繞太陽轉動，火星的公轉半徑是地球公轉半徑的1.5倍，根據以上材料思考：
(1)地球、火星遵循什么樣的動力學規律？
(2)如何比較火星與地球的線速度、角速度、周期以及向心加速度的大??？
[探究歸納]
1.基本思路
一般行星或衛星的運動可看作勻速圓周運動，所需要的向心力都由中心天體對它的萬有引力提供，即F向＝F萬。
2.常用關系
[試題案例]
[例3] 火星直徑約為地球的一半，質量約為地球的十分之一，它繞太陽公轉的軌道半徑約為地球公轉半徑的1.5倍。根據以上數據，以下說法中正確的是( )
A.火星表面重力加速度的數值比地球表面的大
B.火星公轉的周期比地球的長
C.火星公轉的線速度比地球的大
D.火星公轉的向心加速度比地球的大
方法總結 解答天體運動問題的技巧
(1)建立模型
不論是自然天體(如地球、月球等)還是人造天體(如衛星、飛船等)，只要它們是在繞某一中心天體做圓周運動，就可以將其簡化為質點的勻速圓周運動模型來處理問題。
(2)列方程求解
根據中心天體對環繞星體的萬有引力提供向心力，列出合適的向心力表達式進行求解。
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