《万有引力理论的成就》万有引力与宇宙航行PPT优质课件
第一部分内容：核心素养目标
物理观念
了解万有引力定律在天文学上的重要应用。
科学思维
掌握计算天体的质量和密度的方法。
科学态度与责任
认识科学定律对人类探索未知世界的作用。
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万有引力理论的成就PPT，第二部分内容：课前学习
知识点一 “称量”地球的质量
如何“称量”地球的质量呢？
1.思路：地球表面上质量为m的物体，若不考虑地球自转，物体的重力等于地球对物体的万有引力。
2.关系式：mg＝________。(m地为地球质量，R为地球的半径)
3.结论：m地＝________，只要知道g、R、G的值，就可计算出地球的质量。
利用m地＝gR2G“称量”地球质量的方法可以推广到其他天体(如月球)质量的确定，只不过R应是该天体的半径，g应是该天体表面的重力加速度。
知识点二 计算天体的质量
1.思路：质量为m的行星绕太阳做匀速圆周运动时，行星与太阳间的万有引力提供向心力。
2.关系式：
3.结论：m太＝___________，只要知道行星绕太阳运动的周期T和半径r就可以计算出太阳的质量。
[思考判断]
(1)地球表面的物体的重力必然等于地球对它的万有引力。( )
(2)若只知道某行星绕太阳做圆周运动的半径，则可以求出太阳的质量。( )
(3)若知道某行星绕太阳做圆周运动的线速度和角速度，则可以求出太阳的质量。( )
知识点三 发现未知天体、预言哈雷彗星回归
[观图助学]
太阳系的行星(或矮行星)中，海王星距离太阳很远，是如何被发现的？
1.海王星的发现：英国剑桥大学的学生________和法国年轻的天文学家_______根据天王星的观测资料，利用万有引力定律计算出天王星外“新”行星的轨道。1846年9月23日，德国的_______在勒维耶预言的位置附近发现了这颗行星——________。
2.其他天体的发现：近100年来，人们在海王星的轨道之外又发现了________、阋神星等几个较大的天体。
3.哈雷彗星回归
英国天文学家哈雷计算出在1531年、1607年和1682年出现的三颗彗星的轨道如出一辙，并预言这三次出现的彗星是同一颗星，周期约为76年，还预言它将于1758年底或1759年初再次回归。1759年3月这颗彗星如期通过了近日点，它最近一次回归是1986年，它的下次回归将在2061年左右。
[思考判断]
(1)天王星是依据万有引力定律计算的轨道而发现的。( )
(2)海王星的发现确立了万有引力定律的地位。( )
(3)牛顿根据万有引力定律计算出了海王星的轨道。( )
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万有引力理论的成就PPT，第三部分内容：核心探究
核心要点一 计算天体的质量和密度
[问题探究]
月球是地球的唯一一颗天然卫星，月球已经伴随地球超过46亿年，根据月球的公转周期和轨道半径，我们能否推导出月球的质量，能否推导出地球的质量？
[探究归纳]
天体质量和密度的计算
[试题案例]
[例1] (2017·北京卷)利用引力常量G和下列有关数据，的是( )
A.地球的半径及重力加速度
B.人造卫星在地面附近绕地球做圆周运动的速度及周期
C.月球绕地球做圆周运动的周期及月球与地球间的距离
D.地球绕太阳做圆周运动的周期及地球与太阳间的距离
方法总结
(1)利用万有引力提供向心力的方法只能求解中心天体的质量，而不能求出做圆周运动的环绕天体(行星或卫星)的质量。
(2)要注意R、r的区分：R指中心天体的半径，r指环绕天体(行星或卫星)的轨道半径。
图中r＝R＋h，R为中心天体半径、r为环绕半径、h为环绕天体(行星或卫星)离中心天体表面的高度。
[例2] 2019年1月3日，由我国发射的“嫦娥四号”首次实现人类探测器在月球背面的软着陆。地球表面的重力加速度是月球表面重力加速度的6倍，地球半径为月球半径的4倍，则地球和月球的平均密度之比为( )
A.1.5 B.4 C.6 D.24
核心要点二 天体运动物理量的分析与计算
[问题探究]
已知地球、火星都绕太阳转动，火星的公转半径是地球公转半径的1.5倍，根据以上材料思考：
(1)地球、火星遵循什么样的动力学规律？
(2)如何比较火星与地球的线速度、角速度、周期以及向心加速度的大小？
[探究归纳]
1.基本思路
一般行星或卫星的运动可看作匀速圆周运动，所需要的向心力都由中心天体对它的万有引力提供，即F向＝F万。
2.常用关系
[试题案例]
[例3] 火星直径约为地球的一半，质量约为地球的十分之一，它绕太阳公转的轨道半径约为地球公转半径的1.5倍。根据以上数据，以下说法中正确的是( )
A.火星表面重力加速度的数值比地球表面的大
B.火星公转的周期比地球的长
C.火星公转的线速度比地球的大
D.火星公转的向心加速度比地球的大
方法总结 解答天体运动问题的技巧
(1)建立模型
不论是自然天体(如地球、月球等)还是人造天体(如卫星、飞船等)，只要它们是在绕某一中心天体做圆周运动，就可以将其简化为质点的匀速圆周运动模型来处理问题。
(2)列方程求解
根据中心天体对环绕星体的万有引力提供向心力，列出合适的向心力表达式进行求解。
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