高中物理第三章万有引力定律第三节万有引力定律的应用课件粤教版必修2
高中物理第三章万有引力定律及其应用第3节飞向太空素材粤教版必修2
1 第3节 飞向太空
人类第一次登月
基本简介
阿波罗11号（ ）是美国国家航空航天局的阿波罗计划中的第五次载人任务，是人类第一次登月任务。1969年7月20日，尼尔·阿姆斯特朗与巴兹·奥尔德林成为了首次踏上月球的人类。
阿波罗11号的成功实现了约翰·肯尼迪总统在1961年5月25日的演说中声称美国会在1970年以前“把一个宇航员送到月球上并把他安全带回来”的目标。
登月任务
在发射现场超过一百万的人群之外，全世界约有创记录的六亿人观看了发射的现场直播。尼克松总统在白宫的椭圆形办公室了解了发射情况。装载着阿波罗11号的土星5号火箭于1969年7月16日13时32分 ，当地时间9时32分)在肯尼迪航天中心发射升空，12分钟后进入地球轨道。在环绕地球一圈半后，第三级子火箭点火，航天器开始向月球航行。30分钟后，指令/服务舱从土星5号分离，在转向后与登月转接器 )中的登月舱连接。月球转移轨道射入 )将航天器射向月球。
阿波罗11号于7月19日经过月球背面，很快点燃了主火箭并进入了月球轨道。在环绕月球的过程中，三名宇航员在空中辨认出了计划中的登月点。
阿波罗11号的登陆点在静海 )南部，在 环型山西南20公里处。这个登陆点被选择的原因是它比较平整(来自于流浪者8号 )、勘察员5号 )以及月球轨道器 )提供的信息)，也就不会在降落和舱外活动时制造太多困难。登陆之后，阿姆斯特朗把登陆点称做“静海基地”。
奥尔德林在月球上留下的鞋印。这是一个测试月球表面风化层的实验的一部分。7月20日，当飞船在月球背面时，呼号为“鹰号”的登月舱从呼号为“哥伦比亚号”的指令舱中分离。科林斯独自一人留在“哥伦比亚”上，围着登月舱飞行了数圈，仔仔细细地检查了一遍，以确保这个飞行器一切正常。检查过后，科林斯做了一个简单的告别手势——“两位多加保重”——便离开了。科林斯的任务是留在指令舱中并绕月球环行，在以后的24个小时中只能监测控制中心与鹰号之间的通讯并祈祷登月一切顺利。如果鹰号发生了意外并且不能够从月面起飞的话(可能性极大)，科林斯就只能独自一人返回地球。 2 很快，阿姆斯特朗和奥尔德林启动了鹰号的推进器并开始下降。他们很快意识到它“飞过头”了：他们向月面降落时，表明计算机过载的警报器开始响起。鹰号在下降弹道中多飞了4秒，也就是说登月点会离计划西面若干公里远。导航计算机出现了若干次异常的程序警报。在休斯顿的约翰逊太空中心，飞行控制指挥官史蒂夫·贝尔斯 )面临着一个关键的、一刹那间的抉择——终止登月计划(这也意味着终止整个飞行计划，因为飞行器上的燃料仅够进行一次尝试)，或者命令宇航员按照计划行动，不要理会登月舱计算机出现的问题。贝尔斯后来承认，他是“凭着直觉”允许阿姆斯特朗尝试登月的。重新开始注意窗外之后，阿姆斯特朗发现他们正处在一块岩石和一片硬地之间。计算机失灵导致他们飞过了预选着陆区，而燃料也很快就要耗尽了。此时，阿姆斯特朗选择了手动控制登月舱。登月舱不断下降，燃料开始耗尽——登月舱位于月面上空大约9米，所剩燃料仅够用30秒钟——阿姆斯特朗在遍布砾石和陨石坑的月面冷静地找到一处适合于着陆的地方，并驾驶登月舱稳稳地降落在月球上。准确的登陆时间是1969年7月20日下午4时17分43秒(休斯顿时间)。
【提分必做】高中物理 第三章 万有引力定律及其应用 第三节 飞向太空学案 粤教版必修2
1 第三节 飞向太空
知识目标
核心素养
1.了解火箭的基本原理，了解万有引力定律对航天技术发展的重大贡献．
2．了解人造卫星的轨道和同步卫星的知识．
3．会区别分析同步卫星、近地卫星、地球赤道上物体. 1.了解我国火箭技术及人造卫星和飞船发射等的研究情况，激发学生的爱国热情．
2．通过对比“同步卫星、近地卫星、地球赤道上物体”的运行规律，提高推理及综合分析能力.
一、火箭
1．火箭的原理
利用火药燃烧向后急速喷出的气体产生的反作用力，使火箭向前射出．
2．火箭的组成：主要有壳体和燃料两部分．
3．多级火箭：多级火箭是用几个火箭连接而成的火箭组合．一般用三级．火箭起飞时，第一级火箭的发动机“点火”，推动各级火箭一起前进，当这一级的燃料燃尽后，第二级火箭开始工作，并自动脱掉第一级火箭的外壳；第二级火箭在第一级火箭基础上进一步加速，以此类推，最终达到所需要的速度．
二、航天技术的发展历程
1．遨游太空
1957年10月4日，苏联发射了第一颗人造地球卫星.1961年4月12日，世界第一艘载人宇宙飞船“东方1号”带着苏联宇航员加加林环绕地球一圈.1969年7月20日，美国的“阿波罗11号”宇宙飞船将两名宇航员送上了月球.1971年4月9日，苏联发射了“礼炮1号”空间站.1973年，美国将“天空实验室”空间站送入太空，实现了人类无法在地面上进行的各种科学实验.1981年4月12日，美国“哥伦比亚号”航天飞机首次载人航天飞行试验成功.2003年10月15日，我国首次载人航天飞行取得圆满成功．
2．空间探测器
1962年美国的“水手2号”探测器第一次对金星进行了近距离考察.1989年美国宇航局发射的“伽利略号”探测器飞行6年到达木星，对木星进行了长达7年的考察.2003年美国的“勇气号”与“机遇号”火星探测器分别发射成功．经过七个多月的旅行后，“勇气号”于2004年1月登陆火星．
2007年中国的“嫦娥一号”月球探测器发射成功． 2 2010年中国的“嫦娥二号”月球探测器发射成功．
高中物理 第三章 万有引力定律及其应用 第3节 飞向太
1 第3节 飞向太空
教学过程
（一）明确目标
（略）
（二）重点、难点的学习与目标的完成过程
1．卫星运动的速度，周期，加速度．
卫星脱离助推火箭后，获得了一定的速度v，设卫星绕地球做圆周运动，其运行半径为r，根据万有引力等于向心力可得：
GrvmrMm22
等式两边都有m，可以约去，说明卫星的速度与其质量无关，我们得到：
rGMv （1）
由22)2(TmrMmG·r得：
T＝GMr324 （2）
由G2rMm＝ma得：
a＝G2rM （3）
从公式（1）、（2）、（3）式中可以看出，地球卫星的运动情况（速度、周期、加速度）是由r惟一决定的．轨道半径越大，卫星运行速度越小，周期越大，加速度越小；轨道半径越小，运行速度越大，周期越小，加速度越大．当卫星运动的半径等于地球半径为R时，卫星运动速度，周期和速度的大小分别为：v＝7.9×310m／s，T＝5100s，a＝9.8m／2s．
所以所有的人造地球卫星的运行速度v＜7.9×310m／s，运行周期T＞5100s，运行的加速度a＜9.8m／2s．
2．同步通讯卫星 2 同步通讯卫星从地面上看，它总是某地的正上方，因而它的运动周期和地球自转周期相同；且它的轨道必然要和赤道平面处在同一个平面内（让学生讨论同步卫星为什么要满足这两个条件，并计算出同步卫星距地面的高度h）
同步卫星一般用于通讯，我们平时看电视，实况转播等就是通过卫星实现的，我国已成功地发射了多颗同步卫星，丰富了我国人民的文化生活．
3．卫星的发射速度
最早研究人造卫星问题的是牛顿，他设想了这样一个问题，在地面某处平抛一个物体，物体将沿一条抛物线落回地面，物体初速度越大，飞行距离越远．考虑到地球是圆形的，如果初速度很大，抛出的物体总也落不到地面就成了人造地球卫星了．
高中物理第3章万有引力定律及其应用第2节万有引力定律的应用教师用书粤教版必修2
第二节 万有引力定律的应用
学 习 目 标 知 识 脉 络
1.会用万有引力定律计算天体的质量．(重点)
2．了解海王星和冥王星的发现方法．
3．会推导第一宇宙速度，知道三种宇宙速度的含义．
4．知道人造卫星的原理，能够确定人造卫星线速度、角速度、周期与半径的关系．(重点、难点)
计 算 天 体 的 质 量
[先填空]
1．利用月球计算地球质量
(1)思路：月球绕地球做匀速圆周运动的向心力是由它们之间的万有引力提供．
(2)推导：月球绕地球做匀速圆周运动所需向心力F＝mω2r＝m(2πT)2r.
地球对月球的万有引力充当向心力，则GMmr2＝m(2πT)2r，则M＝4π2r3GT2.
2．一般方法
已知卫星绕行星(或行星绕中心天体)运动的周期和卫星与行星(或行星与中心天体)之间的距离，也可以算出行星(或中心天体)的质量．
[再判断]
1．利用万有引力等于向心力，可以求出中心天体的质量，也能求出卫星的质量．(×)
2．利用地球半径、表面重力加速度和万有引力常量能求出地球的质量．(√)
3．知道行星的轨道半径及运行周期，可计算出中心天体的质量．(√)
[合作探讨]
1969年7月21日，美国宇航员阿姆斯特朗在月球上烙下了人类第一只脚印(如图321)，迈出了人类征服宇宙的一大步．
图321
探讨1：宇航员在月球上用弹簧秤测出质量为m的物体重力为F.怎样利用这个条件估测月球的质量？
【提示】 设月球质量为M.半径为R，则F＝GMmR2，故M＝FR2Gm.
探讨2：宇航员驾驶指令舱绕月球表面飞行一周的时间为T，怎样利用这个条件估测月球质量？
【提示】 设月球质量为M，半径为R，由万有引力提供向心力，GMmR2＝m4π2T2R
M＝4π2R3GT2.
[核心点击]
1．求天体质量的思路
绕中心天体运动的其他天体或卫星做匀速圆周运动，做圆周运动的天体(或卫星)的向心力等于它与中心天体的万有引力，利用此关系建立方程求中心天体的质量．
粤教版高中物理必修2第三章教案3.1万有引力定律
无穷地探索未知
3.1 万有引力定律
教学目标
知识与技能
1.了解人类对天体运动探索的发展历程。
2.了解开普勒三大定律。
3.了解万有引力定律的发现过程。
4.知道万有引力定律。
5.知道引力常数的大小和意义。
过程与方法
1.通过对“地心说”与“日心说”争论的评述，提高交流、合作能力。
2.以科学探究的方式，了解牛顿是怎样发现万有引力定律的。
情感、态度与价值观
1.由人类对天体运动的探究过程，培养学生尊重客观事实，实事求是的科学态度。
2.让学生认识到科学的想象力建立在对事物长期深入的思考基础上。
3.树立把物理事实作为证据的观念，形成根据证据、逻辑和既有知识进行科学解释的思维方法。
教学重点
万有引力定律及其建立过程
教学难点
万有引力定律的发现过程。牛顿将天体间的力与地面物体受到的重力想象成同一性质的力，而这种想象是建立在十分抽象的逻辑推理之上的。
教学准备
CAI课件
课时安排
1课时
教学步骤
意图
教师活动
学生活动 可能出现的问题
导入新课 人类在自己的发展过程中首先就遇到了时间的测量，如一年为什么有春夏秋冬季节的更替，为什么有白天和黑夜，旱季或雨季什么时候开始等等。为了解决这些问题，人类通过对天体——太阳、月亮、行星和恒星的观察，找到了解决问题的办法，人类就这样开始对天体的位置和运动的研究。 回答问题：地球公转、
地球自转
一、天体究竟做怎样的运动
(一)古人对天体运动的看法及发展过程
1、A.让同学自己阅读天体究竟做怎样的运动这一小节，提出问题：
（1）人们对天体运动的探索过程存在
阅读课文,并从课文中找出相应的答案.
1.地心说—日心说—圆周运动—与事实矛盾—椭圆运动—开普勒
无穷地探索未知
新课教学 哪些看法?
（2）这些看法的观点是什么？
[投影显示]
“地心说”和“日心说”课件
高中物理必修2粤教《第三章万有引力定律及其应用第02节万有引力定律的应用》347PPT课件 一等奖
1
资源1：基于课前学习诊断的教学整合
《万有引力定律的应用-宇宙航行》前测题
1. 牛顿以天体之间普遍存在着引力为依据，运用严密的逻辑推理，建立了万有引力定律，下列有关说法正确的是
A.“月-地检验”表明地面物体、月球所受地球引力都遵从同样的规律
B.“月-地检验”表明物体在地球上受到的引力是在月球上的60倍
C.行星间引力与距离的平方成反比关系是根据牛顿第三定律得到的
D.引力常量G的大小是牛顿利用实验测出的
2. 牛顿发现的万有引力定律是科学史上最伟大的定律之一，在天体运动中起着决定性作用。万有引力定律告诉我们，两物体间的万有引力
A.与它们间的距离成正比 B.与它们间的距离成反比
C.与它们的质量乘积成正比 D.与它们的质量乘积成反比
3. 在地球表面上不同纬度上的两个点a、b，如果把地球看作是一个球体，a、b两点随地球自转做匀速圆周运动，这两个点具有大小相同的
A.线速度 B.周期
C.角速度 D.轨道半径
4. 火星有两颗卫星，分别为火卫一和火卫二，它们的轨道近似为圆，已知火卫一的周期为7小时39分，火卫二的周期为30小时18分，则两颗卫星相比
A.火卫一距火星表面较远 B.火卫二的角速度较大
C.火卫一的运动速度较大 D.火卫二的向心加速度较大
5. 关于第一宇宙速度，下面说法正确的是
A．它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度
B．它是人造地球卫星在近地圆形轨道上的运行速度
C．它是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度
D．它是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度
6. 人造地球卫星的轨道半径越大，则
A．速度越小，周期越小 B．速度越小，周期越大
C．速度越大，周期越小 D．速度越大，周期越
7. 关于地球同步通讯卫星，下列说法中正确的是
A.它一定在赤道上空运行
B.各国发射的这种卫星轨道半径都一样
C.它运行的线速度一定小于第一宇宙速度
D.绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度大
高中物理必修二---太阳与行星间的引力 第3节 万有引力定律
第2节
太阳与行星间的引力
第3节
万有引力定律
1．知道行星绕太阳做匀速圆周运动的向心力来源．
2．知道太阳与行星间引力的方向和表达式，知道牛顿运动定律在推导太阳与行星间引力时的作用，知道万有引力定律的适用范围．(难点) 3．理解万有引力定律，会用万有引力定律解决简单的引力计算问题，并且了解引力常量G的测定在科学历史上的重大意义．(重点)
一、太阳与行星间的引力
1．太阳对行星的引力：设行星质量为m，行星到太阳中心的距离为r，则太阳对行星的引力：F∝mr2．
2．行星对太阳的引力：太阳与行星的地位相同，因此行星对太阳的引力和太阳对行星的引力规律相同(设太阳质量为M)，即F′∝Mr2．
3．太阳与行星间的引力：根据牛顿第三定律F＝F′，又由于F∝mr2、F′∝Mr2，则有F∝Mmr2，写成等式F＝GMmr2，式中G为比例系数，与太阳、行星都没有关系．
二、月—地检验
1．猜想：维持月球绕地球运动的力与使物体下落的力是同一种力，遵从“平方反比”的规律．
2．推理：物体在月球轨道上运动时的加速度大约是它在地面附近下落时的加速度的1602．
3．结论：计算结果与预期符合得很好．这表明：地面物体所受地球的引力、月球所受地球的引力，与太阳、行星间的引力遵从相同的规律．
三、万有引力定律
1．内容：自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的方向在它们的连线上，引力的大小与物体的质量m1和m2的乘积成正比，与它们之间距离r的二次方成反比．
2．表达式：F＝Gm1m2r2．
3．引力常量G：由英国物理学家卡文迪许测量得出，常取G＝6．67×10－11N·m2/kg2．
判一判 (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)若只知道某行星的自转周期和行星绕太阳做圆周运动的半径，则可以求出太阳的质
量．(
)
(3)已知地球绕太阳转动的周期和轨道半径，可以求出地球的质量．( )
(4)海王星是依据万有引力定律计算的轨道而发现的．( )
2019粤教版高中物理必修2第三章第二节万有引力定律的应用
第二节 万有引力定律的应用
课前自主预习
1．万有引力定律的表达式
，其适用条件
2．引力常量：表达式中的G为引力常量，其大小在数值上等于质量各为1kg的物体相距1m时的万有引力。G 是卡文迪许首先利用扭秤实验装置测出的。
3．分析天体运动的基本思路:把天体的运动看做是
,所需的向心力由 提供,即2rMmG = = 。
4．万有引力定律具有普遍性、 、 、 。
5．(单选)对于万有引力定律的表达式221rmGmF，下列说法中正确的是( )
A．公式中G为引力常量，它是由实验测得的，而不是人为规定的
B．当r趋于零时，万有引力趋于无限大
C．m1、m2相等时，两物体受到的引力大小才相等
D．两物体受到的引力总是大小相等、方向相反，是一对平衡力
课前自主预习答案:
1.2rMmGF,两个质点间
N111067.622
3.匀速圆周运动,万有引力,rvm2,rm2,rTm224
4.相互性,宏观性,特殊性
课堂互动探究
知识点1：天体质量和密度的计算
新知探究
卡文迪许把他自己的实验说成是“称地球的质量”，他是根据 “称”地球的质量的。天体质量不可能直接称量，但可以间接测量．天体卫星做圆周运动所需的向心力由万有引力提供，即GMmr2＝mv2r＝m4π2T2r，因此可得M＝ ，测出天体卫星的环绕周期和环绕半径即可计算天体质量．
图3－2－1
答案：万有引力定律，4π2r3GT2
重点归纳
1．基本方法：把天体(或人造卫星)的运动看成匀速圆周运动，其所需向心力由万有引力提供．
2．解决天体圆周运动问题的两条思路
(1)在地面附近万有引力近似等于物体的重力，F引＝mg，即GMmR2＝mg，整理得GM＝gR2.
(2)天体运动都可以近似地看成匀速圆周运动，其向心力由万有引力提供，即F引＝F向
2021年高中物理第三章万有引力定律第三节万有引力定律的应用训练含解析粤教版必修2.doc
第三节 万有引力定律的应用
A级 合格达标
1.地球可近似看成球形，由于地球表面上物体都随地球自转，所以有（ ）
A.物体在赤道处受的地球引力等于两极处，而重力小于两极处
B.赤道处的角速度比南纬30°大
C.地球上物体的向心加速度都指向地心，且赤道上物体的向心加速度比两极处大
D.地面上的物体随地球自转时提供向心力的是重力
解析：由F＝GMmR2可知，若将地球看成球形，则物体在地球表面任何位置受到地球的引力都相等.此引力的两个分力，一个是物体的重力，另一个是物体随地球自转的向心力.在赤道上，向心力最大，重力最小，A对.地表各处的角速度均等于地球自转的角速度，B错.地球上只有赤道上的物体向心加速度指向地心，其他位置的向心加速度均不指向地心，C错.地面上物体随地球自转的向心力是万有引力与地面支持力的合力，D错.
答案：A
2.某个行星的质量是地球质量的一半，半径也是地球半径的一半，那么一个物体在此行星表面上的重力是地球表面上重力的（ ）
A.14倍 B.12倍
C.4倍 D.2倍
解析：物体在某星球表面的重力等于万有引力G星＝GM星mr2星＝G12M地m12r地2＝2GM地mr2地＝2G地，故D正确.
答案：D
3.“嫦娥三号”携带“玉兔”探测车在实施软着陆过程中，“嫦娥三号”离月球表面4 m高时最后一次悬停，确认着陆点.若总质量为M的“嫦娥三号”在最后一次悬停时，反推力发动机对其提供的反推力为F，已知引力常量为G，月球半径为R，则月球的质量为（ ）
A.FR2MG B.FRMG
C.MGFR D.MGFR2
解析：设月球的质量为M′，由GM′MR2＝Mg和F＝Mg解得M′＝FR2MG，选项A正确. 答案：A
4.某星球的半径为R，表面的重力加速度为g，引力常量为G，则该星球的平均密度为（ ）
A.3g4πR2G B.3g4πRG
C.gRG D.gR2G
高中物理第三章及其应用第2节万有引力定律的应用教案2粤教版必修2
1 第2节 万有引力定律的应用
教学过程
项目 教师活动 学生活动 札记
温
故
而
知
新 1. 第二章我们主要学习了匀速圆周运动.现在我们知道了物体要做匀速圆周运动需要向心力.向心力产生了向心加速度.向心加速度由哪几种表达方式?
向心力有几种表达方式？
2. 这一章我们刚学习了万有引力定律
数学表达式：
rmmGF221
万有引力存在于自然界中的任何两个有质量的物体之间。
3. 万有引力和重力的关系是什么？
即：
近地面：mgRMmG2
外太空： mgRMmG2
4. 万有引力在天体运动中起到了什么的作用？
5. 展示小黑板。 Tvrrra22224
TvrmrmmrF22224
在近地面，重力只是万有引力的一个分力，他们可以近似相等，在外太空，重力和万有引力是同一个力。
万有引力充当向心力
1. 展示常见物体间的万有引力数量级。
物体 距离 数量级
苹果-苹果 10cm 10-8N
成人-成人 1m 10-7N
货轮-货轮 100m 100N
地球-月球 1020N
地球-太阳 1022N
2. 从上表中我们可以看出万有引力主要在那个领域发挥作用?
3. 为什么在我们常见的物体之间的万有引力都很小,而天体之间的万有引力都很大?
天体运动
因为常见物体的质量小，而天体的质量大。
1. 离我们最近的天体就是地球，我们怎么才能获得地球的质量？
2. 例题1：已知地球的半径为R，地球表面的重力加速度为g，试估算地球的质量。
记得，在近地面重力和万有引力近似相等，据此我们可以估算一下地球的质量。 2
计
算
天
体
的
质
量
计
算
天
体
的
质
量
计
算
天
体 提示：还记得在近地面中重力和万有引力的关系吗？
3. 展示人类登陆月球的图片，图片中的星球是那个天体？大家知不知道它的表面重力加速度？
1969年7月16日,美国宇航员阿姆斯特朗乘坐阿波罗11号到达月球表面,他在月球上轻轻地拿起一块月岩让其自由落下,并记录了月岩下落的高度和时间,据此阿姆斯特朗估算出了月球的质量.大家猜测他是怎么做到的?