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6.3万有引力定律课时：一课时教学重点万有引力定律的理解及应用．教学难点万有引力定律的推导过程．三维目标知识与技能1．了解万有引力定律得出的思路和过程．2．理解万有引力定律的含义并掌握用万有引力定律计算引力的方法．3．记住引力常量G并理解其内涵．过程与方法1．了解并体会科学研究方法对人们认识自然的重要作用．2．认识卡文迪许实验的重要性，了解将直接测量转化为间接测量这一科学研究中普遍采用的重要方法．情感、态度与价值观通过牛顿在前人研究成果的基础上发现万有引力定律的过程，说明科学研究的长期性、连续性及艰巨性．教学过程：导入新课1666年夏末，一个温暖的傍晚，在英格兰林肯郡乌尔斯索普，一个腋下夹着一本书的年轻人走进他母亲家的花园里，坐在一棵树下，开始埋头读书．当他翻动书页时，他头顶的树枝中有样东西晃动起来，一只历史上最著名的苹果落了下来，打在23岁的伊萨克·牛顿的头上．恰巧在那天，牛顿正苦苦思索着一个问题：是什么力量使月球保持在环绕地球运行的轨道上，以及使行星保持在其环绕太阳运行的轨道上？为什么这只打中他脑袋的苹果会坠落到地上？(如图所示)正是从思考这一问题开始，他找到了这些问题的答案——万有引力定律．这节课我们将共同“推导”一下万有引力定律．太阳对行星的引力使得行星围绕太阳运动，月球围绕地球运动，是否能说明地球对月球有引力作用？抛出的物体总要落回地面，是否说明地球对物体有引力作用？推进新课问题探究1．行星为何能围绕太阳做圆周运动？2．月球为什么能围绕地球做圆周运动？3．人造卫星为什么能围绕地球做圆周运动？4．地面上物体受到的力与上述力相同吗？5．根据以上四个问题的探究，你有何猜想？教师提出问题后，让学生自由讨论交流．明确：1．太阳对行星的引力使得行星保持在绕太阳运行的轨道上．2．月球、地球也是天体，运动情况与太阳和行星类似，因此猜想是地球对月球的吸引使月球保持在绕地球运行的轨道上．3．人造卫星绕地球运动与月球类似，也应是地球对人造卫星的引力使人造卫星保持在绕地球运行的轨道上．4．地面上的物体之所以会落下来，是因为受到重力的作用，在高山上也是如此，说明重力必定延伸到很远的地方．5．由以上可猜想：“天上”的力与“人间”的力应属于同一种性质的力．讨论交流由上述问题的探究我们得出了猜想：“天上”的力与“人间”的力相同，我们能否将其作为一个结论呢？讨论：探究上述问题时我们运用了类比的方法得出了猜想，猜想是否正确需要进行检验，因此不能把它作为结论．课件展示：牛顿的设想：苹果不离开地球，是否也是由于地球对苹果的引力造成的？地球对苹果的引力和太阳对行星的引力是否根本就是同一种力呢？若真是这样，物体离地面越远，其受到地球的引力就应该越小．可是地面上的物体距地面很远时，如在高山上，似乎重力没有明显地减弱，是物体离地面还不够远吗？这样的高度比起天体之间的距离来，真的不算远！再往远处设想，如果物体延伸到地月距离那样远，物体是否也会像月球那样围绕地球运动？地球对月球的力、地球对地面上物体的力、太阳对行星的力，也许真是同一种力！一、月—地检验问题探究1．月—地检验的目的是什么？2．月—地检验的验证原理是怎样的？3．如何进行验证？学生交流讨论，回答上述三个问题．在学生回答问题的过程中，教师进行引导、总结．明确：1．目的：验证“天上”的力与“人间”的力是同一种性质的力．2．原理：假定上述猜想成立，即维持月球绕地球运动的力与使得苹果下落的力是同一种力，同样遵从“平方反比”规律，那么，由于月球轨道半径约为地球半径(苹果到地心的距离)的60倍，所以月球轨道上一个物体受到的引力，比它在地面附近时受到的引力要小，前者只有后者的1/602.根据牛顿第二定律，物体在月球轨道上运动时的加速度(月球公转的向心加速度)也就应该是它在地面附近下落时的加速度(自由落体加速度)的1/602.3．验证：根据验证原理，若“天上”“人间”是同种性质的力，由“平方反比”规律及地球表面的重力加速度，可求得月球表面的重力加速度．根据人们观测到的月球绕地球运动的周期，及月—地间的距离，可运用公式a ＝4π2T 2·r 求得月球表面的重力加速度．若两次求得结果在误差范围内相等，就验证了结论．若两次求得结果在误差范围内不相等，则说明“天上”与“人间”的力不是同一种性质的力．理论推导：若“天上”的力与“人间”的力是同一种性质的力，则地面上的物体所受重力应满足：G ∝1R 2 月球受到地球的引力：F ∝1r 2 因为：G ＝mg ，F ＝ma 所以a g ＝R 2r 2 又因为：r ＝60R 所以：a g ＝13 600a ＝g 3 600＝9.83 600m/s 2≈2.7×10－3 m/s 2. 实际测量：月球绕地球做匀速圆周运动，向心加速度a ＝ω2r ＝4π2T 2r 经天文观察月球绕地球运动的周期T ＝27.3天＝3 600×24×27.3 sr ＝60R ＝60×6.4×106 m.所以：a ＝4×3.142（3 600×24×27.3）2×60×6.4×106 m/s 2≈2.7×10－3 m/s 2. 验证结论：两种计算结果一致，验证了地面上的重力与地球吸引月球的力是相同性质的力，即“天上”“人间”的力是相同性质的力．点评：在实际教学过程中，教师引导学生重现牛顿的思维过程，让学生体会牛顿当时的魄力、胆识和惊人的想象力．物理学的许多重大理论的发现，不是简单的实验结果的总结，需要直觉和想象力、大胆的猜想和假设，再引入合理的模型，需要深刻的洞察力、严谨的数学处理和逻辑思维，常常是一个充满曲折和艰辛的过程．借此对学生进行情感态度与价值观的教育．二、万有引力定律思考下面问题：1、用自己的话总结万有引力定律的内容？2、万有引力定律的数学表达式是什么？3、引力常量G 是怎样规定的？4、两物体间的距离是怎样确定的？5、有引力定律的适用条件？6、万有引力的发现有什么重要意义？学生思考后回答．总结：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m 1和m 2的乘积成正比，与它们之间的距离r 的二次方成反比．2．表达式：由F ＝GMm r 2(M ：太阳质量，m ：行星的质量) 得出：F ＝Gm 1m 2r 2(m 1：物体1的质量，m 2：物体2的质量) 3、引力常量G ：适用于任何两个物体。
高中物理万有引力定律优质教案通用一、教学内容本节课选自高中物理教材《普通高中课程标准实验教科书·物理》（人民教育出版社）第二章第六节“万有引力定律”。
详细内容包括：万有引力定律的发现背景、定律表述、公式推导、应用实例等。
二、教学目标1. 让学生掌握万有引力定律的基本概念、公式及其应用。
2. 培养学生运用万有引力定律解决实际问题的能力。
3. 激发学生对物理现象的好奇心和探索精神，培养学生的科学素养。
三、教学难点与重点教学难点：万有引力定律的公式推导和应用。
教学重点：万有引力定律的基本概念、公式及其应用。
四、教具与学具准备1. 教具：地球仪、月球仪、演示用计算器、多媒体设备等。
2. 学具：学生用计算器、练习本、笔等。
五、教学过程1. 实践情景引入：通过地球仪和月球仪演示地球与月球之间的引力作用，引导学生思考引力的来源和特点。
2. 知识讲解：（1）万有引力定律的发现背景：介绍牛顿发现万有引力定律的历史背景。
（2）万有引力定律的表述：讲解万有引力定律的内容，引导学生理解“万有”的含义。
（3）万有引力定律的公式推导：引导学生根据万有引力定律的表述，推导出万有引力公式。
（4）万有引力定律的应用实例：分析地球与月球之间的引力作用，计算两者之间的引力大小。
3. 例题讲解：讲解一道应用万有引力定律的例题，引导学生掌握解题方法和步骤。
4. 随堂练习：布置两道与例题类似的练习题，让学生当堂巩固所学知识。
六、板书设计1. 万有引力定律2. 内容：（1）万有引力定律的发现背景（2）万有引力定律的表述（3）万有引力定律的公式推导（4）万有引力定律的应用实例七、作业设计1. 作业题目：（1）计算地球与太阳之间的引力大小。
（2）分析地球表面物体受到的引力与物体质量、距离地心的关系。
2. 答案：见附件。
八、课后反思及拓展延伸1. 反思：对本节课的教学效果进行反思，针对学生的掌握情况，调整教学方法。
2. 拓展延伸：引导学生课后查阅资料，了解万有引力定律在现代科学研究中的应用，如航天、卫星等领域。
高二物理必修二《万有引力定律》教案【导语】高二时孤身奋斗的阶段，是一个与寂寞为伍的阶段，是一个耐力、意志、自控力比拚的阶段。
但它同时是一个厚实庄重的阶段。
由此可见，高二是高中三年的关键，也是最难把握的一年。
为了帮你把握这个重要阶段，无忧考网高二频道整理了《高二物理必修二《万有引力定律》教案》希望对你有帮助！！【篇一】教学目标知识目标：1、了解万有引力定律得出的思路和过程。
2、理解万有引力定律的含义并会推导万有引力定律。
3、知道任何物体间都存在着万有引力，且遵守相同的规律能力目标：1、培养学生研究问题时，抓住主要矛盾，简化问题，建立理想模型的处理问题的能力。
2、训练学生透过现象(行星的运动)看本质(受万有引力的作用)的判断、推理能力德育目标：1、通过牛顿在前人的基础上发现万有引力定律的思考过程，说明科学研究的长期性，连续性及艰巨性，渗透科学发现的方*教育。
2、培养学生的猜想、归纳、联想、直觉思维能力。
教学重难点教学重点：月――地检验的推倒过程教学难点：任何两个物体间都存在万有引力教学过程(一)引入：太阳对行星的引力是行星做圆周运动的向心力，，这个力使行星不能飞离太阳;地面上的物体被抛出后总要落到地面上;是什么使得物体离不开地球呢?是否是由于地球对物体的引力造成的呢?若真是这样，物体离地面越远，其受到地球的引力就应该越小，可是地面上的物体距地面很远时受到地球的引力似乎没有明显减小。
如果物体延伸到月球那里，物体也会像月球那样围绕地球运动。
地球对月球的引力，地球对地面上的物体的引力，太阳对行星的引力，是同一种力。
你是这样认为的吗?(二)新课教学：一.牛顿发现万有引力定律的过程(引导学生阅读教材找出发现万有引力定律的思路)假想――理论推导――实验检验(1)牛顿对引力的思考牛顿看到了苹果落地发现了万有引力，这只是一种传说。
但是，他对天体和地球的引力确实作过深入的思考。
牛顿经过长期观察研究，产生如下的假想：太阳、行星以及离我们很远的恒星，不管彼此相距多远，都是互相吸引着，其引力随距离的增大而减小，地球和其他行星绕太阳转，就是靠劂的引力维持。
万有引力定律教案一、教学目标1. 知识与技能：（1）理解万有引力定律的内容和意义。
（2）掌握万有引力定律的数学表达式，并能进行简单的计算。
（3）知道万有引力定律适用于任何两个物体之间的引力，且引力常量是自然界的恒定的常量。
2. 过程与方法：（1）通过探究行星与太阳之间的引力规律，培养学生的观察、分析和推理能力。
（2）通过探究万有引力定律的得出过程，了解科学探究的基本方法。
3. 情感、态度与价值观：（1）感受科学家探索万有引力定律的艰辛历程，培养学生的科学精神和科学态度。
（2）了解万有引力定律在日常生活和生产中的应用，增强学生的实践意识和应用能力。
二、教学内容分析本节课主要介绍万有引力定律的发现过程、内容、意义以及应用。
通过探究行星与太阳之间的引力规律，推导出万有引力定律的数学表达式，并简单介绍万有引力常量是自然界的恒定的常量。
在此基础上，进一步讨论万有引力定律的意义和应用。
三、教学重点与难点1. 重点：万有引力定律的内容和意义，以及其数学表达式。
2. 难点：理解万有引力定律的得出过程，以及万有引力定律的应用。
四、教学方法与手段1. 通过多媒体展示行星与太阳之间的引力规律，引导学生观察、分析和推理。
2. 采用讲授、讨论、探究等多种教学方法，引导学生积极参与课堂活动。
3. 通过实例和案例分析，帮助学生理解万有引力定律的应用。
五、教学过程设计1. 导入新课：通过回顾牛顿发现万有引力定律的过程，引导学生进入本节课的主题。
2. 讲授新课：介绍万有引力定律的内容、意义以及数学表达式，通过实例和案例分析帮助学生理解万有引力定律的应用。
高中物理《万有引力定律》教案高中物理《万有引力定律》教案1教学重点：万有引力定律的应用教学难点：地球重力加速度问题教学方法：讨论法教学用具：计算机教学过程：一、地球重力加速度问题一：在地球上是赤道的重力加速度大还是两极的加速度大？这个问题让学生充分讨论：1、有的学生认为：地球上的加速度是不变化的．2、有的学生认为：两极的重力加速度大．3、也有的的学生认为：赤道的重力加速度大．出现以上问题是因为：学生可能没有考虑到地球是椭球形的，也有不记得公式的等．教师板书并讲解：在质量为、半径为的地球表面上，如果忽略地球自转的影响，质量为的物体的重力加速度，可以认为是由地球对它的万有引力产生的．由万有引力定律和牛顿第二定律有：则该天体表面的重力加速度为：由此式可知，地球表面的重力加速度是由地球的质量和半径决定的．而又因为地球是椭球的赤道的半径大，两极的半径小，所以赤道上的重力加速度小，两极的重力加速度大．也可让学生发挥得：离地球表面的距离越大，重力加速度越小．问题二：有1kg的物体在北京的重力大还是在上海的重力大？这个问题有学生回答问题三：1、地球在作什么运动？人造地球卫星在作什么运动？通过展示图片为学生建立清晰的图景．2、作匀速圆周运动的向心力是谁提供的？回答：地球与卫星间的万有引力即由牛顿第二定律得：3、由以上可求出什么？①卫星绕地球的线速度：②卫星绕地球的周期：③卫星绕地球的角速度：教师可带领学生分析上面的'公式得：当轨道半径不变时，则卫星的周期不变、卫星的线速度不变、卫星的角速度也不变．当卫星的角速度不变时，则卫星的轨道半径不变．课堂练习：1、假设火星和地球都是球体，火星的质量和地球质量．之比，火星的半径和地球半径之比，那么离火星表面高处的重力加速度和离地球表面高处的重力加速度．之比等于多少解：因物体的重力来自万有引力，所以：则该天体表面的重力加速度为：所以：2、若在相距甚远的两颗行星和的表面附近，各发射一颗卫星和，测得卫星绕行星的周期为，卫星绕行星的周期为，求这两颗行星密度之比是多大解：设运动半径为，行星质量为，卫星质量为．由万有引力定律得：解得：所以：3、某星球的质量约为地球的的9倍，半径约为地球的一半，若从地球上高处平抛一物体，射程为60米，则在该星球上，从同样高度以同样的初速度平抛同一物体，射程应为：A、10米B、15米C、90米D、360米解得：（A）布置作业：探究活动组织学生收集资料，编写相关论文，可以参考下列题目：1、月球有自转吗？2、观察月亮高中物理《万有引力定律》教案2教学目标知识目标（1）通过演示实验认识加速度与质量和和合外力的定量关系；（2）会用准确的文字叙述牛顿第二定律并掌握其数学表达式；（3）通过加速度与质量和和合外力的定量关系，深刻理解力是产生加速度的原因这一规律；（4）认识加速度方向与合外力方向间的矢量关系，认识加速度与和外力间的瞬时对应关系；（5）能初步运用运动学和牛顿第二定律的知识解决有关动力学问题。
万有引力定律重点与剖析一、开普勒行星运动三大定律：第一定律：太阳的所有行星分别在大小不同的椭圆轨迹上围绕太阳运动，太阳是在这些椭圆的焦点上。
第二定律：太阳和行星的连线在相等的时间内扫过的面积相等。
第三定律：所有行星的椭圆轨迹的半长轴的三次方与公转周期的平方的比值都相等。
即32R k T=，k 是与太阳质量有关的恒量，与行星的质量无关。
二、万有引力定律自然界中任何两个物体都是相同吸引的，引力大小跟这两个物体的质量成正比，跟它们的距离平方成反比。
写成公式为：122m m F G r = 3-1 1、引力常量G 是普遍适用的常量 11226.6710/G N m kg -=⨯G 在数值上等于两个质量都是1kg 的物体相距1m 时的相互作用力大小。
2、3-1式只适用于质点间引力大小的计算。
当两物体间的距离远远大于每个物体的尺寸时，物体可看成质点，直接使用3-1式计算。
3、当两物体是质量分布均匀的球体时，它们间的引力也可由3-1式直接计算，但式中的r 是两球心间的距离。
4、当研究物体不能看成质点时，可把物体假想分割成无数个质点，求出一个物体上每个质点与另一物体上每一个质点的万有引力然后求合力。
5、自然界中一般的物体间的万有引力很小（远小于地球与物体间的万有引力和物体间的其它作用力），因而可以忽略不计．但考虑天体运动和人造卫星运动的问题时必须计算万有引力，不仅因为这个力非常大，而且万有引力提供了天体和卫星做匀速圆周运动所需的向心力问题与探究问题1 请根据圆周运动的规律、开普勒行星运动三定律推导万有引力定律。
探究思路：先做合理的简化：行星运动的椭圆轨道简化成圆形轨道，并把天体看成质点。
注意运用类比和牛顿第三定律。
设行星的质量为m ，与太阳的距离为r ，运行的速度为v ，周期为T ，太阳对行星的引力F 提供行星做匀速圆周运动的向心力。
又∵2r v Tπ= ∴32224r m F T r π= 由开普勒第三定律：32r k T= 则引力F 与行星的质量成正比，与行星到太阳的距离成反比。
高中万有引力教案篇一：高中物理《万有引力定律的应用》教案（1）】万有引力定律的应用【教育目标】一、知识目标1 ．了解万有引力定律的重要应用。
2 ．会用万有引力定律计算天体的质量。
3 ．掌握综合运用万有引力定律和圆周运动等知识分析具体问题的基本方法。
二、能力目标通过求解太阳、地球的质量，培养学生理论联系实际的能力。
三、德育目标利用万有引力定律可以发现未知天体，让学生懂得理论来源于实践，反过来又可以指导实践的辩证唯物主义观点。
【重点、难点】一、教学重点对天体运动的向心力是由万有引力提供的理解二、教学难点如何根据已有条件求中心天体的质量【教具准备】太阳系行星运动的挂图和flash 动画、ppt 课件等。
【教材分析】这节课通过对一些天体运动的实例分析，使学生了解：通常物体之间的万有引力很小，常常觉察不出来，但在天体运动中，由于天体的质量很大，万有引力将起决定性作用，对天文学的发展起了很大的推动作用，其中一个重要的应用就是计算天体的质量。
在讲课时，应用万有引力定律有两条思路要交待清楚.1•把天体（或卫星）的运动看成是匀速圆周运动，即f引=f向，用于计算天体（中心体）的质量，讨论卫星的速度、角速度、周期及半径等问题.2. 在地面附近把万有引力看成物体的重力，即f 引=mg. 主要用于计算涉及重力加速度的问题。
这节内容是这一章的重点，这是万有引力定律在实际中的具体应用. 主要知识点就是如何求中心体质量及其他应用，还是可发现未知天体的方法。
【教学思路设计】本节教学是本章的重点教学章节，用万有引力定律计算中心天体的质量，发现未知天体显示了该定律在天文研究上的重大意义。
本节内容有两大疑点：为什么行星运动的向心力等于恒星对它的万有引力？卫星绕行星运动的向心力等于行星对它的万有引力？我的设计思想是，先由运动和力的关系理论推理出行星（卫星）做圆周运动的向心力来源于恒星（行星）对它的万有引力，然后通过理论推导，让学生自行应用万有引力提供向心力这个特点来得到求中心天体的质量和密度的方法，并知道在具体问题中主要考虑哪些物体间的万有引力；最后引导阅读相关材料了解万有引力定律在天文学上的实际用途。
万有引力定律（说课与教案）第一章：引言1.1 课程背景通过学习本章，学生将了解万有引力定律的发现过程以及其在物理学和天文学领域的重要性。
1.2 教学目标了解万有引力定律的发现背景；掌握万有引力定律的数学表达式；理解万有引力定律在实际应用中的意义。
1.3 教学内容牛顿与万有引力定律的发现；万有引力定律的数学表达式；万有引力定律的实际应用。
第二章：牛顿与万有引力定律的发现2.1 课程背景通过学习本节，学生将了解牛顿发现万有引力定律的过程，以及牛顿在物理学领域的贡献。
2.2 教学目标了解牛顿发现万有引力定律的过程；掌握牛顿在物理学领域的贡献。
2.3 教学内容牛顿的生平简介；牛顿发现万有引力定律的过程；牛顿在物理学领域的贡献。
第三章：万有引力定律的数学表达式3.1 课程背景通过学习本节，学生将掌握万有引力定律的数学表达式，以及各参数的含义。
3.2 教学目标掌握万有引力定律的数学表达式；理解各参数的含义。
3.3 教学内容万有引力定律的数学表达式；各参数的含义及计算方法。
第四章：万有引力定律的实际应用4.1 课程背景通过学习本节，学生将了解万有引力定律在实际应用中的重要性，如天体运动、卫星导航等。
4.2 教学目标了解万有引力定律在实际应用中的意义；掌握万有引力定律在实际问题中的应用。
4.3 教学内容万有引力定律在天体运动中的应用；万有引力定律在卫星导航中的应用。
第五章：复习与拓展通过学习本节，学生将对万有引力定律的知识进行复习，并了解其在其他领域的拓展。
5.2 教学目标复习万有引力定律的主要知识点；了解万有引力定律在其他领域的拓展。
5.3 教学内容复习万有引力定律的主要知识点；万有引力定律在其他领域的拓展。
第六章：万有引力定律的验证与实验6.1 课程背景通过学习本章，学生将了解如何通过实验验证万有引力定律，并掌握实验方法和相关技巧。
6.2 教学目标学习万有引力定律的实验原理和方法；掌握万有引力定律实验的基本技巧；分析实验结果，验证万有引力定律。
4、高中物理教案一等奖《万有引力定律》一、课题：万有引力定律二、课型：概念课（物理按教学内容课型分为：规律课、概念课、实验课、习题课、复习课）三、课时：1课时四、教学目标（一）知识与技能1.理解万有引力定律的含义并会用万有引力定律公式解决简单的引力计算问题。
2.知道万有引力定律公式的适用范围。
（二）过程与方法：在万有引力定律建立过程的学习中，学习发现问题、提出问题、猜想假设与推理论证等方法。
（三）情感态度价值观1.培养学生研究问题时，抓住主要矛盾，简化问题，建立理想模型的处理问题的能力。
2.通过牛顿在前人的基础上发现万有引力定律的思考过程，说明科学研究的长期性，连续性及艰巨性，提高学生科学价值观。
五、教学重难点重点：万有引力定律的内容及表达公式。
难点：1.对万有引力定律的理解；2.学生能把地面上的物体所受重力与其他星球与地球之间存在的引力是同性质的力联系起来。
六、教学法：合作探究、启发式学习等七、教具：多媒体、课本等八、教学过程（一）导入回顾以前对月-地检验部分的学习，明确既然太阳与行星之间，地球与月球之间、地球对地面物体之间具有与两个物体的质量成正比，跟它们的距离的二次方成反比的引力。
这里进一步大胆假设：是否任何两个物体之间都存在这样的力？引发学生思考：很可能有，只是因为我们身边的物体质量比天体的质量小得多，我们不易觉察罢了，于是我们可以把这一规律推广到自然界中任意两个物体间，即具有划时代意义的万有引力定律．然后在学生的`兴趣中进行假设论证。
（二）进入新课学生自主阅读教材第40页万有引力定律部分，思考以下问题：1.什么是万有引力？并举出实例。
教师引导总结：万有引力是普遍存在于宇宙中任何有质量的物体之间的相互吸引力。
日对地、地对月、地对地面上物体的引力都是其实例。
2.万有引力定律怎样反映物体之间相互作用的规律？其数学表达式如何？并注明每个符号的单位和物理意义。
教师引导总结：万有引力定律的内容是：宇宙间一切物体都是相互吸引的。
六万有引力和天体运动（一）开普勒行星定律1.第一定律——轨道定律所有行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处于所有椭圆的一个焦点上。
因此地球公转时有近日点和远日点2.第二定律——面积定律太阳和行星的连线在相等的时间内扫过的面积相等。
因此行星的公转速率是不均匀的，在近日点最快，在远日点最慢。
3.第三定律——周期定律所有行星椭圆轨道的半长轴R的三次方与公转周期T的平方的比值都相等。
R 3T 2 ＝k k是与行星无关，而与太阳有关的量。
（1）若公转轨道为圆，那么R就是指半径。
（2）第三定律针对的是绕同一中心天体运动的各星体，若中心天体不同，不能死套周期定律：例如比较地球和火星，就有R地3T地2 ＝R火3T火2 ＝kk是一个与中心天体太阳有关的常数，与行星无关。
例如比较月球和人造卫星，就有R月3T月2 ＝R卫3T卫2 ＝k ′k ′是一个与中心天体地球相关的常数，与卫星无关。
例如行星的卫星并非主要绕太阳运动，不能直接和行星比较，即R地3T地2 ≠R月3T月2例1.已知日地距离为1.5亿千米，火星公转周期为1.88年，据此可推算得火星到太阳的距离约为A. 1.2亿千米 B. 2.3亿千米C. 4.6亿千米D. 6.9亿千米解：B（二）万有引力定律1.基本概念（1）表述：自然界中任何两个物体都是相互吸引的——引力普遍存在；引力的大小跟这两个物体的质量的乘积成正比，跟它们的距离的二次方成反比——F万∝m1m2 R 2（2）公式：F万＝G m1m2 R 2其中G称为引力常量，适用于任何物体，由卡文迪许首先测出。
它在数值上等于两个质量都是1kg的质点相距1m时的相互作用力：G＝6.67×10－11N·m2/kg2。
（3）定律的适用范围：①定律只适用于质点间的相互作用，公式中的R是所研究的两质点间的距离。
②定律还可用于两均匀球体间的相互作用，公式中的R是两球心间的距离。
③定律还可用于一均匀球体和球体外另一质点间的相互作用，公式中的R是球心与质点间的距离。
例2.已知月球中心到地球中心的距离约是地球半径的60倍，两者质量之比M月∶M地＝1∶81。
问由地球飞往月球的飞船距月球中心多远时，地球与月球对飞船的万有引力的合力恰好为零？解：设飞船质量为m，所求距离为d，据平衡条件有G M月md 2＝GM地m(60R地－d)2解得d＝6 R地2.万有引力和重力（1）地面上物体的重力mg是地球对该物体的万有引力的一个分力。
随着纬度的升高，物体所需向心力减小，物体的重力逐渐增大。
事实上，地球表面的物体受到的万有引力和重力十分接近。
例如，在赤道上的一个质量为1kg的物体，用F万＝G MmR 2计算出来的万有引力是9.830N，用F向＝m 4π2T 2R计算出来的的向心力是0.034N，那么物体受到的重力是mg＝F万－F向＝9.796N。
因此（2）在地面及附近，可认为mg＝G Mm R 2那么重力加速度g＝G MR 2——黄金代换例3.已知地球的半径约为R，地球表面的重力加速度为g，月球绕地球运动的周期为T。
又知月球的公转可看做匀速圆周运动，试用上述物理量表达出地月距离L（L远大于R）。
解：L远大于R，可将地球和月球视为质点，由万有引力定律和牛顿第二定律有G Mm月L 2＝m月4π2T 2L ①在地球表面，有m物g＝G Mm物R 2②联立①、②式解得L＝3gR 2T 24π2（3）地球表面附近高度为h（h＜＜R）的地方，仍可视为重力等于万有引力：mg ′＝GMm (R＋h)2故距地面高度为h的地方，重力加速度g ′＝GM(R＋h)2 ＝R2(R＋h)2g可见，随高度的增大，重力加速度迅速减小。
例4.在地球某处海平面上测得物体自由下落高度h时所经历的时间为t。
在某高山顶上测得物体下落同样的高度所需时间增加了Δt。
已知地球半径为R，试用上述各量表达山的高度H。
解：设地面的重力加速度为g，据直线运动规律有g＝ 2h t2设高山顶上的重力加速度为g′，同理有g′＝ 2h(t＋Δt) 2则gg′＝(t＋Δtt)2①在地面附近，可认为重力等于万有引力，有mg＝G Mm R 2mg′＝GMm (R＋H)2则gg′＝(R＋HR )2 ②联立①②式得t＋Δtt＝R＋HR 解得H＝ΔttR3.利用万有引力定律测量天体质量和密度（1）以天体表面的物体为研究对象设星球半径为R，在天体表面有：mg＝G Mm R 2得M＝gR 2G；而V＝43πR3 ，则ρ＝MV ＝3g4πGR例5.已知地球表面的重力加速度为9.8m/s2，地球半径为6.4×103km，引力常量为6.67×10－11N·m2/kg2。
（1）试估算地球的平均密度。
（2）已知地核的体积约为整个地球体积的16%，地核的质量约为地球质量的34%，试估算地核的平均密度。
解：设地面上有一质量为m的物体，它所受到的地球引力近似等于它的重力：mg＝G MmR 2得M地＝gR 2Gρ地＝M 地 V 地 ＝ 3g 4πGR ＝ 3×9.84×3.14×6.67×10－11×6.4×106kg/m 3＝5.48×103kg/m 3 ρ核＝ 0.34M 地 0.16V 地 ＝ 178 ρ地＝11.6×103kg/m 3例6. 宇航员在地球表面以一定的初速度竖直上抛一小球，经过时间t 小球落回原处；若他在某星球表面以相同的初速度竖直上抛同一小球，需经过5t 的时间后小球才落回原处（地球重力加速度取g ＝10m/s 2，空气阻力不计），求：（1）该星球表面附近的重力加速度；（2）已知该星球的半径与地球半径之比为R 星∶R 地＝1∶4，求该星球的质量和地球质量之比。
解：物体作竖直上抛运动时，上升时间t ＝va则a ∝1 t 即 g 星 g 地 ＝ t 5t得g 星＝2 m/s 2 在星球表面有mg ＝GMmR 2，故有M ∝gR 2即 M 星 M 地 ＝ g 星R 星2 g 地R 地2 ＝ 1 80（2） 以绕中心天体运动的物体为研究对象设物体的轨道半径为r ，由牛顿第二定律及万有引力定律有F 万＝F 向GMmr 2＝m v 2 r ＝mω2r ＝mv ω＝m 4π2 T2r ＝m 4π2f 2r得M ＝v 2Gr ＝4π2G T2r 3 ；若已知中心天体的半径R ，V ＝4 3πR 3 ，则ρ＝ MV特别地，若物体是在中心天体表面附近飞行，则有R ＝r例7. 一飞船在某行星表面附近沿圆轨道绕该行星飞行，测得飞船绕行一周所需时间为T ，若该行星的密度可视为是均匀的，求该行星密度的表达式。
（引力常量为G ） 解：据万有引力和牛顿第二定律有 GMmr 2＝m4π2T 2r得M ＝4π2G T 2r 3由于飞船是在行星表面附近飞行，可认为轨道半径r 与星球半径R 相等，有V ＝4 3πr 3则ρ＝MV ＝3πG T 2（三）人造卫星1.人造卫星的发射所谓“发射速度”并非指火箭的起飞速度，而是卫星脱离火箭进入轨道时的速度。
2.人造卫星的在轨运行很多人造地球卫星进入轨道后，就以一稳定的速度做匀速圆周运动，轨道中心在地心。
其运动所需的向心力由地球对卫星的万有引力提供。
于是有G Mmr 2＝mv 2r＝mω2r＝m4π2T 2r＝m4π2f 2r其中r为轨道半径，设地球半径为R，卫星距地面的高度为h，则r＝R地＋h。
卫星按照不同的用途被安排在距地高度不同的圆轨道上。
比较不同轨道上的卫星，它们的运行参数和轨道半径间有下列关系：绕行速度v和半径r：由G Mmr 2＝mv 2r得v 2∝1r，可见r越大，绕行速度越小。
即卫星的轨道越高，其线速度越小。
角速度ω和半径r：由G Mmr 2＝mω2r 得ω2∝1r 3可见r越大，角速度ω越小。
环绕周期T和半径r：由G Mmr 2＝m4π2T 2r 得T 2∝r 3可见r越大，周期T越大。
卫星的向心加速度a和半径r：由G Mmr 2＝ma得a∝1r 2可见r越大，向心加速度a越小。
例8.火星有两颗卫星，分别是火卫一和火卫二，它们的轨道近似为圆，已知火卫一的周期为7h39min，火卫二的周期是30h18min，那么两颗卫星相比较：A.火卫一距火星表面近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解：AC3.三种宇宙速度（1）第一宇宙速度卫星脱离火箭，被火箭发射到轨道上时，有一个最小发射速度，若卫星脱离火箭时的速度比它还小，卫星将象炮弹一样落回地面。
这一最小发射速度称为第一宇宙速度，记为vⅠ。
卫星以该速度运行时，处于最低的近地轨道，如果轨道再低，卫星的运行将受到空气阻力的影响，会坠落回地面。
此时轨道距地面约200km，其轨道半径可视为地球半径。
①vⅠ是卫星的最小发射速度，若发射速度达不到vⅠ，卫星将坠回地面。
②vⅠ是卫星轨道为圆形时的最大绕行速度，若速度再增大，轨道将不再是圆。
例9.已知地球半径为R，地球表面的重力加速度为g，不考虑地球自转的影响，（1）试推导第一宇宙速度v1的表达式。
（2）若某卫星绕地球做匀速圆周运动，运行轨道距地面高度为h，求卫星的运行周期T。
解：（1）卫星绕地运动时，设轨道半径为r，据万有引力定律和牛顿第二定律有：G Mmr 2＝mvⅠ2r由于卫星此时在地表附近飞行，有mg＝G Mm r 2r＝R联立可解得vⅠ＝gR地＝7.9km/s （2）据万有引力定律和牛顿第二定律有：G Mm(R＋h)2 ＝m4π2T 2(R＋h)对于地面上的物体，有m物g＝G Mm物R 2联立可解得T＝2πR＋hRR＋hg（2）第二宇宙速度和第三宇宙速度如果第三级火箭进入圆轨道后，发动机继续工作，使得卫星的发射速度大于7.9km/s，那么卫星将沿椭圆轨道运行；若卫星的发射速度进一步增大，达到11.2km/s时，卫星就会脱离地球的引力而不再绕地运行。
此后卫星将成为绕太阳运行的人造行星或者向其它行星飞去。
这个速度是航天器能够脱离地球引力的最小速度，称为第二宇宙速度，记为vⅡ，也称为地球表面的逃逸速度。
如果发射速度进一步增大，达到16.7km/s以上时，航天器将脱离太阳引力束缚，飞到太阳系以外的宇宙中，不再返回太阳系或地球。
这一速度称为第三宇宙速度，记为vⅢ。
4.地球同步静止卫星卫星绕地球旋转周期与地球自转周期完全相同，相对位置保持不变。
此卫星在地球上看来是静止地挂在高空，称为地球同步静止卫星，简称同步卫星或静止卫星。
（1）同步卫星的特点①轨道为圆。
如果它的轨道是椭圆，则地球应处于椭圆的一个焦点上，卫星在绕地球运转的过程中就必然会出现近地点和远地点，当卫星向近地点运行时，卫星的轨道半径将减小，地球对它的万有引力就变大，卫星的周期变小；反之，当卫星向远地点运行时，卫星的轨道半径将变大，地球对它的万有引力就减小，卫星的周期变大，这也就不能保持同步了。
