人教版高中物理必修2万有引力定律.ppt

7.3万有引力定律人教版人教版淮南师范学院第四届师范生职业技能竞赛复赛物理与电子信息系：张宗瑞(参赛号2013054)复复 习习开普勒行星运动定律开普勒行星运动定律开普勒行星运动定律开普勒行星运动定律第一定律：第一定律：第一定律：第一定律：所有行星绕太阳的轨道都是椭圆，所有行星绕太阳的轨道都是椭圆，所有行星绕太阳的轨道都是椭圆，所有行星绕太阳的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上。太阳处在椭圆的一个焦点上。太阳处在椭圆的一个焦点上。太阳处在椭圆的一个焦点上。第二定律：第二定律：第二定律：第二定律：对任意一个行星来说，它与太阳的对任意一个行星来说，它与太阳的对任意一个行星来说，它与太阳的对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间内扫过相等的面积连线在相等的时间内扫过相等的面积连线在相等的时间内扫过相等的面积连线在相等的时间内扫过相等的面积第三定律：第三定律：第三定律：第三定律：所有行星的椭圆轨道的半长轴的三所有行星的椭圆轨道的半长轴的三所有行星的椭圆轨道的半长轴的三所有行星的椭圆轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等。次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等。次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等。次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等。即即即即k k值与中心天体有关，值与中心天体有关，而与环绕天体无关而与环绕天体无关是什么原因使行星绕太阳运动呢是什么原因使行星绕太阳运动呢？伽利略伽利略笛卡尔笛卡尔胡克胡克哈雷哈雷牛牛 顿顿 下面就让我们踏着牛顿探索的足迹下面就让我们踏着牛顿探索的足迹,经历一经历一次发现万有引力定律的过程吧！次发现万有引力定律的过程吧！由此猜想：苹果受到的重力和月球受到的引由此猜想：苹果受到的重力和月球受到的引力可能就是同一性质的力。力可能就是同一性质的力。是否任意两个物体之间都存在相互的吸引力呢？是否任意两个物体之间都存在相互的吸引力呢？牛顿在前人研究的基础上，经过一系列的牛顿在前人研究的基础上，经过一系列的想象、假设、理想实验、类比、归纳，总想象、假设、理想实验、类比、归纳，总结了地球对地面上的物体的引力、太阳对结了地球对地面上的物体的引力、太阳对行星的引力、以及行星对卫星的引力，都行星的引力、以及行星对卫星的引力，都遵守相同的规律，是同一性质的力。牛顿遵守相同的规律，是同一性质的力。牛顿把这种引力规律做了推广，终于发现了万把这种引力规律做了推广，终于发现了万有引力定律，发表于他有引力定律，发表于他1687年出版的自年出版的自然哲学的数学原理中。然哲学的数学原理中。复习复习（二）太阳与行星间的引力（二）太阳与行星间的引力Rr“月月地地”检验示意图检验示意图牛顿猜测：太阳与行星间、牛顿猜测：太阳与行星间、地球与苹果间、地球与月地球与苹果间、地球与月亮间的力是不是同一种力亮间的力是不是同一种力呢？呢？牛顿（牛顿（16431727）英国科学家英国科学家于是牛顿就作了非常著于是牛顿就作了非常著名的名的“月月-地地”检验检验.目的：检验地面上的重力与地球吸引月球是否是同一性质的力？目的：检验地面上的重力与地球吸引月球是否是同一性质的力？牛顿月地检验的基本思路：牛顿月地检验的基本思路：假设假设维持月球绕地球运动的力以及地面物体所受的引力和太阳与行星维持月球绕地球运动的力以及地面物体所受的引力和太阳与行星之间的力遵循同一规律。（已知月球轨道半径之间的力遵循同一规律。（已知月球轨道半径r是地球半径是地球半径R的的60倍倍）（1）将物体放在地球表面上所受引力为：将物体放在地球表面上所受引力为：月地检验月地检验 （2）将物体放在月球轨道上所受引力为：）将物体放在月球轨道上所受引力为：（3）两者比值：）两者比值：物体在月球轨道上运动的加速度物体在月球轨道上运动的加速度a与地球表面的加速度与地球表面的加速度g之比之比为：为：（4）当时已经比较精确地测定月球与地球的距离）当时已经比较精确地测定月球与地球的距离r384400km、月球的公转周期为月球的公转周期为27.3天。我们想一个可行的方法，测出月球轨天。我们想一个可行的方法，测出月球轨道上某物体的加速度。道上某物体的加速度。结论：地面物体所受地球的引力、月球绕地球运动结论：地面物体所受地球的引力、月球绕地球运动所受的引力，与太阳、行星间的引力遵循同一规律所受的引力，与太阳、行星间的引力遵循同一规律。a=(r地地/r月地月地)2g=9.8/3600(m/s2)=2.710-3(m/s2).三、更进一步的推广 万有引力定律（1 1）定律表述：自然界中）定律表述：自然界中）定律表述：自然界中）定律表述：自然界中任何任何任何任何两个物体都是相互吸两个物体都是相互吸两个物体都是相互吸两个物体都是相互吸引的，引力的大小跟这两个物体的质量成正比，跟引的，引力的大小跟这两个物体的质量成正比，跟引的，引力的大小跟这两个物体的质量成正比，跟引的，引力的大小跟这两个物体的质量成正比，跟它们的距离的二次方成反比它们的距离的二次方成反比它们的距离的二次方成反比它们的距离的二次方成反比方向方向方向方向在它们连线上在它们连线上在它们连线上在它们连线上.（2）公式表示：）公式表示：（3 3）引力常量）引力常量G G适用于任何两个物体适用于任何两个物体;它在数值上等它在数值上等于两个质量都是于两个质量都是1kg1kg的物体相距的物体相距1m1m时的相互作用力时的相互作用力.观察获得规律观察获得规律得到万有引力定律得到万有引力定律猜想原因猜想原因数学演绎得到规律数学演绎得到规律进一步猜想进一步猜想猜想得到检验猜想得到检验更大胆的猜想更大胆的猜想我不知道世人怎样看我，但我自己以为我不过像一个在海边玩耍的孩子，不时为发现比寻常更为美丽的一块卵石或一片贝壳而沾沾自喜，至于展现在我面前的浩翰的真理海洋，却全然没有发现。-牛顿趁热打铁一趁热打铁一1.要使两物体间的万有引力减小到原来的1/4,下列方法不可采用的是()A.使两物体的质量各减小一半,距离不变B.使其中一个物体的质量减小到原来的1/4,距离不变C.使两物体间的距离增为原来的2倍,质量不变D.使两物体间的距离和质量都减为原来的1/4D五、五、1.引力常量引力常量的测量的测量1.16861.1686年牛顿发现万有引力定律后，曾经设想过几年牛顿发现万有引力定律后，曾经设想过几种测定引力常量的方法，却没有成功种测定引力常量的方法，却没有成功.2.2.其间又有科学家进行引力常量的测量也没有成功其间又有科学家进行引力常量的测量也没有成功.3.1003.100多年后，直到多年后，直到17891789年，英国物理学家年，英国物理学家卡文迪卡文迪许许巧妙地利用了扭秤装置，第一次在实验室里对巧妙地利用了扭秤装置，第一次在实验室里对两个物体间的引力大小作了精确的测量和计算，两个物体间的引力大小作了精确的测量和计算，比较准确地测出了引力常量比较准确地测出了引力常量 rFrFmmmm扭秤实验的物理思想和科学方法：扭秤装置把微小力扭秤实验的物理思想和科学方法：扭秤装置把微小力转变成力矩来反映，扭转角度又通过光标的移动来反转变成力矩来反映，扭转角度又通过光标的移动来反映从而确定物体间的万有引力映从而确定物体间的万有引力。卡文迪许实验卡文迪许实验第一个称量地球的卡文迪许第一个称量地球的卡文迪许测定引力常量的重要意义1 1证明了万有引力的存在证明了万有引力的存在2 2“开开创创了了测测量量弱弱力力的的新新时时代代”（英英国国物物理理学学家家玻玻印廷语）印廷语）3 3使使得得万万有有引引力力定定律律有有了了真真正正的的实实用用价价值值，可可测测定定远远离离地地球球的的一一些些天天体体的的质质量量、平平均均密密度度等等如如根根据据地地球球表表面面的的重重力力加加速速度度可可以以测测定定地地球球的的质量质量标准值:常用值:G值的物理含义：值的物理含义：两个质量为两个质量为1kg的物体相距的物体相距1m时，它们之间时，它们之间万有引力为万有引力为6.6710-11 N测出测出G值的值的意义：意义：证明万有引力定律的正确；证明万有引力定律的正确；开创了微小量测量的开创了微小量测量的先河，使科学放大思想得到推广；先河，使科学放大思想得到推广；卡文迪许被称为卡文迪许被称为“第一个称量地球质量的人第一个称量地球质量的人”！一粒芝麻重的几千分之一一粒芝麻重的几千分之一假设质量分别是50Kg,间距为0.5m.试估算同桌的两位同学之间的万有引力.说明：说明：一般物体间的万有引力可忽略不计，天体间一般物体间的万有引力可忽略不计，天体间的万有引力则决定了天体的运动。的万有引力则决定了天体的运动。趁热打铁二趁热打铁二 如图如图,两球的半径分别为两球的半径分别为r r1 1和和r r2 2,而球的质量分布而球的质量分布均匀均匀,大小分别为大小分别为mm1 1,m,m2 2,则两球间的万有引力大小则两球间的万有引力大小为为()()A.B.A.B.C.D.C.D.D对于质量分布均匀的球体之间对于质量分布均匀的球体之间,无论距无论距离远近都可以视为质点用公式计算离远近都可以视为质点用公式计算.趁热打铁三趁热打铁三万有引力定律适用条件万有引力定律只适用质点间引力大小的计算万有引力定律只适用质点间引力大小的计算.当两物体是质量均匀分布的球体时当两物体是质量均匀分布的球体时,式中的式中的r r是指两是指两球心间距离球心间距离.若物体不能视为质点若物体不能视为质点,则可把每一个物体视为若干个则可把每一个物体视为若干个质点的集合质点的集合,然后按定律求出各质点间的引力然后按定律求出各质点间的引力,再矢量再矢量合成合力合成合力.应用时注意：应用时注意：1普遍性普遍性:任何物体之间都存在任何物体之间都存在.2相互性相互性:符合牛顿第三定律符合牛顿第三定律.3宏观性宏观性:只对宏观物体有意义只对宏观物体有意义.思考：课本P43 问题与练习 1铸铁成剑铸铁成剑五、重力与万有引力F万万F1GNSO O1 1 知道万有引力常量知道万有引力常量G的数值的数值,地球质量就可求得地球质量就可求得.若已知若已知G6.6710-11Nm2/kg2,g=9.8m/s2,地球半地球半径径R6.4106m,求地球的质量是多少？求地球的质量是多少？解解:物体在地球表面受到的重力可以认为和万有引力相物体在地球表面受到的重力可以认为和万有引力相等等,则则:剑峰直指剑峰直指设想把质量为设想把质量为m的物体放在地球的中心的物体放在地球的中心,地球质量为地球质量为M,半径为半径为R,则物体与地球间的则物体与地球间的万有引力是（万有引力是（）A零零B无穷大无穷大D无法确定无法确定C解析：地心周围的物体对放到地心处的物体解析：地心周围的物体对放到地心处的物体的万有引力的合力为零，所以选项的万有引力的合力为零，所以选项A正确正确A思考本 节 小 结 l1了解牛顿发现万有引力定律的思考过了解牛顿发现万有引力定律的思考过 程，体会研究物理问题的方法。程，体会研究物理问题的方法。l2万有引力定律的内容及具体应用。万有引力定律的内容及具体应用。l3介绍万有引力恒量的测定方法，体会介绍万有引力恒量的测定方法，体会 微小量的放大方法。微小量的放大方法。作业：课本作业：课本P43 问题与练习问题与练习 2、3、4祝学习愉快