人教版高一物理必修2--第六章-第3节-万有引力定律课件.ppt

3 万有引力定律F行行星星太太阳阳F科科学学探探究究消去消去v行星运行速度行星运行速度v容易观测？容易观测？消去消去T讨论讨论太阳对行星的引力提供向心力太阳对行星的引力提供向心力类类比比法法太阳太阳对对行星行星的引力跟受力星体的质量的引力跟受力星体的质量成正比，与行星到太阳的距离的二次成正比，与行星到太阳的距离的二次方成反比。方成反比。行星行星对对太阳太阳的引力跟太阳的质量成正的引力跟太阳的质量成正比，与行星到太阳的距离的二次方成比，与行星到太阳的距离的二次方成反比。反比。F行行星星太太阳阳F太阳与行星间的引力太阳与行星间的引力F F类类比比法法牛牛 三三F F 和和F F 是一对作用力和反是一对作用力和反作用力，那么可以得出作用力，那么可以得出F F大小大小跟太阳质量跟太阳质量M M、行星质量、行星质量m m的的关系式有什么关系？关系式有什么关系？牛三牛三G G为比例系数，与为比例系数，与太阳、行星无关。太阳、行星无关。方向：沿着太阳与行方向：沿着太阳与行星间的连线。星间的连线。思考：思考：苹果为什么要落回地面？苹果为什么要落回地面？飞人跳得再高也会飞人跳得再高也会落地落地,为什么他不为什么他不能漂浮在空中？能漂浮在空中？地球对地面物体的引力地球对地面物体的引力F引力=mg地球对地面物体的引力等于物体所受的重力地球对地面物体的引力等于物体所受的重力为什么月球不能飞离地球呢？为什么月球不能飞离地球呢？地球对月球的引力地球对月球的引力地球对月球的引力等于月球做匀地球对月球的引力等于月球做匀速运动所需要的向心力速运动所需要的向心力地面物体所受地球的引力，月球所受地球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；这些力的引力，与太阳、行星间的引力；这些力是是同一种性质同一种性质的力吗？的力吗？如果是则这些力都遵从如果是则这些力都遵从与距离的平方成反比与距离的平方成反比的规律的规律。F地对物=mg一一 月地检验月地检验a向=2.710-3m/s2地球半径：地球半径：R R=6400=640010103 3m m月球周期：月球周期：T=27.32.36106 s月球轨道半径：月球轨道半径：r60R=3.84108m地表重力加速度：地表重力加速度：g=9.8 m/s2a向=2.710-3m/s2 地球对月球的力，地球对地面地球对月球的力，地球对地面物体的力真是同一种力。物体的力真是同一种力。G是比例系数，与是比例系数，与太阳和行星都没有太阳和行星都没有关系关系牛顿的推广牛顿的推广成立成立成立成立成立成立二、万有引力定律二、万有引力定律1.1.定律表述：自然界中任何两个物体都是互相定律表述：自然界中任何两个物体都是互相吸引的，引力的大小跟这两个物体的质量的乘吸引的，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。积成正比，跟它们的距离的二次方成反比。2公式表达公式表达（1 1）m m1 1和和m m2 2表示两个物体的质量，表示两个物体的质量，r r表示它们的距离。表示它们的距离。（2 2）G G为引力常量。为引力常量。G=6.67G=6.6710101111 N Nm m2 2/kg/kg2 2 G G的物理意义的物理意义两质量各为两质量各为1kg1kg的物体相距的物体相距1m1m时万有时万有引力的大小。引力的大小。3.3.万有引力公式的适用范围：万有引力公式的适用范围：（1 1）万万有有引引力力存存在在于于一一切切物物体体之之间间，但但上上述述公公式式只能计算两只能计算两质点间的引力质点间的引力；即即两两物物体体的的形形状状和和大大小小对对它它们们之之间间的的距距离离而而言言,影响很小影响很小,可以忽略不计可以忽略不计.（2 2）两两质质量量分分布布均均匀匀的的球球体体之之间间的的引引力力，也也可可用用上述公式计算，且上述公式计算，且r r为两球心间距离为两球心间距离；m1m2r4.4.万有引力定律理解万有引力定律理解普遍性：普遍性：任何两个物体之间都存在引力任何两个物体之间都存在引力（大到天体小到微观（大到天体小到微观粒子），它是自然界的物体间的基本相互作用之一。粒子），它是自然界的物体间的基本相互作用之一。相互性：两个物体之间相互作用的相互性：两个物体之间相互作用的引力是一对作用力与反引力是一对作用力与反作用力作用力，符合牛顿第三定律。，符合牛顿第三定律。(3)(3)宏观性：宏观性：通常情况下万有引力非常小通常情况下万有引力非常小，只有在质量巨大，只有在质量巨大的天体间或天体与物体间它的存在才有宏观的物理意义。的天体间或天体与物体间它的存在才有宏观的物理意义。在微观世界中，粒子的质量都非常小，粒子间的万有引力在微观世界中，粒子的质量都非常小，粒子间的万有引力很不显著，万有引力可以忽略不计。很不显著，万有引力可以忽略不计。三、引力常量的测定三、引力常量的测定.1687.1687年牛顿发现万有引力定律后，曾经设想过几种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。测定引力常量的方法，却没有成功。.其间又有科学家进行引力常量的测量也没有成功。其间又有科学家进行引力常量的测量也没有成功。.直到直到17981798年，英国物理学家年，英国物理学家卡文迪许卡文迪许巧妙地利用了巧妙地利用了扭秤装置扭秤装置，第一次在实验室里对两个物体间的引力，第一次在实验室里对两个物体间的引力大小做了精确的测量和计算，比较准确地测出了大小做了精确的测量和计算，比较准确地测出了引引力常量力常量。卡文迪许扭秤实验卡文迪许扭秤实验rFrFmmmm1实验装置实验装置放置小球放置小球m/固定小球固定小球m平面镜平面镜M金属丝金属丝G光源光源S刻度尺刻度尺P放置小球放置小球固定小球固定小球平面镜平面镜金属丝金属丝光源光源刻度尺刻度尺2实验原理实验原理rFrFmmmm放置小球对固定放置小球对固定小球产生引力小球产生引力F引力矩引力矩M引引T型架发生扭转型架发生扭转金属丝发生扭转金属丝发生扭转扭转力矩扭转力矩M扭扭产生产生使得使得产生产生引力矩引力矩：M引=FLL为两固定小球间的距离为两固定小球间的距离扭转力矩：扭转力矩：M扭扭=KT型架平衡时型架平衡时：M引引=M扭扭FL=K为金属丝扭转的角度为金属丝扭转的角度K为金属丝的扭转系数为金属丝的扭转系数设反射光线转过的角度为设反射光线转过的角度为/则则/=2设平面镜到刻度尺的距离为设平面镜到刻度尺的距离为r/,光光斑移动的距离为斑移动的距离为d则：则：/=2为金属丝扭转的角度为金属丝扭转的角度K为金属丝的扭转系数为金属丝的扭转系数/为反射光线转过的角度为反射光线转过的角度r/为平面镜到刻度尺的距离，为平面镜到刻度尺的距离，d为为光斑移动的距离光斑移动的距离3测量方法测量方法rFrFmmmm放大的思想方法放大的思想方法 将不易观察的微小变化量，转化为容易观察的将不易观察的微小变化量，转化为容易观察的显著变化量，再根据显著变化量与微小变化量的显著变化量，再根据显著变化量与微小变化量的关系，算出微小变化量。关系，算出微小变化量。二次放大法二次放大法引力引力F扭转角度扭转角度光斑移动的距离光斑移动的距离d一次放大一次放大二次放大二次放大4测定引力常量的重要意义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坡坡印印廷语）。廷语）。3 3使使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：根据地球表面的重力加速度可以测定地球的质量。根据地球表面的重力加速度可以测定地球的质量。四万有引力与重力四万有引力与重力（1 1）万有引力的一个分力提供物体随地球自转的）万有引力的一个分力提供物体随地球自转的向心力，一个分力为重力。向心力，一个分力为重力。（4 4）重力随纬度的增大而增大。）重力随纬度的增大而增大。（5 5）由于随地球自转的向心力很小，所以若不）由于随地球自转的向心力很小，所以若不考虑地球自转考虑地球自转,则万有引力等于重力。则万有引力等于重力。（2 2）在南北极：）在南北极：（3 3）在赤道：）在赤道：在赤道，向心力最大，重力最小；在赤道，向心力最大，重力最小；在两极，无向心力，重力最大；在两极，无向心力，重力最大；纬度越高，重力越大，纬度越高，重力越大，g g越大。越大。实际计算中忽略地球自转影响，近似认为物体实际计算中忽略地球自转影响，近似认为物体受到的重力就是地球对物体的万有引力。受到的重力就是地球对物体的万有引力。1.1.对于万有引力定律的表述式，下列说法中正确的对于万有引力定律的表述式，下列说法中正确的是是()A.A.公式中公式中G G为引力常量，它是由实验测得的，为引力常量，它是由实验测得的，而不是人为规定的而不是人为规定的B.B.当当r r趋近于零时，万有引力趋于无穷大趋近于零时，万有引力趋于无穷大C.mC.m1 1与与m m2 2受到的引力大小总是相等的，方向相反，受到的引力大小总是相等的，方向相反，是一对平衡力是一对平衡力D.mD.m1 1与与m m2 2受到的引力大小总是相等的，而与受到的引力大小总是相等的，而与m m1 1、m m2 2 是否相等无关是否相等无关ADAD2.2.地球的半径为地球的半径为R R，地球表面处物体所受的重力为，地球表面处物体所受的重力为mgmg，近似等于物体所受的万有引力。关于物体在下列，近似等于物体所受的万有引力。关于物体在下列位置所受万有引力大小的说法中，正确的是（位置所受万有引力大小的说法中，正确的是（）A.A.离地面高度离地面高度 R R 处为处为4mg 4mg B.B.离地面高度离地面高度 R R 处为处为C.C.离地面高度离地面高度 2R 2R 处为处为D.D.离地面高度离地面高度 处为处为4mg4mg B B3.3.要使两物体间的万有引力减小到原来的要使两物体间的万有引力减小到原来的1/41/4，下列办法可采用的是（下列办法可采用的是（）A.A.使两个物体质量各减小一半，距离不变使两个物体质量各减小一半，距离不变B.B.使其中一个物体的质量减小到原来的使其中一个物体的质量减小到原来的1/41/4，距离，距离不变不变C.C.使两物体的距离增为原来的使两物体的距离增为原来的2 2倍，质量不变倍，质量不变D.D.两物体的距离和两物体质量都减小为原来的两物体的距离和两物体质量都减小为原来的1/41/4ABCABC例例1.1.如图所示，在一个半径为如图所示，在一个半径为R R、质量为、质量为M M的均的均匀球体中，紧贴球的边缘挖去一个半径为匀球体中，紧贴球的边缘挖去一个半径为R/2R/2的的球形空穴后，对位于球心和空穴中心连线上、球形空穴后，对位于球心和空穴中心连线上、与球心相距与球心相距d d的质点的质点m m的引力是多大？的引力是多大？解析：解析：完整的均质球体对球外质点完整的均质球体对球外质点m m的引力的引力这个引力可以看成是：这个引力可以看成是：m m挖去球穴后的剩余部分对挖去球穴后的剩余部分对质点的引力质点的引力F F1 1与半径为与半径为R/2R/2的小球对质点的引力的小球对质点的引力F F2 2之和，即之和，即F=FF=F1 1+F+F2 2因半径为因半径为R/2R/2的小球质量的小球质量M M为为所以挖去球穴后的剩余部分对球外质点所以挖去球穴后的剩余部分对球外质点m m的引力的引力