【课件】万有引力定律 课件-2022-2023学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册.pptx

万有引力万有引力定律定律人教版高中物理 必修2第 七 章 万 有 引 力 与 宇 宙 航 行 复习：行星绕太阳运动遵循什么规律？思考：是什么力支配着行星绕着太阳做如此和谐而有规律的运动呢？开普勒指出所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，行星绕太阳的运动不是完美的正圆，这打破了天体运动的神圣性，促使人们开始思考行星绕太阳运动的原因。合并趋势合并趋势一切物体都有合并的趋势，这种趋势导致物体做圆周运动。伽利略的观点伽利略的观点受到了来自太阳的类似于磁力的作用。类磁力开普勒的观点开普勒的观点在行星的周围有旋转的物质在行星的周围有旋转的物质(以太）以太）作用在行星上，使得行星绕太阳运动。作用在行星上，使得行星绕太阳运动。(以太）作用笛卡尔的观点笛卡尔的观点行星受到了太阳对它的引力，证明了如果行星的轨道是圆形的，其所受的引力大小跟行星到太阳的距离的二次方成反比，但没法证明在椭圆轨道规律也成立。F胡克与哈雷的观点胡克与哈雷的观点 他他的的回回答答是是：以以任任何何方方式式改改变变速速度度，都都需需要要力力。使使行行星星沿沿圆圆或或椭椭圆圆运运动动，需需要要指指向向圆圆心心或或椭椭圆圆焦焦点点的的力力，这这个个力力应应该该就就是是太太阳阳对对行行星的引力。星的引力。牛顿的观点牛顿的观点 牛牛顿顿在在前前人人对对惯惯性性研研究究的的基基础础上上，开开始始思思考考“物体怎样才会不沿直线运动物体怎样才会不沿直线运动”？牛牛顿顿利利用用他他发发现现的的“牛牛顿顿运运动动定定律律”把把行行星星的的向向心心加加速速度度与与太太阳阳对对它它的的引引力联系了起来。力联系了起来。本本节节课课我我们们根根据据牛牛顿顿运运动动定定律律及及开开普普勒勒行行星星运运动动定定律律来来讨讨论论太太阳阳与与行行星星之之间的引力间的引力。太阳太阳行星行星a a太阳太阳行星行星r r简化简化(1)匀速圆周运动模型：行星绕太阳做椭圆运动的轨迹的两个焦点靠得很近，行星的运动轨迹非常接近圆，所以将行星的运动看成以太阳为圆心的匀速圆周运动。(2)太阳对行星的引力提供行星做圆周运动的向心力。行星绕太阳的运动看做匀速圆周运动，行星做匀速圆周运动时，受到一个指向圆心（太阳）的引力，正是这个力提供了匀速圆周运动所需的向心力。1、太阳对行星的引力一、行星与太阳间的引力上一章我们已学习了向心力的规律，那么我们能否从向心力出发得到引力遵循的规律呢？消去消去T即太阳对不同行星的引力，与行即太阳对不同行星的引力，与行星的质量星的质量m成正比，与成正比，与r2成反比。成反比。F行行星星太太阳阳F2.行星对太阳的引力太阳和行星的引力是相互的，行星和太阳的地位对等的，太阳对行星的引力与行星质量成正比，由类比法可得行星对太阳的引力与太阳的质量成正比。类类比比法法牛牛 三三牛三牛三F 和F 是一对作用力和反作用力，所以F的大小既和太阳质量M成正比、也和行星质量m成正比。3、太阳与行星间的引力（1）G是与太阳和行星质量均无关的常量。（2）太阳与行星间引力的方向沿着二者的连线。最早发现太阳和行星之间引力和距离的二次方成反比规律的应该是胡克，但从数学上证明引力的平方反比率，并将引力推广到一切物体的则是牛顿。根据牛顿的朋友对他晚年谈话的回忆，当牛顿思考月亮绕地球运动的原因时，苹果的偶然落地引起了他的遐想，于是人们便乐于相信是苹果落地使牛顿发现了万有引力定律。苹果落地的故事苹果落地的故事牛顿是否从苹果落地中得到启发，已无从考证。但可以肯定的是：牛顿确实把“地球吸引月球的力”和“地球吸引苹果的力”进行过对比，这就是著名的“月地检验”苹果落地的故事苹果落地的故事苹果落地的故事非常有趣，为人们所津津乐道，但它把人类历史上最伟大的发现降格为灵机一动的聪明之举，这是对科学的不尊重，对历史的不尊重。牛顿在发现了太阳与行星之间引力所遵循的规律后，做了上述思考。如果这两种力是性质相同的力，那么它们将遵循相同的规律，如何检验它们是否遵循相同的规律呢？即即解：解：解：解：太阳对行星的引力太阳对行星的引力 地球对月球的引力地球对月球的引力 地球对地面上苹果的引力地球对地面上苹果的引力是同一种性质的力，是同一种性质的力，遵从相同规律遵从相同规律“天上”的力“人间”的力是同种性质的力是同种性质的力二、月-地检验既然太阳与行星之间、地球与月球之间、地球与物体之间都有引力，那么是不是任何两个有质量的物体之间都有这样的引力呢？是否遵守 牛顿又大胆猜想，最终推广到任何两个物体之间的都存在这样的引力事实上，自然界中任何两个有质量的物体间都存在引力。1687 年牛顿发现万有引力定律。?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F与物体的质量m1和m2的乘积成正比，与它们的距离r的二次方成反比。2.公式：m1,m2-两物体的质量r-两物体间的距离G-比例系数，叫引力常量，适用于任何物体。三、万有引力定律(1)理想情况：仅适用于两个质点间引力大小的计算3.3.万有引力公式的万有引力公式的适用条件适用条件(2)实际情况：若两个物体间的距离远大于物体本身大小时，两个物体可近似看成质点。如：太阳与行星间 地球与月球间r r 为两质点间的距离为两质点间的距离rFm2m1FFrMmFr r 为两天体中心的距离为两天体中心的距离质量分布均匀的两个球体，可视为质量集中于球心。rFFr r 为两球心间的距离为两球心间的距离质点与质量分布均匀的球体，r r 为为质点质点到到球心球心的距离。的距离。rFm2m1F对于地面上（或地球表面附近）的物体，可近似视为质点。F FrOr r 为为地球的球半径地球的球半径（或物体到地心的距离）（或物体到地心的距离）揭示了地面上物体运动的规律和天体上物体的运动遵从同一规律，让人们认识到天体上物体的运动规律也是可以认识的,解放了人们的思想,给人们探索自然的奥秘建立了极大信心,对后来的物理学、天文学的发展具有深远的影响。4.万有引力定律的意义:当当r 0 r 0 时时,万有引力公式已不再适用，不能认为引力万有引力公式已不再适用，不能认为引力F F趋于无穷大。趋于无穷大。1、一名宇航员来到一个星球上，如果该星球的质量是地球质量的一半，它的直径也是地球直径的一半，那么这名宇航员在该星球上所受的万有引力大小是他在地球上所受万有引力大小的()A.0.25倍 B.0.5倍 C.2.0倍 D.4.0倍C C2对于万有引力定律的表达式F ，下面说法中正确的是()A当r趋近于零时，万有引力趋于无穷大B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C若m1m2，则m1受到的引力大于m2受到的引力Dm1与m2受到的引力大小相等，是一对平衡力B B 卡文迪许扭秤实验四、引力常量1、卡文迪许扭秤实验一次放大：扭秤装置把微小力通过杠杆旋转 (力矩)明显反映出来；二次放大：扭转角度（微小形变）通过光标的移动来反映。2、标准值：G6.672591011Nm2/kg2，通常取G6.671011Nm2/kg2。卡文迪许扭秤实验的意义1、证明了万有引力的存在。2、开创了测量弱力的新时代。3、使得万有引力定律有了真正的实用价值，可测定远离地球的一些天体的质量、平均密度等。（卡文迪许被称为能称出地球质量的人）