【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

1.地心说与日心说O2.开普勒三大行星运动定律Orr 3T 2=kk是一个只与中心天是一个只与中心天体有关的物理量体有关的物理量温温故故知知新新哥白尼哥白尼开普勒开普勒第谷第谷伽利略伽利略托勒密托勒密轨轨道道定定律律面面积积定定律律周周期期定定律律简化成匀速圆周运动处理简化成匀速圆周运动处理问题探究问题探究行星为什么绕太阳如此和行星为什么绕太阳如此和谐而又有规律地做椭圆运谐而又有规律地做椭圆运动？动？2 2 2 2万有引力定律万有引力定律第七章第七章 万有引力与宇宙航行万有引力与宇宙航行第一版块：行星与太阳间的引力伽利略伽利略一切物体都有合并的趋势。一切物体都有合并的趋势。开普勒开普勒行星的运动是行星的运动是受到了来自受到了来自太阳的类似于磁力的作用太阳的类似于磁力的作用，与距离成反比。，与距离成反比。笛卡尔笛卡尔在行星的周围有旋转的物在行星的周围有旋转的物质质(以太以太)作用在行星上，作用在行星上，使得行星绕太阳运动。使得行星绕太阳运动。胡克胡克 行星的运动是太阳吸引行星的运动是太阳吸引的缘故，并且力的大小与的缘故，并且力的大小与到太阳距离的平方成反比。到太阳距离的平方成反比。牛顿牛顿 (16431727)(16431727)英国英国 当年牛顿在前人研究的基础上，也经过类似同学这样的思考，并凭借其超凡的数学能力和坚定的信念，深入研究，最终发现了万有引力定律。牛顿在发现牛顿三大定律之后，认牛顿在发现牛顿三大定律之后，认为物体运动状态发生改变是因为受为物体运动状态发生改变是因为受到力的作用，他觉得是到力的作用，他觉得是太阳与行星太阳与行星的引力让行星绕太阳运动。的引力让行星绕太阳运动。太阳太阳行星行星r太阳太阳行星行星a简简化化思考：思考：行星绕太行星绕太阳做匀速圆周运阳做匀速圆周运动需要向心力，动需要向心力，那什么力来提供那什么力来提供做向心力？做向心力？这个这个力的力的方向方向怎么样怎么样？大小大小呢？呢？把行星绕太阳的运动简把行星绕太阳的运动简化为化为匀速圆周匀速圆周运动运动。MmF行星行星行星行星太阳对行星的引力太阳对行星的引力1、设行星的质量为m，速度为v，行星到太阳的距离为r，则太阳对行星的引力来提供行星绕太阳做匀速圆周运动所需的向心力：太阳行星行星F2、天文观测难以直接得到行星的速度v，但如果我们能得到行星的公转周期T消去v3、不同行星绕太阳运动轨道半径r和周期T也是不同的，F跟r关系式中不应出现周期T,我们可运用什么规律把T消去？消去T太阳对行星的引力太阳对行星的引力 即 太阳对不同行星的引力，与行星的质量成正比，与行星和太阳间的距离的二次方成反比。行星对太阳的引力行星对太阳的引力FF类比法牛 三太阳与行星间的引力太阳与行星间的引力概括起来讨论与交流：太阳与行星间的引力大小的表达形式该如何描述？G比例系数，与太阳、行星的质量无关方向：沿着太阳和行星的连线表达式：太阳与行星间的引力：与太阳的质量M、行星的质量m成正比，与两者距离的二次方成反比(1)G是比例系数，与行星、太阳均无关(2)引力的方向沿太阳与行星的连线和行星的连线第二版块：月地检验n为什苹果会掉下来？为什苹果会掉下来？力的作用力的作用地球吸引地球吸引(重力重力)指向地球指向地球n月亮为什么会绕地球转？月亮为什么会绕地球转？地球引力地球引力指向地球指向地球“天上天上”的力与的力与“地上地上”的是否的是否是同一种力呢是同一种力呢?1 1、牛顿的猜测：、牛顿的猜测：苹果与月亮受到的力可能是同一苹果与月亮受到的力可能是同一种力种力!可能是地球表面的重力延伸到可能是地球表面的重力延伸到月亮。月亮。2 2、牛顿的验证：月地检验、牛顿的验证：月地检验 如果如果是同一种力，那它们就遵循同一是同一种力，那它们就遵循同一个规律，适用于同一个公式，即个规律，适用于同一个公式，即 ，那，那同一个物体同一个物体在在月球处月球处受到的力应该受到的力应该是它在是它在地球地球上受到的力的上受到的力的 。只要证。只要证明这个式子成立与否就可以证明这两个明这个式子成立与否就可以证明这两个力是不是同一种力了。可是不可能将同力是不是同一种力了。可是不可能将同一个物体放到月球上去测量力的大小，一个物体放到月球上去测量力的大小，怎么可以证明呢？怎么可以证明呢？当时已知的一些量：当时已知的一些量：地表重力加速度：地表重力加速度：g=9.8m/s2地球半径：地球半径：R=6400km月球周期：月球周期：T=27.3天天月球轨道半径：月球轨道半径：r 60R3 3、牛顿的结论：、牛顿的结论：地球对月球的地球对月球的力和地球对地面力和地球对地面上物体的力以及上物体的力以及太阳对行星的力太阳对行星的力都是同一种性质都是同一种性质的力，且都遵从的力，且都遵从“与距离的二次与距离的二次方成反比方成反比”的规的规律。律。牛顿的智慧：牛顿的智慧：既然太阳与行星既然太阳与行星间、地球与月球间、间、地球与月球间、地球与地球上的物地球与地球上的物体间有引力，那么体间有引力，那么任何两个有质量的任何两个有质量的物体间是否也都有物体间是否也都有这样的引力呢？这样的引力呢？第三版块：万有引力万有引力定律万有引力定律 自然界中任何两个物体都相互吸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，引力的方向在它们的连线上，引力的大小跟这两个物体的质量的引力的大小跟这两个物体的质量的乘积成正比，跟它们的距离的平方乘积成正比，跟它们的距离的平方成反比。成反比。表达式：表达式：引力常量引力常量引力常量引力常量的测量的测量【思考】对于一个十分微小的物理量该采用【思考】对于一个十分微小的物理量该采用什么方法测量？什么方法测量？卡文迪什卡文迪什卡文迪什扭秤实验卡文迪什扭秤实验扭秤实验扭秤实验G值的物理意义值的物理意义：两个质量为两个质量为1kg的物体相距的物体相距1m时，时，它们之间万有引力为它们之间万有引力为6.6710-11 N扭秤实验的意义：扭秤实验的意义：1、直接证明了万有引力存在普遍性、直接证明了万有引力存在普遍性 2、使得万有引力有了真正的实用价值、使得万有引力有了真正的实用价值 3、“放大法放大法”思想的应用思想的应用目前较精确目前较精确G 6.6725910-11Nm2/kg2通常取通常取G 6.6710-11Nm2/kg2n理论上，任何两个物体间引力都可计算，理论上，任何两个物体间引力都可计算，且距离且距离r越小，受到的力越大。越小，受到的力越大。n那么两个同学互相靠在一起，是不是引那么两个同学互相靠在一起，是不是引力无穷大？力无穷大？公式适用的条件：公式适用的条件：物体可以看做质点（形状大小可物体可以看做质点（形状大小可忽略）忽略）两个质量分布均匀的球体，两个质量分布均匀的球体，r r为球为球心间距心间距 虽然两个物体间的引力一定存在，但是用万有引力公式计算是有条件的 物体间距比自身尺寸大的多时物体间距比自身尺寸大的多时粗略的计算一下两个质粗略的计算一下两个质粗略的计算一下两个质粗略的计算一下两个质量为量为量为量为50kg50kg，相距，相距，相距，相距0.5m0.5m的的的的同学之间的引力？同学之间的引力？同学之间的引力？同学之间的引力？只有一粒芝麻重的几千分之一只有一粒芝麻重的几千分之一只有一粒芝麻重的几千分之一只有一粒芝麻重的几千分之一!所以平时受力分析时不用分析物体间的万有引力所以平时受力分析时不用分析物体间的万有引力所以平时受力分析时不用分析物体间的万有引力所以平时受力分析时不用分析物体间的万有引力地球质量地球质量M=6M=610102424kg,kg,地球半径地球半径R=6400km,R=6400km,估估算地球对其中一个同学算地球对其中一个同学人的引力？人的引力？一、太阳与行星间的引力二、月地检验 证实了太阳与行星间的引力和地球与地面证实了太阳与行星间的引力和地球与地面上的物体间的引力是同一种性质的力。上的物体间的引力是同一种性质的力。三、万有引力定律1、内容、内容2、公式、公式3、适用条件、适用条件（1 1）两个质点）两个质点 或（或（2 2）两个质量分布均匀的球体）两个质量分布均匀的球体 r r为两个球心间的距离为两个球心间的距离课课堂堂小小结结类比类比牛三牛三牛二、开三牛二、开三课堂练习ACDn n2 2、地球的半径为、地球的半径为、地球的半径为、地球的半径为R R，地球表面处物体所受的，地球表面处物体所受的，地球表面处物体所受的，地球表面处物体所受的重力为重力为重力为重力为mgmg，近似等于物体所受的万有引力。，近似等于物体所受的万有引力。，近似等于物体所受的万有引力。，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关于物体在下列位置所受万有引力大小的说关于物体在下列位置所受万有引力大小的说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（法中，正确的是（法中，正确的是（法中，正确的是（）A.A.离地面高度离地面高度离地面高度离地面高度 R R 处为处为处为处为4mg 4mg B.B.离地面高度离地面高度离地面高度离地面高度 R R 处为处为处为处为 C.C.离地面高度离地面高度离地面高度离地面高度 2R 2R 处为处为处为处为 D.D.离地面高度离地面高度离地面高度离地面高度 处为处为处为处为4mg4mg 课堂练习C万有引力与重力的关系n苹果受到重力掉下来的根本原因其实是地球对苹果的吸引力，所以我们通常认为mg=F万，但其实不然。FGF向向F万万GF万万GF向向r两极两极:F万万=G赤道赤道:F万万=G+F向向万有引力有两个分力：万有引力有两个分力：重力和向心力重力和向心力（1）静止在地面上的物体，要随地球自转）静止在地面上的物体，要随地球自转（2）地球自转速度很小，）地球自转速度很小，向心力很小，若不考虑地向心力很小，若不考虑地球自转的影响球自转的影响黄金代换式黄金代换式竖直向下竖直向下,与地面垂与地面垂直直地上一式地上一式纬度越高纬度越高重力重力(重力重力加速度加速度)更更大大（地上一式）（地上一式）(1)测中心天体表面重力加速度测中心天体表面重力加速度g地球质量地球质量地球半径地球半径地球表面重地球表面重力加速度力加速度例如：要测土星表面重力加速度例如：要测土星表面重力加速度g(2)测高为测高为h的山顶上重力加速度的山顶上重力加速度g高度越高重力高度越高重力(重力加速度重力加速度)更小更小R=6400km，h几千米，几千米，g变化不大变化不大