【物理 】万有引力定律课件 2023-2024学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册.pptx

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1、2 万有引力定律第七章 万有引力与宇宙航行6.4 生活中的圆周运动生活中的圆周运动第第6章章 圆周运动圆周运动（1）行星绕太阳运动的轨道十分接近圆，太阳处在圆心行星绕太阳运动的轨道十分接近圆，太阳处在圆心；一、行星与太阳的引力一、行星与太阳的引力（2）行星做匀速圆周运动；）行星做匀速圆周运动；（3）所有行星轨道半径）所有行星轨道半径 r 的三次方与它公转周期的三次方与它公转周期 T 的二次方的二次方的比值都相等，即：的比值都相等，即：问题导入问题导入 各行星都围绕着太阳运行，说明太阳与行星之间的引力是使行星如各行星都围绕着太阳运行，说明太阳与行星之间的引力是使行星如此运动的主要原因。引力的大小

2、和方向此运动的主要原因。引力的大小和方向分别是分别是？匀速圆周运动匀速圆周运动伽利略伽利略行星的运动是受到了来自行星的运动是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。行星的运动是太阳吸引的行星的运动是太阳吸引的缘故，并且力的大小与到缘故，并且力的大小与到太阳距离的平方成反比。太阳距离的平方成反比。在行星的周围有旋转的在行星的周围有旋转的物质作用在行星上，使物质作用在行星上，使得行星绕太阳运动。得行星绕太阳运动。开普勒开普勒笛卡尔笛卡尔胡克胡克科学的足迹行星的运动与地面物体行星的运动与地面物体的运动遵从不同的规律，的运动遵从不同的规律，是是”惯性惯性

3、”自行维持的自行维持的开普勒发现行星运动三大定律之后，人们就开始寻找行星这样运动的原因？牛顿在前人对惯性研究的基础上，他提出牛顿在前人对惯性研究的基础上，他提出牛顿牛顿 (16431727)(16431727)英国著名的物理学家英国著名的物理学家使行星沿圆或椭圆运动，需要指向圆心或椭圆焦使行星沿圆或椭圆运动，需要指向圆心或椭圆焦点的力，这个力点的力，这个力应该就是应该就是太阳对它的引力太阳对它的引力下面，我们根据牛顿运动定律及开普勒行下面，我们根据牛顿运动定律及开普勒行星运动定律来讨论行星与太阳间的引力。星运动定律来讨论行星与太阳间的引力。思考与讨论思考与讨论 1.若行星绕太阳的运动可看作是匀

4、速圆周运动太阳与行星间引力的方向是什么方向？为什么？2.引力大小与什么因素有关？表达式又是怎样的呢？3.力与距离成正比吗？相距越远的物体受到的力可能越大吗？4.在我们学过的知识中，有描述轨道半径r与周期T之间关系的公式吗？太阳太阳行星行星 ma行星行星 mr行星绕太阳做行星绕太阳做匀速圆周运动匀速圆周运动1.简化模型简化模型若行星若行星质量为质量为m，轨道半径为，轨道半径为r，线速度为，线速度为v，则行星所需要的向心力为：，则行星所需要的向心力为：天文观测可得到行星的公转周期为天文观测可得到行星的公转周期为T，由开普勒第三定律，可得：由开普勒第三定律，可得：vM1.若行星绕太阳的运动可看作是匀

5、速圆周运动太阳与行星间引力的方向是什么方向？为什么？（2）行星对太阳的引力跟太阳的质量成正比，行星对太阳的引力跟太阳的质量成正比，与行星、太阳之间的距离的二次方成反比。与行星、太阳之间的距离的二次方成反比。（1）太阳对行星的引力跟行星的质量成正比，太阳对行星的引力跟行星的质量成正比，与行星、太阳之间的距离的二次方成反比与行星、太阳之间的距离的二次方成反比。一、行星与太阳的引力一、行星与太阳的引力结论：结论：其中其中均为常量，与行星、太阳均无关。均为常量，与行星、太阳均无关。5.太阳对行星的作用力只跟行星质量,半径有关吗？还能从什么角度帮助我们向前更进一步？与太阳与太阳、行星的质量成正比，与两者

6、距离的行星的质量成正比，与两者距离的平平方成反比；方成反比；一、行星与太阳的引力一、行星与太阳的引力作用力和反作用力作用力和反作用力太阳与行星间引力的太阳与行星间引力的大小：大小：G 为比例系数，与太阳、行星无关。为比例系数，与太阳、行星无关。沿着太阳与行星间的连线方向。沿着太阳与行星间的连线方向。太阳与行星间引力的太阳与行星间引力的方向方向：苹果成熟之后，落到地面上，苹果成熟之后，落到地面上，是不是也是因为地球的吸引呢？是不是也是因为地球的吸引呢？二、月二、月-地检验地检验太阳能够吸引行星太阳能够吸引行星围绕着自己转动：围绕着自己转动：那么月球可以绕地球转动，是不那么月球可以绕地球转动，是不

7、是也是因为地球有类似的引力呢？是也是因为地球有类似的引力呢？地地球和球和月月球之间球之间也也存在引力存在引力？苹果受到重力苹果受到重力地球对苹果地球对苹果也存在也存在引力引力？1.假设地球对月球的作用力与太阳对行星的作用力是同一种力，其表达式是怎样的？2.月球在这个力的作用下做什么运动？其向心加速度的表达式是怎样的？3.假设地球对地面上的苹果的力也是同一种力，其表达式是怎样的？4.苹果在这个力的作用下做什么运动？其加速度的表达式是怎样的？5.这两个加速度之比是多少？思考与讨论思考与讨论 1.地球和月球之间的吸引力：地球和月球之间的吸引力：二、月二、月-地检验地检验2.地球和苹果之间的吸引力：地

8、球和苹果之间的吸引力：地球半径地球半径 R=6.4106m当时可以利用的数据有：当时可以利用的数据有：地表重力加速度地表重力加速度 g=9.8m/s2月地距离月地距离 r 60R=3.84108m月月球球周期周期 T=27.3天天 2.36106 s苹果做自由落体运动：苹果做自由落体运动：苹=g=9.8m/s2月球做匀速圆周运动：月球做匀速圆周运动：Mm3.数据表明数据表明：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，力，都都遵循遵循相同的规律相同的规律！二、月二、月-地检验地检验G 为比例系数，与太阳、行星无关。

9、为比例系数，与太阳、行星无关。万有引力！万有引力！方向方向：在两物体的连线上在两物体的连线上。三、万有引力定律三、万有引力定律 r 的的物理物理意义意义：（1）对于可以看做质点的物体，对于可以看做质点的物体，r为两个质点之间的距离为两个质点之间的距离；（2）对于质量分布均匀的球体，对于质量分布均匀的球体，r为两个球心之间的距离为两个球心之间的距离；（3）质量分布均匀的球体与球外一质点，质量分布均匀的球体与球外一质点，r为质点到球心的距离。为质点到球心的距离。m1m2r 自然界中自然界中任何两个物体任何两个物体都相互吸引，引力的大小与物体的都相互吸引，引力的大小与物体的质量质量m1和和m2的乘积

10、的乘积成成正比正比，与它们之间，与它们之间距离距离r的二次方的二次方成成反比反比。m1和和m2表示两个物体的质量，表示两个物体的质量，r表示表示两个球心之间的距离两个球心之间的距离万有引力定律的适用条件万有引力定律的适用条件三、万有引力定律三、万有引力定律 如如图图，两两球球间间的的距距离离为为r0。两两球球的的质质量量分分布布均均匀匀，质质量量分分别别为为m1、m2，半半径径分分别别为为r1、r2，引力常量为，引力常量为G，则两球间的万有引力大小为，则两球间的万有引力大小为练习练习三、引力常量情境导入1、在学习弹力时，我们如何通过实验巧妙的放大桌面的微小形变？微小量放大微小量放大三、引力常量

11、观看视频，对比微小形变实验，体会卡文迪什实验的巧妙之处。万有引力与生活万有引力与生活根据万有引力定律，自然界中任意两个物体都要相互吸引，为什么同桌之间并没有感受到引力呢？假若你与同桌相距0.5m，请粗略计算你与同桌间的引力为多大？(已知G6.671011Nm2/kg2).方向方向：在两物体的连线上在两物体的连线上。三、万有引力定律三、万有引力定律 r 的的物理物理意义意义：（1）对于可以看做质点的物体，对于可以看做质点的物体，r为两个质点之间的距离为两个质点之间的距离；（2）对于质量分布均匀的球体，对于质量分布均匀的球体，r为两个球心之间的距离为两个球心之间的距离；（3）质量分布均匀的球体与球

12、外一质点，质量分布均匀的球体与球外一质点，r为质点到球心的距离。为质点到球心的距离。m1m2r 自然界中自然界中任何两个物体任何两个物体都相互吸引，引力的大小与物体的都相互吸引，引力的大小与物体的质量质量m1和和m2的乘积的乘积成成正比正比，与它们之间，与它们之间距离距离r的二次方的二次方成成反比反比。m1和和m2表示两个物体的表示两个物体的质量质量答案：答案：AD大本P59B万有引力定律月球绕地球行星绕太阳地球表面物体G是比例系数，叫做是比例系数，叫做引力常量引力常量，适用于任何两个物体，适用于任何两个物体。（1）单位：单位：（2）大小：大小：（3）引力常量引力常量G的测定的测定：三、万有引

13、力定律三、万有引力定律放大思想卡文迪卡文迪什什扭秤扭秤实验实验 由由于于地地球球的的自自转转，地地面面不不同同位位置置的的人人会会做做半径不同的匀速圆周运动半径不同的匀速圆周运动：1.人在不同位置受到的万有引力人在不同位置受到的万有引力的的大小大小和方向和方向？将地球视为一个规则的球体将地球视为一个规则的球体将地球视为一个规则的球体将地球视为一个规则的球体将人视为一个质点将人视为一个质点方向均由人沿半径指向地心。方向均由人沿半径指向地心。四、万有引力和重力的关系四、万有引力和重力的关系Ow引引引引将地球视为一个规则的球体将地球视为一个规则的球体四、万有引力和重力的关系四、万有引力和重力的关系O

14、w 由由于于地地球球的的自自转转，地地面面不不同同位位置置的的人人会会做做半径不同的匀速圆周运动半径不同的匀速圆周运动：2.人在不同位置人在不同位置，什么力提供向心力？什么力提供向心力？引引向向mg向向向心力由万有引力的一个分力去充当。向心力由万有引力的一个分力去充当。按按照照矢矢量量的的平平行行四四边边形形法法则则，万万有有引引力力还还会有会有另一个分力另一个分力就是我们以前学过的就是我们以前学过的重力重力。将地球视为一个规则的球体将地球视为一个规则的球体四、万有引力和重力的关系四、万有引力和重力的关系Ow 由由于于地地球球的的自自转转，地地面面不不同同位位置置的的人人会会做做半径不同的匀速

15、圆周运动半径不同的匀速圆周运动：3.人人在北极点的受力分析（南极点的情况相同）在北极点的受力分析（南极点的情况相同）引引向向=mg=引引向向mg=引引重力方向？将地球视为一个规则的球体将地球视为一个规则的球体四、万有引力和重力的关系四、万有引力和重力的关系Ow 由由于于地地球球的的自自转转，地地面面不不同同位位置置的的人人会会做做半径不同的匀速圆周运动半径不同的匀速圆周运动：4.人人在赤道上在赤道上的受力分析的受力分析引引向向mg=引引向向+mg引引此时重力加速度此时重力加速度 g 最最小小。向向 mg=引引向向从赤道到两极：从赤道到两极：随着纬度增加随着纬度增加，向心力减小，重力，向心力减小

16、，重力mg在增大，在增大，重力加速度重力加速度g增大增大。重力方向？大本P60AC针对训练针对训练1(2021山东等级考山东等级考)从从“玉兔玉兔”登月到登月到“祝融祝融”探火，我国星探火，我国星际探测事业实现了由地月系到行星际的跨越。已知火星质量际探测事业实现了由地月系到行星际的跨越。已知火星质量约为月球的约为月球的9倍，半径约为月球的倍，半径约为月球的2倍，倍，“祝融祝融”火星车的质火星车的质量量约约为为“玉玉兔兔”月月球球车车的的2倍倍。在在着着陆陆前前，“祝祝融融”和和“玉玉兔兔”都都会会经经历历一一个个由由着着陆陆平平台台支支撑撑的的悬悬停停过过程程。悬悬停停时时，“祝祝融融”与与“

17、玉玉兔兔”所所受受着着陆陆平平台台的的作作用用力力大大小小之之比比为为 ()A91 B92C361 D721大本P60B答案答案B大本P592(2022广广东东深深圳圳高高一一期期末末)英英国国物物理理学学家家卡卡文文迪迪什什根根据据放放大大原原理理利利用用扭扭秤秤测测出出了了万万有有引力常量。下述观点正确的是引力常量。下述观点正确的是()A万有引力常量万有引力常量G没有单位没有单位B卡文迪什用实验的方法证明了万有引力的存在卡文迪什用实验的方法证明了万有引力的存在C两个质量是两个质量是1 kg的质点相距的质点相距1 m时，万有引力的大小为时，万有引力的大小为6 367 ND在土星和地球上万有引

18、力常量在土星和地球上万有引力常量G的数值是不同的的数值是不同的B小本P133第6题 例例2 2、一个质量均匀分布的球体，半径为一个质量均匀分布的球体，半径为2r2r，在其内部挖去一个，在其内部挖去一个半径为半径为r r的球形空穴，其表面与球面相切，如下图所示已知挖的球形空穴，其表面与球面相切，如下图所示已知挖去小球的质量为去小球的质量为m m，在球心和空穴中心连线上，距球心，在球心和空穴中心连线上，距球心d=6r,d=6r,处有处有一质量为一质量为m m2 2的质点，求：的质点，求：（1 1）被挖去的小球挖去前对）被挖去的小球挖去前对m m2 2的万有引力为多大的万有引力为多大（2 2）剩余部

19、分对）剩余部分对m m2 2的万有引力为多大的万有引力为多大？学习目标二填补法求解引力问题11如如图图所所示示，用用一一根根长长为为l1 m的的细细线线，一一端端系系一一质质量量为为m1 kg的的小小球球(可可视视为为质质点点)，另另一一端端固固定定在在一一光光滑滑锥锥体体顶顶端端，锥锥面面与与竖竖直直方方向向的的夹夹角角37，当当小小球球在在水水平平面面内内绕绕锥锥体体的的轴轴做做匀匀速速圆圆周周运运动动的的角角速速度度为为时时，细细线线的的张张力力为为FT。(g取取10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8，结果可用根式表示，结果可用根式表示)(1)若要小球若要小球离开锥面离开锥面，则小球的角速度，则小球的角速度0至少为多大？至少为多大？(2)若细线与竖直方向的夹角为若细线与竖直方向的夹角为60，则小球的角速度，则小球的角速度为多大？为多大？P130