物理 第三章 万有引力定律及其应用 第1节 万有引力定律 粤教版必修2 .ppt

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1、(1)了解万有引力定律的发现过程。(2)知道万有引力定律并能进行有关计算。(1)了解“地心说”与“日心说”,认识物理模型的作用。(2)以科学探究的方式,了解牛顿是怎样发现万有引力定律的。(1)由人类对天体运动的探索过程,培养实事求是的科学态度。(2)正确利用和克服万有引力为社会创造价值。地心说是长期盛行于古代地心说是长期盛行于古代欧洲的宇宙学说。它最初欧洲的宇宙学说。它最初由古希腊学者欧多克斯在由古希腊学者欧多克斯在公元前三世纪提出，后来公元前三世纪提出，后来经经托勒密托勒密托勒密托勒密（90-168）进一）进一步发展而逐渐建立和完善步发展而逐渐建立和完善起来。起来。地球是宇宙的中心，太阳、月

2、球以地球是宇宙的中心，太阳、月球以及其他所有星球都是绕地球运动。及其他所有星球都是绕地球运动。托托 勒勒 密密一、天体究竟做怎样的运动一、天体究竟做怎样的运动1.天体的运动天体的运动(1)(1)地心说地心说：地球是宇宙的中心地球是宇宙的中心，地球静止不，地球静止不运动，太阳、月亮及其他行星都绕地球运动，运动，太阳、月亮及其他行星都绕地球运动，代表人物是代表人物是托托勒密勒密。约在公元前约在公元前260年，古希年，古希腊天文学家阿利斯塔克腊天文学家阿利斯塔克最早提出了日心说的观最早提出了日心说的观点。但真正发展并完善点。但真正发展并完善日心说的，是来自波兰日心说的，是来自波兰的的哥白尼哥白尼哥白

3、尼哥白尼（1473-1543）。）。宇宙的中心是太阳，所有行星都在绕宇宙的中心是太阳，所有行星都在绕太阳运动。太阳运动。哥哥 白白 尼尼一、天体究竟做怎样的运动一、天体究竟做怎样的运动1.天体的运动天体的运动(1)(1)地心说地心说：地球是宇宙的中心地球是宇宙的中心，地球静止不，地球静止不运动，太阳、月亮及其他行星都绕地球运动，运动，太阳、月亮及其他行星都绕地球运动，代表人物是代表人物是托托勒密勒密。(2)(2)日心说日心说：太阳是宇宙的中心，太阳是宇宙的中心，太阳是静止太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动，代表不动的，地球和其他行星都绕太阳运动，代表人物是人物是哥白尼哥白尼。练习1

4、下列说法正确的是：（）A.地球是宇宙的中心，太阳、月亮及其他行星都绕地球运动B.太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动C.地球是绕太阳运动的一颗行星D.日心说和地心说都是错误的“地心说”和”日心说”之争曾经历了漫长的历程，现在我们应该如何评价它们的争论？请发表你自己的观点。C D点评：点评：“日心说日心说”也并不是绝对正确的，因为太阳只是太阳系也并不是绝对正确的，因为太阳只是太阳系的一个中心天体，而太阳系只是宇宙中众多星系之一，的一个中心天体，而太阳系只是宇宙中众多星系之一，所以太所以太所以太所以太阳并不是宇宙的中心，也不是静止不动的。阳并不是宇宙的中心，也不是静止不动的。阳并不是宇宙的

5、中心，也不是静止不动的。阳并不是宇宙的中心，也不是静止不动的。“日心说日心说”，只是，只是比比“地心说地心说”更准确一些罢了。更准确一些罢了。【人类对天体运动的人类对天体运动的探索历程探索历程】地心说地心说日心说日心说圆周运动圆周运动 哥白尼的宇宙体系动摇了基督教宇宙体哥白尼的宇宙体系动摇了基督教宇宙体系的根基，但它并没有在天文测算的精确度系的根基，但它并没有在天文测算的精确度上有多大的提高。近代早期最重要的观测工上有多大的提高。近代早期最重要的观测工作是由丹麦的作是由丹麦的第谷第谷第谷第谷（1546-16011546-1601）进行的。）进行的。德国天文学家德国天文学家开普勒开普勒开普勒开普

6、勒（1571-16301571-1630）应）应用用行星绕太阳做圆周运动的模型行星绕太阳做圆周运动的模型行星绕太阳做圆周运动的模型行星绕太阳做圆周运动的模型描述火星描述火星描述火星描述火星的运动的运动的运动的运动时，发现与其老师第谷的观测值有时，发现与其老师第谷的观测值有8 8 8 8分的误差分的误差分的误差分的误差，他坚信老师数据正确，毅然，他坚信老师数据正确，毅然否定火星做匀速圆周运动，经多种拟合、否定火星做匀速圆周运动，经多种拟合、反复核算，终于发现反复核算，终于发现火星做椭圆运动火星做椭圆运动。椭圆运动椭圆运动开开普勒对行星运动规律的描述普勒对行星运动规律的描述。开开 普普 勒勒第一定

7、律：第一定律：(轨道定律轨道定律)第二定律：第二定律：(面积定律面积定律)所有的行星围绕太阳运动所有的行星围绕太阳运动的轨道都是的轨道都是椭圆椭圆椭圆椭圆，太阳处在所，太阳处在所有椭圆的有椭圆的一个焦点一个焦点一个焦点一个焦点上。上。行星和太阳的连线，在行星和太阳的连线，在相等的时间相等的时间相等的时间相等的时间内扫内扫过过相同的面积相同的面积相同的面积相同的面积。同一颗行星在同一颗行星在近近日点的速率日点的速率大于大于远日点的速率远日点的速率.第三定律：第三定律：(周期定律周期定律)R3T2=k注：注：1 1）K K与行星无关，与行星无关，只与只与“中心天体中心天体中心天体中心天体”-太阳太

8、阳质量质量质量质量有关。有关。2 2）T T是是公转周期公转周期公转周期公转周期，不是自转周期。不是自转周期。所有行星的椭圆所有行星的椭圆轨道的半长轴的立方轨道的半长轴的立方轨道的半长轴的立方轨道的半长轴的立方跟跟公转公转周期的平方周期的平方周期的平方周期的平方的比值都相等。的比值都相等。火星火星地球地球FF太阳太阳ROAB122从天文望远镜中观察到银河系中从天文望远镜中观察到银河系中有两颗行星绕某恒星运行，两行星的轨有两颗行星绕某恒星运行，两行星的轨道均为椭圆，观察测量到它们的运行周道均为椭圆，观察测量到它们的运行周期之比为期之比为8 1，则它们椭圆轨道的半长，则它们椭圆轨道的半长轴之比为轴

9、之比为（）A2 1 B4 1C8 1 D1 4B由3关于开普勒行星运关于开普勒行星运动动的公式的公式Ak是一个与行星无关的常量是一个与行星无关的常量B若地球若地球绕绕太阳运太阳运转轨转轨道的半道的半长轴为长轴为R地地，周期，周期为为T地地；月球月球绕绕地球运地球运转轨转轨道的道的长长半半轴为轴为R月月，周期，周期为为T月月，则则CT表示行星运表示行星运动动的自的自转转周期周期DT表示行星运动的公转周期表示行星运动的公转周期 k，以下理解正确的是以下理解正确的是（）AD4关于开普勒第三定律的公式关于开普勒第三定律的公式 A公式只适用于公式只适用于绕绕太阳做太阳做椭圆轨椭圆轨道运行的行星道运行的行

10、星B公式适用于所有公式适用于所有围绕围绕星球运行的行星（或星球运行的行星（或卫卫星）星）C式中的式中的k值值，对对所有行星（或所有行星（或卫卫星）都相等星）都相等D式中的式中的k值，对围绕不同星球运行的行星值，对围绕不同星球运行的行星（或卫星）都相同（或卫星）都相同下列说法中正确的是下列说法中正确的是（）=k，B提示：开普勒定律的三个行星运动定律不仅适用于行星绕太阳的运动，也适用于其他天体系统。关于行星运动的各种关于行星运动的各种动力学解释动力学解释1717世纪前世纪前：认为天体做匀速圆周运动认为天体做匀速圆周运动最完美，天最完美，天体神圣和永恒体神圣和永恒，无需无需动因。动因。伽利略伽利略：

11、行星的运动与地面的运动遵从不同的规：行星的运动与地面的运动遵从不同的规律律，行星运动是，行星运动是“惯性惯性”自行维持的。自行维持的。开普勒开普勒：行星的运动是由于：行星的运动是由于太阳磁力吸引太阳磁力吸引的缘故，的缘故，磁力磁力与距离成反比与距离成反比。胡克、哈雷、雷恩胡克、哈雷、雷恩等：行星的运动是等：行星的运动是太阳的引力太阳的引力的缘故，其所受的引力大小跟行星到太阳的的缘故，其所受的引力大小跟行星到太阳的距离距离的平方成反比的平方成反比；认为；认为重力是地球引力产生的重力是地球引力产生的。笛卡儿笛卡儿：宇宙由不停旋转着的微粒所组成，微粒的运动形成：宇宙由不停旋转着的微粒所组成，微粒的运

12、动形成漩涡。太阳和行星在各自的漩涡中心。行星漩涡带动卫星运漩涡。太阳和行星在各自的漩涡中心。行星漩涡带动卫星运动，太阳的动，太阳的漩涡带动漩涡带动行星和卫星一起运动。行星和卫星一起运动。牛顿关于苹果落地的思考：牛顿关于苹果落地的思考：(1)苹果为什么会落地?如果苹果树长到月球那么高,苹果会落到地面上吗?月球为什么不落到地球上呢?(2)如果在地球表面附近把苹果水平抛出，苹果的运动能和月球的运动一样吗？猜想1：苹果所受的重力和月球所受的引力可能是同苹果所受的重力和月球所受的引力可能是同苹果所受的重力和月球所受的引力可能是同苹果所受的重力和月球所受的引力可能是同一性质的力一性质的力一性质的力一性质的

13、力。猜想猜想2 2：行星绕太阳的运动和卫星绕行星的运动相似：行星绕太阳的运动和卫星绕行星的运动相似,故故行星对它的卫星的引力、太阳对行星的引力可能行星对它的卫星的引力、太阳对行星的引力可能行星对它的卫星的引力、太阳对行星的引力可能行星对它的卫星的引力、太阳对行星的引力可能是同一性质的力是同一性质的力是同一性质的力是同一性质的力。猜想猜想3 3：既然一切天体之间有引力，地球与物体之间有：既然一切天体之间有引力，地球与物体之间有引力。那么，引力。那么，所有物体之间可能存在相互吸引的力所有物体之间可能存在相互吸引的力。二、苹果落地的思考：万有引力定律的发现1.1.万有引力定律内容万有引力定律内容：宇

14、宙间任何两个有质宇宙间任何两个有质量的物体间都存在相互吸引量的物体间都存在相互吸引，其，其大小大小与与两物两物体的质量乘积成正比体的质量乘积成正比，与它们间，与它们间距离的平方距离的平方成反比成反比。2.数学表达式：(由由牛顿牛顿于于16871687年在其出版的年在其出版的自然哲学的数自然哲学的数学原理学原理一书中提出一书中提出.).)3.引力常数引力常数引力常数引力常数G：由卡文迪许卡文迪许利用扭秤扭秤测得。G适用于适用于任何两个物体，它在数值上等于质量都是任何两个物体，它在数值上等于质量都是1kg1kg的物体相的物体相距距1m1m时的相互作用力。时的相互作用力。4.万有引力定律公式的适用条

15、件适用条件(1)适用于计算两个质点间相互作用质点间相互作用.(2)两个质量分布均匀的球体间的相互用，可用公式计算，其中r r是两个球体球心的距离是两个球体球心的距离。(3)一个均匀球体与球外一个质点间的万有引力,可用公式计算，其中r r是球心到质点间的距离是球心到质点间的距离。(4)两个物体间的距离远大于物体本身的大小时,公式也近似适用，其中r r是两物体中心间的是两物体中心间的距离距离。1.如果有一天万有引力突然消失,世界将发生什么变化?对你的生活将产生什么影响?若没有万有引力的作用，地球表面的大气和水将会脱离地球表面，飞散到茫茫宇宙之中；地球表面的土、石以及人类也将在地球自转的影响下沿着地

16、球表面的切线飞向宇宙之中，像流星一样在太空中遨游总之，没有万有引力的作用，地球上的一没有万有引力的作用，地球上的一切物质都将飞散到整个宇宙之中，切物质都将飞散到整个宇宙之中，地球也终将会解体地球也终将会解体。2.万有引力定律指出,任何物体间都存在着引力，为什么当两个人靠近时并没有吸引到一起？请估算一下你和同桌同学之间的引力有多大？解：设两人质量,间距由万有引力定律,有比较：一粒芝麻质量结论结论：两人两人间的引力可间的引力可忽略忽略！那么那么太阳与地球之间的万有引力又是多大呢？太阳与地球之间的万有引力又是多大呢？已知：太阳的质量为已知：太阳的质量为M=2.01030kg，地球质量为，地球质量为m

17、=6.01024kg，日地之间的距离为，日地之间的距离为R=1.51011mF=GMm/R2=6.6710-112.010306.01024/(1.51011)2=3.51022(N)能拉断直径为能拉断直径为9000km9000km的钢柱的钢柱!太阳对质量为太阳对质量为50kg50kg的人，引力很小，不到的人，引力很小，不到0.3N0.3N我们感受不到太阳的引力我们感受不到太阳的引力！5.5.对对万有引力定律万有引力定律万有引力定律万有引力定律的理解的理解(1)(1)普遍性普遍性普遍性普遍性：万有引力不仅存在太阳与行星、：万有引力不仅存在太阳与行星、地球与月球之间，宇宙间地球与月球之间，宇宙间

18、任何两个有质量的任何两个有质量的任何两个有质量的任何两个有质量的物体之间物体之间物体之间物体之间都存在着这种相互吸引的力。都存在着这种相互吸引的力。(2)(2)相互性相互性相互性相互性：两个有质量的物体之间的万有引力是：两个有质量的物体之间的万有引力是一一一一对作用力与反作用力对作用力与反作用力对作用力与反作用力对作用力与反作用力，总是满足大小相等、方向相，总是满足大小相等、方向相反，作用在两个物体上。反，作用在两个物体上。(3)(3)宏观性宏观性宏观性宏观性：在地面上的一般物体之间，由于质量比：在地面上的一般物体之间，由于质量比较小物体间的万有引力比较小，与其他力比较可忽较小物体间的万有引力

19、比较小，与其他力比较可忽略不计略不计,但在但在质量巨大的天体之间质量巨大的天体之间质量巨大的天体之间质量巨大的天体之间,或或天体与其附近天体与其附近天体与其附近天体与其附近的物体之间的物体之间的物体之间的物体之间,万有引力起着决定性作用万有引力起着决定性作用。(4)(4)特殊性特殊性特殊性特殊性：两个物体之间的：两个物体之间的万有引力万有引力只与它们本身只与它们本身只与它们本身只与它们本身的质量和它们间的距离有关的质量和它们间的距离有关的质量和它们间的距离有关的质量和它们间的距离有关，而，而与所在空间的性质与所在空间的性质与所在空间的性质与所在空间的性质无关无关无关无关，也，也与周围是否存在其

20、他物体无关与周围是否存在其他物体无关与周围是否存在其他物体无关与周围是否存在其他物体无关。5.如图所示，如图所示，r虽大于两球的半径，但两球的半径虽大于两球的半径，但两球的半径不能忽略，而球的质量分布均匀，大小分别为不能忽略，而球的质量分布均匀，大小分别为m1与与m2，则两球间万有引力的大小为（，则两球间万有引力的大小为（）r1rr2图79A.B.C.D.D三、万有引力与重力之间的关系三、万有引力与重力之间的关系重力随纬度的增大而增大。重力随纬度的增大而增大。1.在地球表面,重力只是万有引力重力只是万有引力的一个分力的一个分力.重力随高度的增大而减小。重力随高度的增大而减小。F向很小2.在地球

21、高空,重力就是万有引力重力就是万有引力.(因物体不再受地球自转影响！因物体不再受地球自转影响！)2.由牛顿第二定律F=ma可知，加速度与物体的质量成反比，而在自由落体运动中，物体的加速度与物体的质量无关，这似乎是矛盾的,你如何看待这一问题?由F=ma可知，当F F一定一定时，。而在自由落体运动中，物体所受合外力F F是随着是随着是随着是随着r r的变化而变化的变化而变化的变化而变化的变化而变化的。另外，由上式可推出 ，对任何物体只要在地球表面的同一高度，其重力加速度都在地球表面的同一高度，其重力加速度都是一样的是一样的。1.1.轨道定律轨道定律2.2.面积定律面积定律3.3.周期定律周期定律一

22、、开普勒三大定律一、开普勒三大定律一、开普勒三大定律一、开普勒三大定律二、万有引力定律二、万有引力定律二、万有引力定律二、万有引力定律1.1.万有引力定律内容：万有引力定律内容：2.2.公式：公式：r r：质点：质点(球心球心)间的距离间的距离G G=6.67=6.67101011 11 NNmm2 2/kg/kg2 23.3.适用条件适用条件:质点质点质点质点或或或或均质球体均质球体均质球体均质球体4.4.理解理解:普遍性、相互性、宏观性、特殊性普遍性、相互性、宏观性、特殊性普遍性、相互性、宏观性、特殊性普遍性、相互性、宏观性、特殊性三、三、三、三、G G G G与与与与F F F F引引引引关系关系关系关系地球高空地球表面