第三章 第二节　认识万有引力定律-【金版新学案】2023-2024学年新教材高一物理必修第二册同步课堂高效讲义教师用书（粤教版）

第二节　认识万有引力定律 【核心素养目标】 物理观念 知道万有引力定律的内容、表达式和适用范围。知道万有引力定律公式中r的物理意义，了解引力常量G。 科学思维 理解万有引力定律的推导过程。会用万有引力定律解决简单的引力计算问题。 科学态度与责任 通过万有引力定律的推导过程，认识在科学规律发现过程中大胆猜想与严格求证的重要性。知道万有引力常量的测定在物理学史上的重要意义。 知识点一　行星绕日运动原因的探究　万有引力定律的发现 秋天苹果成熟后会从树上落下来；月球绕着地球在公转。 (1)苹果从树上脱落后，为什么落向地面而不是飞上天空？月球为什么能够绕地球转动？ (2)苹果和地球之间的作用力与月球和地球之间的作用力性质相同吗？如何证明？ 提示：(1)苹果受到地球的吸引作用使苹果落向地面，地球对月球的引力为月球做圆周运动提供向心力。 (2)地球对苹果的引力与地球对月球的引力性质相同，从而具有相同的表达形式。假设二者表达形式相同，则其加速度之比应与其距离的二次方成反比，通过测量计算，若二者加速度之比满足这种关系，从而得证。 1．行星绕日运动原因的探索 伽利略 行星的运动与地面物体的运动遵循不同的规律，行星的运动是由“惯性”自行维持的 开普勒 行星的运动是由于太阳磁力吸引的缘故，磁力与距离成反比 笛卡儿 宇宙由不停旋转着的微粒所组成，微粒的运动形成旋涡，太阳和行星在各自的旋涡中心，行星旋涡带动卫星运动，太阳的旋涡带动行星和卫星一起运动 胡克 行星的运动是太阳引力的缘故，并且力的大小与到太阳距离的平方成反比。重力是由地球引力引起的 2.行星与太阳间的引力 (1)行星绕太阳的运动可以看作是匀速圆周运动。行 学生用书↓第57页 星受到一个指向圆心(太阳)的引力，这个引力提供行星做匀速圆周运动的向心力。 (2)若行星的质量为m，行星到太阳的距离为r，行星公转的周期为T，则行星需要的向心力的大小F引＝m＝mr，结合＝k，可知F引＝4π2k，即F∝。 (3)行星与太阳的引力在本质上和太阳与行星的引力地位完全相当，因此行星与太阳的引力也应与太阳的质量m太成正比，即F引∝，写成等式就是F引＝G，式中量G与太阳、行星都没有关系。 3．月—地检验 (1)“平抛石头”思想实验 设想从山顶水平抛出一块石头。由于重力的作用，石头会沿着弯曲的路径落到地上，并且石头的抛出速度越大，石头飞行的距离越远。由此推想，当石头抛出的速度足够大时，它将绕地球做圆周运动而不再落向地面。 (2)“月—地检验”的目的 验证月球绕地球运动的引力与地面上的重力是同一性质的力。 1．(多选)根据开普勒关于行星运动的规律和圆周运动的知识可知：太阳对行星的引力F∝，行星对太阳的引力F′∝，其中M、m、r分别为太阳的质量、行星的质量和太阳与行星间的距离。下列说法正确的是(　　 ) A．由F∝和F′∝得F∶F′＝m∶M B．F和F′大小相等，是作用力与反作用力 C．F和F′大小相等，是同一个力 D．太阳对行星的引力提供行星绕太阳做圆周运动的向心力 BD　[F′和F大小相等、方向相反，是作用力和反作用力，太阳对行星的引力提供行星绕太阳做圆周运动的向心力，故B、D正确。] 2．(多选)(2022·唐山高一检测)八大行星绕太阳的运动可近似看成匀速圆周运动。关于太阳对行星的引力说法中正确的是(　　 ) A．太阳对行星的引力提供行星做匀速圆周运动的向心力 B．太阳对行星的引力大小与行星的质量成正比，与行星和太阳间的距离成反比 C．太阳对行星的引力规律是由实验得出的 D．太阳对行星的引力规律是由开普勒定律和行星绕太阳做匀速圆周运动的规律推导出来的 AD　[太阳对行星的引力提供行星围绕太阳做圆周运动的向心力，它的大小与行星和太阳质量的乘积成正比，与行星和太阳间距离的平方成反比，A正确，B错误；太阳对行星的引力规律是由开普勒第三定律、牛顿运动定律和匀速圆周运动规律推导出来的，C错误，D正确。] 3．若想检验“使月球绕地球运动的力”与“使苹果落地的力”遵循同样的规律，在已知月地距离约为地球半径60倍的情况下，需要验证(　　 ) A．地球吸引月球的力约为地球吸引苹果的力的 B．月球公转的加速度约为苹果落向地面加速度的 C．自由落体在月球表面的加速度约为地球表面的 D．苹果在月球表面受到的引力约为在地球表面的 B　[若想检验“使月球绕地球运动的力”与“使苹果落地的力”遵循同样的规律，需要验证月球公转的加速度约为苹果落向地面加速度的，B正确。] 学生用书↓第58页 知识点二　万有引力定律的表达式 如图所示，图甲为两个靠近的人，图乙为行星围绕着太阳运行，图丙为我国的第一颗人造卫星“东方红一号”围绕地球运行，他们都是有质量的。请思考下列问题： (1)任意两个物体之间都存在万有引力吗？ (2)为什么