7.2 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

第七章 万有引力与宇宙航行 第二节 万有引力定律 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？ 课堂引入 “太阳坐在它的皇位上，管理着围绕它的一切星球”——哥白尼 一、来自科学家的思考 合并趋势 伽利略 一切物体都有合并的趋势，这种趋势导致物体做圆周运动。 受到了来自太阳的类似于磁力的作用。 开普勒 类磁力 一、来自科学家的思考 在行星的周围有旋转的物质(以太）作用在行星上，使得行星绕太阳运动。 (以太）作用 笛卡尔 一、来自科学家的思考 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 哈雷 一、来自科学家的思考 牛顿 (1643—1727) 牛顿在前人对惯性研究的基础上，开始思考“物体怎样才会不沿直线运动”，他的回答是：以任何方式改变速度，都需要力。行星做匀速圆周运动需要指向圆心的力，这个力应该就是太阳对它的引力。 一、来自科学家的思考 牛顿曾说：如果说我看的比别人更远的话，那是因为我站在巨人的肩膀上。 二、行星与太阳间的引力 行星绕太阳的运动可以看做匀速圆周运动，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，由此可推知太阳与行星间引力的方向沿着二者的连线。 太阳与行星间的引力 设行星的质量为m，速度为v，行星与太阳间的距离为r，则行星绕太阳做匀速圆周运动的向心力为 天文观测难以直接得到行星的速度 v，但可以得到行星的公转周期 T F M m Ｖ 二、行星与太阳间的引力 r 根据开普勒第三定律 所以 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m成正比，与r2成反比。 F M m Ｖ 二、行星与太阳间的引力 r F 和F ′是一对作用力和反作用力，那么可以得出F大小跟太阳质量M、行星质量m的关系式有什么关系？ G为比例系数，与太阳、行星无关。 方向：沿着太阳与行星间的连线 F Fʹ M m Ｖ 二、行星与太阳间的引力 三、月—地检验 猜想：地球对月球的引力，与地球对树上苹果的吸引力是同一种性质的力吗？ 1.牛顿的思考： 地球对月球的引力、地球对地面上物体的引力若为同一种力，其大小的表达式满足 三、月—地检验 三、月—地检验 R r F 结论：地面物体受地球的引力、月球所受地球的引力，与太阳、行星间的引力，遵循相同的规律。 三、月—地检验 四、万有引力定律 2.表达式： 3.适用条件： （1）两质点间（两物体间距远大于物体的线度） （2）两均质球体间（r 为两球球心间的距离） 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，引力的大小与物体的质量m1和m2的乘积成正比、与它们之间距离r 的二次方成反比。 4.对万有引力定律的理解： (1)普遍性：它存在于宇宙中任何客观存在的两个物体之间。 (2)相互性：任何两物体间的相互引力，都是一对作用力和反作用力，符合牛顿第三定律。 (3)宏观性：通常情况下，万有引力非常小，只有在质量巨大的天体间或天体与天体附近的物体间，它的作用才有实际的物理意义。 （4）独立性：万有引力的大小只与它们的质量和距离有关，与其他的因素均无关。不管它们之间是否还有其他作用力。 四、万有引力定律 5.发现万有引力定律的重要意义: 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。 四、万有引力定律 五、引力常量 1686年牛顿发现万有引力定律后，却无法算出两个天体间的引力大小。 100多年以后，英国物理学家卡文迪什利用扭秤装置，第一次比较准确地测出了引力常量。 五、引力常量 1.扭秤装置把微小力通过杠杆旋转明显反映出来（一次放大）； 2.扭转角度（微小形变）通过光标的移动来反映（二次放大），从而确定物体间的万有引力。 装置的巧妙之处：两次放大及等效的思想 。 3.标准值：G＝6.67259×10－11N·m2/kg2， 通常取G＝6.67×10－11N·m2/kg2 。 自卡文迪什之后，其他科学家相继致力于这项工作。我国华中科技大学引力中心团队在引力常量的测量中做出了突出贡献，于2018年得到了当时最精确的引力常量G 的值。 测定引力常量的重要意义 1．证明了万有引力的存在； 2．“开创了测量弱力的新时代” （英国物理学家玻印廷语）； 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。 五、引力常量 卡文迪什实验室 课堂小结 第七章 万有引力与宇宙航行 专题 重力与万