7.2.1万有引力定律 课件 -2023-2024学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

第2节　万有引力定律 【学习目标】 1.通过查阅资料，能根据开普勒行星运动定律和牛顿第三定律推导出太阳与行星间的引力公式． 2.通过阅读课本，理解万有引力定律，并能应用万有引力公式解答相关问题． 【知识梳理】 一、行星与太阳间的引力 二、月——地检验 三、万有引力定律 【新课教学】 什么力维持行星绕太阳的公转呢？ 思考？ 科学的足迹 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 开普勒：受到了来自太阳的类似与磁力的作用 笛卡儿：在行星的周围有旋转的物质作用在行星上，使得行星绕太阳运动 胡克、哈雷等：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。 牛顿：如果太阳和行星间的引力与距离的二次方成反比，则行星的轨迹是椭圆。并且阐述了普遍意义下的万有引力定律 思考： 太阳对行星的引力提供向心力，那么这个力大小有什么样定量关系？ F 太阳 Ｍ 行星 ｍ ｒ Ｖ 探究1: 太阳对行星的引力F 科学探究 消去v 行星运行速度v容易观测吗？怎么办？ 消去T 讨论 为什么能从上式得到下式？ 科学探究 关系式中m是受力天体还是施力天体的质量？ 探究1: 太阳对行星的引力F 请用中文描述这个关系式！ 太阳对行星的引力跟受力星体的质量成正比，与行星、太阳距离的二次方成反比. F 行星 太阳 F′ 既然太阳对行星有引力，那么行星对太阳有引力吗？它有怎样定量的关系呢？ 科学探究 探究2: 行星对太阳的引力F′ F 行星 太阳 F′ 类比法 牛 三 行星对太阳的引力F′跟太阳的质量成正比，与行星、太阳距离的二次方成反比. 太阳对行星的引力跟受力星体的质量成正比，与行星、太阳距离的二次方成反比. 科学探究 探究3: 太阳与行星间的引力F 类比法 牛 三 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？ 牛三 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 。 地球绕太阳运动，月球绕地球运动，它们之间的作用力是同一种性质的力吗？这种力与地球对树上苹果的吸引力也是同一种性质的力吗? 牛顿的猜想： 地上的力：重力mg 天上的力： 它们是否是同一种力呢？天上人间都一样吗？ 二、月—地检验 假设地球与月球间的作用力和太阳与行星间的作用力是同一种力，它们的表达式也应该满足 牛顿第二定律F=ma 月球绕地球做圆周运动的向心加速度： 同理：苹果自由落体加速度： ① ② r R 联立①②得： 在牛顿时代，已知自由落体加速度g为9.8 m/s2,月球中心距离地球中心的距离为3.8 ×108 m, 月球公转周期为27.3 d,约2.36×106s。根据这些数据，能否验证前面的假设？ 代入数据得： a苹=g=9.8 m/s2 ① ② 联立①②得： 天上人间确实都一样 万有引力定律： 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，引力的大小跟这两个物体的质量m1和m2的乘积成正比，跟它们的距离r的二次方成反比。 2、公式 其中G=6.67×10-11N·m2/kg2——引力常量 公式的适用条件： 1.万有引力存在于一切物体之间，但万有引力公式适用于质点间的引力大小的计算.r为质点间的距离，两物体的形状和大小对其间距的影响可忽略不计，r≫R; 2.两质量分布均匀的球体之间的引力，也可用上述公式计算，且r为两球心间距离； 3.一个质量分布均匀的球体与球外一个质点间的万有引力，r为球心到质点间的距离。 m1 m2 r 万有引力的性质： 1.普遍性 万有引力存在于任何两个有质量的物体之间,它是自然界中物质间基本的相互作用之一 2.宏观性 一般物体之间虽然存在万有引力，但是很小，只有天体与物体之间或天体之间万有引力才比较显著，因此，涉及天体运动时。才考虑万有引力 3.相互性 万有引力的作用是相互的，符合牛顿第三定律 4.独立性 两物体间的万有引力只与它们本身的质量和它们间的距离有关，与周围有无其他物质无关 引力常量 卡文迪许扭秤实验 ①数值： G=6.67×10-11 Nm2/kg2 ②G值的物理含义：两个质量为1kg的物体相距1m时，它们之间万有引力为6.67×10-11 N 1.关于万有引力，下列说法中正确得是：( ) A. 万有引力只有在天体之间才体现出来 B.一个苹果由于其质量很小，它受到地球的万有引力几乎可以忽略 C. 地球对人造卫星的万有引力远大于卫星对地球的万有力 D.地球表面的大气层是因为万有引力的约束而存在于地球表面附近 D 2.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、太阳是宇宙