第3章 第2节 认识万有引力定律（课件PPT）-【优化指导】2024-2025学年新教材高中物理必修第二册（粤教版2019）

第二节　认识万有引力定律 第三章　万有引力定律 返回导航 物理 必修 第二册 （Y） 第三章　万有引力定律 返回导航 物理 必修 第二册 （Y） 第三章　万有引力定律 栏目索引 教材知识 梳理 知识方法 探究 随堂达标 训练 返回导航 物理 必修 第二册 （Y） 第三章　万有引力定律 教材知识 梳理 向心力公式 正比 反比 返回导航 物理 必修 第二册 （Y） 第三章　万有引力定律 返回导航 物理 必修 第二册 （Y） 第三章　万有引力定律 正比 反比 连线 返回导航 物理 必修 第二册 （Y） 第三章　万有引力定律 同一性质 平方 吻合 返回导航 物理 必修 第二册 （Y） 第三章　万有引力定律 返回导航 物理 必修 第二册 （Y） 第三章　万有引力定律 相互吸引 它们的连线上 正比 反比 卡文迪许 6.67×10－11N·m2/kg2 返回导航 物理 必修 第二册 （Y） 第三章　万有引力定律 返回导航 物理 必修 第二册 （Y） 第三章　万有引力定律 知识方法 探究 返回导航 物理 必修 第二册 （Y） 第三章　万有引力定律 返回导航 物理 必修 第二册 （Y） 第三章　万有引力定律 返回导航 物理 必修 第二册 （Y） 第三章　万有引力定律 返回导航 物理 必修 第二册 （Y） 第三章　万有引力定律 返回导航 物理 必修 第二册 （Y） 第三章　万有引力定律 返回导航 物理 必修 第二册 （Y） 第三章　万有引力定律 返回导航 物理 必修 第二册 （Y） 第三章　万有引力定律 返回导航 物理 必修 第二册 （Y） 第三章　万有引力定律 返回导航 物理 必修 第二册 （Y） 第三章　万有引力定律 返回导航 物理 必修 第二册 （Y） 第三章　万有引力定律 返回导航 物理 必修 第二册 （Y） 第三章　万有引力定律 返回导航 物理 必修 第二册 （Y） 第三章　万有引力定律 返回导航 物理 必修 第二册 （Y） 第三章　万有引力定律 返回导航 物理 必修 第二册 （Y） 第三章　万有引力定律 返回导航 物理 必修 第二册 （Y） 第三章　万有引力定律 返回导航 物理 必修 第二册 （Y） 第三章　万有引力定律 随堂达标 训练 返回导航 物理 必修 第二册 （Y） 第三章　万有引力定律 返回导航 物理 必修 第二册 （Y） 第三章　万有引力定律 返回导航 物理 必修 第二册 （Y） 第三章　万有引力定律 返回导航 物理 必修 第二册 （Y） 第三章　万有引力定律 返回导航 物理 必修 第二册 （Y） 第三章　万有引力定律 返回导航 物理 必修 第二册 （Y） 第三章　万有引力定律 谢谢观看！ 返回导航 物理 必修 第二册 （Y） 第三章　万有引力定律 课程内容要求 核心素养提炼 1．知道万有引力定律的内容和公式． 2．知道引力常量的数值、单位． 3．会应用万有引力定律计算物体间的引力． 1.物理观念：体会从行星运动规律到万有引力定律的建立过程，理解万有引力的概念． 2．科学思维：了解月—地检验的思维方式，知道万有引力定律的内容． 3．科学探究：了解引力常量的测量原理． 4．科学态度与责任：了解统一性观念在科学认识中的重要意义． eq \a\vs4\al(一、行星绕日运动原因的探索) 1．一些科学家认为，力是使行星绕日运动的原因，_______________成为这些科学家推导行星绕日运动规律的必由之路． 2．太阳对行星的引力 太阳对不同行星的引力，与行星的质量成______，与行星和太阳间距离的二次方成______，即F∝ eq \f(m,r2) . [思考] 牛顿在前人研究的基础上认为任何方式改变速度都需要力，行星运动需要的力是哪个天体对它产生的力？ 提示　太阳 eq \a\vs4\al(二、万有引力定律的发现) 1．行星对太阳的引力 行星对太阳的引力与太阳的质量成______，与行星和太阳间距离的二次方成______，即F′∝ eq \f(M,r2) . 2．太阳对行星的引力 太阳与行星间引力的大小与太阳的质量、行星的质量成正比，与两者距离的二次方成反比，即F＝G eq \f(Mm,r2) ，G为比例系数，其大小与太阳和行星无关，引力的方向沿两者的______． 3．“平抛石头”思想实验 (1)猜想：月球绕地球运动受到的引力与重力是____________的力，都与距离的______成反比． (2)检验：在较短时间内，月球偏离原来切线方向的垂直位移y，与在相同时间内轨道附近自由落体运动的位移相______． (3)结论：地面物体受地球的引力，月球所受地球的引力，太阳与行星的引力，是同一性质的力，遵从相同的规律． [思考] 由于月球对地球不同位置施加的引力不同，会产生潮汐现象，那么月球和地球之间的引力是否遵从太阳对行星引力的规律？地球对表面物体的引力是否遵从地球对月球引力的规律？ 提示　遵从　遵从 eq \a\vs4\al(三、万有引力定律的表达式) 1．内容：宇宙间的一切物体都是____________的．两个物体间引力的方向在__________________．引力的大小与它们质量的乘积成______，与它们之间距离的二次方成______． 2．公式：F＝___________ 3．引力常量：(1)测量者：____________ (2)数值：G＝__________________ G eq \f(m1m2,r2) [思考] 如图所示，两个距离为r，质量分别为m1，m2，半径分别为r1，r2的两个匀质球之间的万有引力是多少？ 提示　F＝G eq \f(m1m2,（r＋r1＋r2）2) ． 探究点一　对太阳与行星间引力的理解 1．两个理想化模型：在公式F＝G eq \f(Mm,r2) 的推导过程中，我们用到了两个理想化模型． (1)由于太阳系中行星绕太阳做椭圆运动的轨迹的两个焦点靠得很近，行星的运动轨迹非常接近圆，所以将行星的运动看成匀速圆周运动． (2)由于天体间的距离很近，研究天体间的引力时将天体看成质点，即天体的质量集中在球心上． 2．推导过程 3．太阳与行星间的引力的特点：太阳与行星间引力的大小，与太阳的质量、行星的质量成正比，与两者距离的二次方成反比．太阳与行星间引力的方向沿着二者的连线方向． 根据开普勒关于行星运动的规律和圆周运动知识知：太阳对行星的引力F∝ eq \f(m,r2) ，行星对太阳的引力F′∝ eq \f(M,r2) ，其中M、m、r分别为太阳质量、行星质量和太阳与行星间的距离．下列说法正确的是(　　) A．F和F′大小相等，是一对作用力与反作用力 B．F和F′大小相等，是一对平衡力 C．F和F′大小相等，是同一个力 D．由F∝ eq \f(m,r2) 和F′∝ eq \f(M,r2) 知F∶F′＝m∶M A　[根据牛顿第三定律，太阳对行星的引力与行星对太阳的引力是一对作用力与反作用力，故两个力的大小相等、方向相反，故A正确，B、D错误；太阳对行星的引力受力物体是行星，行星对太阳的引力受力物体是太阳，故两个力不是同一个力，C错误．] [训练1]　下面关于行星对太阳的引力的说法，正确的是(　　) A．行星对太阳的引力与太阳对行星的引力是同一性质的力 B．行星对太阳的引力只与太阳的质量成正比，与行星的质量无关 C．太阳对行星的引力大于行星对太阳的引力 D．行星对太阳的引力大小与太阳的质量成正比，与行星距太阳的距离成反比 A　[太阳与行星间的引力是一对作用力和反作用力，一定是同种性质的力，且大小相等，故A正确，C错误；根据F＝G eq \f(m太m,r2) 知，F与m太、m均有关，且与r2成反比，故B、D错误．] [训练2]　(多选)下列说法正确的是(　　) A．在探究太阳对行星的引力规律时，我们引用了公式F＝ eq \f(mv2,r) ，这个关系式实际上是牛顿第二定律，是可以在实验室中得到验证的 B．在探究太阳对行星的引力规律时，我们引用了公式v＝ eq \f(2πr,T) ，这个关系式实际上是匀速圆周运动的一个公式，它是由线速度的定义式得来的 C．在探究太阳对行星的引力规律时，我们引用了公式 eq \f(r3,T2) ＝k，这个关系式是开普勒第三定律，是可以在实验室中得到验证的 D．在探究太阳对行星的引力规律时，使用的三个公式都是可以在实验室中得到验证的 AB　[公式F＝m eq \f(v2,r) 中 eq \f(v2,r) 是行星做圆周运动的加速度，这个关系式实际是牛顿第二定律，也是向心力公式，能通过实验验证，A正确；v＝ eq \f(2πr,T) 是在匀速圆周运动中，一个周期过程中运动轨迹的弧长与时间的比值即线速度，B正确；开普勒第三定律 eq \f(r3,T2) ＝k是无法在实验室中得到验证的，是开普勒在研究天文学家第谷的行星观测记录时发现的，C、D错误．] 探究点二　对万有引力定律的理解 李华认为两个人距离非常近时，根据公式F＝G eq \f(m1m2,r2) 得出：r→0时，F→∞.李华同学的想法正确吗？为什么？ 提示　不正确，因为两个人距离非常近时，不能视为质点，此公式不成立． 1．对万有引力定律表达式：F＝G eq \f(m1m2,r2) 的说明 (1)引力常量G：G＝6.67×10－11N·m2/kg2，其物理意义为：引力常量在数值上等于两个质量都是1 kg的质点相距1 m时的相互吸引力． (2)距离r：公式中的r是两个质点间的距离，对于质量均匀分布的球体，就是两球心间的距离． 2．F＝G eq \f(m1m2,r2) 的适用条件 (1)万有引力定律的公式适用于计算质点间的相互作用，当两个物体间的距离比物体本身大得多时，可用此公式近似计算两物体间的万有引力． (2)质量分布均匀的球体间的相互作用，可用此公式计算，式中r是两个球体球心间的距离． (3)一个均匀球体与球外一个质点的万有引力也可用此公式计算，式中的r是球体球心到质点的距离． 3．万有引力的特性 普遍性 宇宙间任何两个有质量的物体之间都存在着相互吸引的力 相互性 两个有质量的物体之间的万有引力是一对作用力和反作用力 宏观性 地面上的一般物体之间的万有引力比较小，与其他力比较可忽略不计，但在质量巨大的天体之间或天体与其附近的物体之间，万有引力起着决定性作用 [提醒]　两个物体之间的万有引力只与它们本身的质量和它们间的距离有关，而与它们所在空间的性质无关． (多选)对于质量为m1和质量为m2的两个物体间的万有引力的表达式F＝G eq \f(m1m2,r2) ，下列说法正确的是(　　) A．公式中的G是引力常量，它是由实验得出的，而不是人为规定的 B．当两个物体间的距离r趋于零时，万有引力趋于无穷大 C．m1的m2所受引力大小总是相等的 D．两个物体间的引力总是大小相等、方向相反，是一对平衡力 AC　[引力常量G是由英国物理学家卡文迪许运用构思巧妙的“精密”扭秤实验测定出来的，所以选项A正确；两个物体之间的万有引力是一对作用力与反作用力，它们总是大小相等、方向相反，分别作用在两个物体上，所以选项C正确，D错误；公式F＝G eq \f(m1m2,r2) 适用于两质点间的相互作用，当两物体相距很近时，两物体不能看成质点，所以选项B错误．] [训练3]　地球的质量为M，半径为R.质量为m的航天员离地面高度为h时，受到地球的万有引力为(　　) A．F＝G eq \f(Mm,R) 　　　　　　 B．F＝G eq \f(Mm,R2) C．F＝G eq \f(Mm,R＋h) D．F＝G eq \f(Mm,（R＋h）2) D　[根据万有引力公式有F＝G eq \f(Mm,r2) ，其中r＝R＋h，万有引力大小为F＝G eq \f(Mm,（R＋h）2) ，故选项D正确，A、B、C错误．] [训练4]　两个质量均匀的球体相距为r，它们之间的万有引力为1×10－8 N，若它们的质量、距离都增加为原来的2倍，则它们之间的万有引力为(　　) A．1×10－8 N B．2×10－8 N C．4×10－8 N D．8×10－8 N A　[根据万有引力定律的表达式F＝G eq \f(m1m2,r2) ，若它们的质量、距离都增加为原来的2倍，则万有引力不变，仍为1×10－8 N，故选项A正确．] 1．(万有引力定律的发现)在牛顿发现太阳与行星间引力的过程中，得出太阳对行星的引力表达式后推出行星对太阳的引力表达式，这是一个很关键的论证步骤，这一步骤采用的论证方法是(　　) A．研究对象的先取　　　　　 B．理想化过程 C．等效 D．类比 D　[求太阳对行星的引力F时，行星是受力星体，有F∝ eq \f(m,r2) (m是行星的质量).求行星对太阳的引力F′时，太阳是受力星体，类比可得F′∝ eq \f(M,r2) (M是太阳的质量)，故选项D正确．] 2.(万有引力定律的应用)火星的质量约为地球质量的 eq \f(1,10) ，半径约为地球半径的 eq \f(1,2) ，则同一物体在火星表面与在地球表面受到的引力的比值约为(　　) A．0.2　 　B．0.4　　 C．2.0　 　 D．2.5 B　[物体在地球表面受到的引力F1＝G eq \f(Mm,R2) ，在火星表面受到的引力F2＝G eq \f(\f(M,10)m,（\f(1,2)R）2) ＝0.4G eq \f(Mm,R2) ，则同一物体在火星表面在与地球表面受到的引力的比值 eq \f(F2,F1) ＝0.4，故选项B正确，A、C、D错误．] 3．(万有引力定律的发现)(多选)如图是八大行星绕太阳运动的情境，关于太阳对行星的引力说法中正确的是(　　) A．太阳对行星的引力等于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、牛顿运动定律和行星绕太阳做匀速圆周运动的规律推导出来的 AD　[太阳对行星的引力等于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，与行星和太阳间的距离的平方成反比，故A正确，B错误；太阳对行星的引力规律是由开普勒三定律、牛顿运动定律和匀速圆周运动规律推导出来的，故C错误，D正确．] 4．(万有引力定律的应用)2019年1月，我国嫦娥四号探测器成功在月球背面软着陆．在探测器“奔向”月球的过程中，用h表示探测器与地球表面的距离，F表示它所受的地球引力，能够描述F随h变化关系的图像是(　　) INCLUDEPICTURE "../粤教物理必修二/L385A.TIF" \* MERGEFORMAT D　[由万有引力公式F＝G eq \f(Mm,（R＋h）2) 可知，探测器与地球表面距离h越大，F越小，排除B、C；而F与h不是一次函数关系，排除A．] $$