6.2.1万有引力定律 课件-2024-2025学年高一下学期物理沪科版（2020）必修第二册

第六章 万有引力定律 6.1 行星的运动 6.2 万有引力定律 6.3 万有引力定律的应用 海王星的发现历史 1612年12月18日，伽利略首次观测海王星，次年1月27日再度观测，由于海王星的位置靠近木星导致伽利略以为海王星是一颗恒星，所以海王星的发现并不归功于他。 1687年，牛顿得出万有引力。 1821年，法国天文学家亚里斯•布瓦尔依据万有引力得出了天王星的运动轨道，并发表了《天王星星表》，但是他却发现自己所计算得出的轨道与观测出来的实际的天王星的轨道有偏差，这一问题困惑了众多天文学家20年之久。布瓦尔始终没有得出答案，在真相来临前去世…… 在他去世三年后也就是1843年，英国天文学家亚当斯计算出了会影响天王星运动的原因，他推算出有第八颗行星在吸引、影响着天王星的运动，那就是海王星。后来由奥本勒维耶来完成对海王星位置的计算，并在1846年7月，他说服了约翰在柏林天文台观测并发现了海王星。 历史扩展 19世纪后，海王星被发现后，天文学家对它的轨道进行测算但是观测结果就如同布瓦尔的一样不准确，他们立马推测这是由于海王星外的一颗行星影响所致，于是冥王星就现身了。 伽利略 公元17世纪 一切物体都有合并趋势,这种趋势导致天体做圆周运动。 天体物理座谈会（1） 伽利略 开普勒 公元17世纪 一切物体都有合并趋势,这种趋势导致天体做圆周运动。 公元17世纪 行星绕太阳运动，一定受到来自太阳的类似于磁力的作用。 “开普勒”加入了群聊 天体物理座谈会（2） 笛卡尔 伽利略 开普勒 公元17世纪 一切物体都有合并趋势,这种趋势导致天体做圆周运动。 公元17世纪 行星绕太阳运动，一定受到来自太阳的类似于磁力的作用。 太阳周围有一个巨大的漩涡,它的回旋带动了地球和其他行星的绕日运动。 公元17世纪 天体物理座谈会（3） “笛卡尔”加入了群聊 笛卡尔 亚里士多德 开普勒 公元前4世纪 一切物体都有合并趋势,这种趋势导致天体做圆周运动。 公元17世纪 行星绕太阳运动，一定受到来自太阳的类似于磁力的作用。 太阳周围有一个巨大的漩涡,它的回旋带动了地球和其他行星的绕日运动。 公元17世纪 天体物理座谈会（4） 胡克 吸引力与两中心距离的平方成反比。 公元17世纪 “胡克”加入了群聊 为什么苹果会下落呢？ 猜想：地球对苹果有引力的作用！ 月亮受什么力的作用使其绕地球运动呢？ 猜想：地球对月亮也有引力的作用！ 牛顿大胆猜想： 使月亮围绕地球运动的力与使行星围绕太阳运动的力是同一种力！ 宇宙中任何两个物体之间都存在着相互吸引的力，称之为万有引力（universal gravitation）。 思考：万有引力的大小如何确定？ 1、万有引力 宇宙中任何两个物体之间都存在着相互吸引的力，称之为万有引力（universal gravitation）。 1、万有引力 2、万有引力定律 内容：宇宙中任何两个物体都相互吸引，相互间引力的大小与物体质量的乘积成正比，与它们之间距离的二次方成反比。 公式： m1、m2表示两物体的质量，r表示它们之间的距离 G为万有引力常量 学生活动： “我们说苹果落向地球，而不说地球向上运动碰到苹果，是因为地球的质量比苹果大得多，地球对苹果的引力比苹果对地球的引力大得多。”这种说法对吗？为什么？ 1、运动是相对的，如果以苹果为参考系，可以说地球是向苹果运动。 不对 2、地球对苹果的引力和苹果对地球的引力是一对作用力与反作用力，它们都符合万有引力定律，两者大小相等。 2、万有引力定律 内容：宇宙中任何两个物体都相互吸引，相互间引力的大小与物体质量的乘积成正比，与它们之间距离的二次方成反比。 公式： m1、m2表示两物体的质量，r表示它们之间的距离 G为万有引力常量 Note：①相互性 ②G为万有引力常量 G=6.67×10-11N•m2/kg2 F F’ ①理想情况：仅适用于两个质点间引力大小的计算 万有引力公式的适用条件 ②实际情况： a.两个物体间的距离远大于物体本身大小时，两个物体可近似看成质点。 如：太阳与行星间 地球与月球间 r 为两质点间的距离 r F m2 m1 Fʹ F r M m Fʹ r 为两天体中心的距离 b.质量分布均匀的两个球体，可视为质量集中于球心。 r F Fʹ r 为两球心间的距离 c.质点与质量分布均匀的球体，r 为质点到球心的距离。 r F m2 m1 Fʹ d.对于地面上（或地球表面附近）的物体，可近似视为质点。 F r O r 为地球的球半径（或物体到地心的距离） 3、万有引力常量的测量 英国 卡文迪什 1731-1810 卡文迪什在实验室利用扭秤装置比较准确地得出引力常量的数值。 卡文迪什扭秤 3、万有引力常量的测量 结构： 扭秤的主要部分是一个轻而坚固的T形架，倒挂在一根石英丝的下端。 T形架水平部分的两端各装一个质量相等的小球，竖直部分装有一小平面镜。 实验时，把两个质量相等的大球放在如图所示的位置，它们跟小球距离相等。 石英丝 M m m' m r r F F 卡文迪什扭秤实验示意图 m' l 3、万有引力常量的测量 石英丝 M m m' m m' r r F F 卡文迪什扭秤实验示意图 原理： 由于小球m受到大球m'的吸引，T形架转动，使石英丝发生扭转。 杠杆平衡条件: 动力×动力臂=阻力×阻力臂 l 3、万有引力常量的测量 3、万有引力常量的测量 巧妙之处： 卡文迪什扭秤实验示意图 ①将石英丝的微小扭转，转换为刻度尺上光点读数的变化。 ②利用大T型架，增加力臂，使得微弱的引力的作用效果放大。 ③利用平面镜反射光线，使得微小的石英丝扭动可以被放大。 石英丝 M m m' m r r F F m' l 3、万有引力常量 1.卡文迪什扭秤实验 ①实验体现了微小量放大思想 ②精确测量出万有引力常量的值 ③验证了万有引力定律 2. G=6.67×10 -11 N•m2/kg2 意义：两个质量均为1kg的质点相距1m时，给彼此的万有引力大小为6.67×10 -11 N。 卡文迪什扭秤实验示意图 石英丝 M m m' m r r F F m' l 学生活动： 地球的质量约为月球质量的81倍。当登月飞船航行到地球与月球中心连线的某一点时，飞船受到的地球引力等于飞船受到的月球引力，方向相反，这一位置与地球中心距离为，与月球中心距离为则 ？ 飞船与地心和月心间的距离分别为 得： 例1： 最先利用扭秤实验较精确测出万有引力常量G的科学家是 （ ） （A）库仑 （B）牛顿 （C）卡文迪什 （D）开普勒 C 例2： 一名宇航员来到一个星球上，如果该星球的质量是地球质量的一半，它的直径也是地球直径的一半，那么这名宇航员在该星球上所受的万有引力大小是他在地球上所受万有引力的_________倍 解：假设地球的半径和质量分别为，该星球的半径和质量分别为宇航员的质量为 得： 万有引力定律的建立过程 前人的观点→牛顿的思考→理论推演 万有引力定律 自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的大小跟这两个物体的质量的乘积成正比，跟它们的距离的平方成反比。 万有引力常量 卡文迪什扭秤实验 课堂小结： 作业： 课本P43问题与思考第3、4、5题 Lavf58.20.100 Lavf58.29.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.3.71 $$