3.2认识万有引力定律 课件-2024-2025学年高一下学期物理粤教版（2019）必修第二册

第三章 万有引力定律 第2节 认识万有引力定律 作者编号：43002 1.知道太阳与行星间存在引力是行星绕太阳运动的原因。 2.理解万有引力定律推导过程，知道牛顿运动定律在推导太阳与行星间引力时的作用。 3.知道万有引力的表达式和适用范围。 4.知道万有引力定律的发现使地球上的重物下落与天体运动完成了人类认识上的统一。 5.会用万有引力定律解决简单的引力计算问题。知道万有引力定律公式中r的物理意义，了解引力常量G的测定在科学史上的重大意义。 6.了解万有引力定律发现的意义，体会在科学规律发现过程中猜想与求证的重要性。 学习目标 作者编号：43002 是什么原因使行星绕太阳公转？是什么原因是使月球绕地球公转？ 新知导入 作者编号：43002 一、行星绕日运动原因的探索 伽利略的观点：行星的运动与地面物体的运动遵循不同的规律，行星运动是由“惯性”自行维持的 开普勒的观点：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。 笛卡尔的观点：太阳的旋涡带动行星和卫星一起运动 胡克的观点：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 科学家对行星运动的各种猜想 新知学习 作者编号：43002 一、行星绕日运动原因的探索 思考1：行星的实际运动是椭圆运动，但我们还不了解椭圆运动规律，那应该怎么办？能把它简化成什么运动呢？ 思考2：既然把行星绕太阳的运动简化为圆周运动。那么行星绕太阳运动可看成匀速圆周运动还是变速圆周运动？ 太阳 行星 a 太阳 行星 r 简 化 新知学习 作者编号：43002 太阳 行星 r 一、行星绕日运动原因的探索 思考3：行星绕太阳做匀速圆周运动需要向心力，那什么力来提供做向心力？ 这个力的方向怎么样？ 思考4：太阳对行星的引力提供向心力，那这个力大小有什么样定量关系？ F 太阳 Ｍ 行星ｍ ｒ Ｖ 新知学习 作者编号：43002 　 　 问题：不同行星的公转周期是不同的，引力跟太阳与行星间的距离关系的表达式中不应出现周期T， 如何消去周期T? 消去T 开普勒第三定律 关系式中m是受力天体还是施力天体的质量？ 一、行星绕日运动原因的探索 新知学习 作者编号：43002 太阳对行星的引力跟行星的质量成正比，与行星、太阳之间的距离的二次方成反比。 结论一： 结论二： 行星对太阳的引力跟太阳的质量成正比，与行星、太阳之间的距离的二次方成反比。 即： 二、万有引力定律的发现 新知学习 作者编号：43002 结论三: 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 作用力 和反作用力 二、万有引力定律的发现 新知学习 作者编号：43002 牛顿的疑问：天体受到的引力与地面上的重力是否性质相同？天上的力学和地面上的力学能否统一起来？ 二、万有引力定律的发现 新知学习 作者编号：43002 牛顿设想： (一）牛顿“平抛石头”思想实验 从山顶水平抛出一块石头，由于重力的作用，石头会验证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。 当石头抛出的速度足够大时，它将绕地球做圆周运动而不在落向地面。 抛出石头的山越来越高，甚至达到月球轨道的高度，此处石头仍然受到重力的作用。把石头以足够大的速度抛出，它将会像月球那样围绕地球运动。(地球表面物体受到的重力与地球对月球的吸引力是同一种性质的力) 牛顿推想： 牛顿假设： 二、万有引力定律的发现 新知学习 作者编号：43002 （二）牛顿数学推理、论证 类比推理： 太阳吸引行星的力，地球吸引月球的力（月球绕地球运动的引力）、地球吸引石头的力（重力），都遵从平方反比定律，“天上”的力与“地面”的力应同源。 ①验证、比较力所产生的加速度→验证力； ②验证月球自由下落的位移→验证力。 迁移类比： 二、万有引力定律的发现 新知学习 作者编号：43002 月—地检验 当时，已能准确测量的量有：（即事实） 地球表面附近的重力加速度：g = 9.8m/s2 地球半径： R = 6.4×106m 月亮的公转周期：T =27.3天≈2.36×106s 月亮轨道半径： r =3.8×108m≈ 60R 两者十分接近，为牛顿的假想提供了有力的事实根据。 月——地检验表明：地面物体所受地球的引力，与月球所受地球的引力，是同一种性质的力。 二、万有引力定律的发现 （二）牛顿数学推理、论证 新知学习 作者编号：43002 定性分析： 根据牛顿第二定律 得： 通过具体数据计算验证位移比为1:3600。 定量求证： （二）牛顿数学推理、论证 二、万有引力定律的发现 新知学习 作者编号：43002 假设得证，月球绕地球的引力与重力是同一性质的力。 推广到所有行星，乃至所有物体之间。 发现万有引力定律。 （二）牛顿数学推理、论证 二、万有引力定律的发现 新知学习 作者编号：43002 当年牛顿在前人研究的基础上，并凭借其超凡的数学能力和坚定的信念，深入研究，最终发现了万有引力定律。 牛顿在1676年给友人的信中写道： 如果说我看的比别人更远，那是 因为我站在巨人的肩膀上。 牛顿 (1643—1727) 英国著名的物理学家 二、万有引力定律的发现 新知学习 作者编号：43002 宇宙间的一切物体都是互相吸引的，两个物体间引力的方向在它们的连线上，引力的大小跟它们的质量的乘积成正比，跟它们的距离的二次方成反比。 2、表达式： G=6.67×10-11 Nm2/kg2 三、万有引力定律的表达式 1、万有引力定律的内容： 3、方向：在两个物体的连线上。 万有引力常量：由英国科学家卡文迪许利用扭秤实验装置测出 新知学习 作者编号：43002 4、适用条件: ⑴对于可以看做质点的物体，r为两个质点之间的距离． m1 m2 r ⑵对于质量分布均匀的球体，r为两个球心之间的距离. 三、万有引力定律的表达式 新知学习 作者编号：43002 （1）普遍性：万有引力存在于任何两个物体之间； （2）相互性：作用力和反作用力； （3）特殊性：两个物体间的万有引力与物体所在空间和 其他物体无关； 5、理解： 三、万有引力定律的表达式 新知学习 作者编号：43002 1.1686年牛顿发现万有引力定律后，曾经设想过几种测定引力常量的方法，却没有成功. 2.其间又有科学家进行引力常量的测量也没有成功. 3.直到1789年，英国物理学家卡文迪许巧妙地利用了扭秤装置，第一次在实验室里对两个物体间的引力大小作了精确的测量和计算，比较准确地测出了引力常量． 引力常量的测量 新知学习 作者编号：43002 G值的测量：卡文迪许扭秤实验 卡文迪许是“能称出地球质量的人” 引力常量的测量 新知学习 作者编号：43002 1.静止在地球表面跟随地球自转的物体 ，一共受到以下哪组力的作用（ ） A、万有引力 、弹力、向心力 B、万有引力 、弹力 C、万有引力 、 向心力、重力 D、万有引力 、 重力、弹力 B 课堂练习 课堂检测 作者编号：43002 2. 关于万有引力公式，以下说法正确的是 （　　） A.公式只适用于星球之间的引力计算，不适用于质量较小的物体 B.当两物体间的距离趋近于0时，万有引力趋近于无穷大 C.两物体间的万有引力也符合牛顿第三定律 D.公式中引力常量G的值是牛顿规定的 　C 课堂检测 作者编号：43002 3. 下列关于万有引力定律的说法中，正确的是 （　　） ①万有引力定律是卡文迪许在实验室中发现的 ②对于相距很远、可以看成质点的两个物体，万有引力定律中的r是两质点间的距离 ③对于质量分布均匀的球体，公式中的r是两球心间的距离 ④质量大的物体对质量小的物体的引力大于质量小的物体对质量大的物体的引力 A.①③ B.②④ C.②③ D.①④ C 课堂检测 作者编号：43002 4.(多选)关于引力常量G，下列说法中正确的是 A.在国际单位制中，引力常量G的单位是N·m2/kg2 B.引力常量G的大小与两物体质量的乘积成反比，与两物体间距离的平 方成正比 C.引力常量G在数值上等于两个质量都是1 kg的可视为质点的物体相距 1 m时的相互吸引力的大小 D.引力常量G是不变的，其数值大小由卡文迪许测出，与单位制的选择 无关 AC 课堂检测 作者编号：43002 5. 地球质量大约是月球质量的81倍，一飞行器位于地球与月球之间，当地球对它的引力和月球对它的引力大小相等时，飞行器距月球球心的距离与月球球心距地球球心的距离之比为 A.1∶9 B.9∶1 C.1∶10 D.10∶1 　C 课堂检测 作者编号：43002 一、行星绕日运动原因的探索   二、行星与太阳间的引力 太阳和行星之间的引力与行星和太阳的质量成正比与距离的二次方成反比。 三、月—地检验 太阳与行星间、地球与月球间、地球与地面物体间的力是同一种性质的力。 四、万有引力定律的表达 普遍性、相互性、宏观性 五、引力常量的测定 卡文迪什通过实验测出： 意义：证明了万有引力的存在；使万有引力定律有了真正的实用价值。 课堂总结 作者编号：43002 $$