7.2.1万有引力定律 课件 -2024-2025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 人教版 必修二 7.2万有引力定律 1、知道万有引力存在于任意两个物体之间，知道其表达式和适用范围。 2、理解万有引力定律的推导过程，认识在科学规律发现过程中大胆猜测与严格求证的重要性。 3、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。 4、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。 一、学习目标 二、新课导入 开普勒定律很好的描述了八大行星围绕太阳运动轨道、周期和快慢，人们开始思考为什么行星绕太阳运动？ 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 行星的运动是受到了来自太阳的 类似于磁力的作用 ，与距离成反比。 笛 卡 尔 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。 胡 克 行星的运动是太阳吸引的缘故，并且力的大小与到太阳距离的平方成反比。 三、新知讲解 一、历史的回顾 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、历史的回顾 三、新知讲解 牛顿 (1643—1727) 英国 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。 牛顿在发现牛顿三大定律之后，认为物体运动状态发生改变是因为受到力的作用，他觉得是太阳与行星的引力让行星绕太阳运动。 一、历史的回顾 三、新知讲解 太阳 太阳 行星 a 简化 思考：行星绕太阳做匀速圆周运动需要向心力，那么什么力来提供向心力？ 这个力的方向怎么样？大小呢？ 把行星绕太阳的运动简 化为匀速圆周运动。 M F 行星 ｍ Ｖ 二、行星与太阳间的引力 1.模型建构 三、新知讲解 （1）若已知质量为m的某行星绕太阳做匀速圆周运动，轨道半径为r，线速度为v，求太阳对行星的向心力。 （2）天文观测可得到行星的公转周期T，线速度v与公转周期T的关系是怎样的？写出用公转周期T表示的向心力的表达式。 2.推导太阳对行星的引力 三、新知讲解 (3)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 2.推导太阳对行星的引力 三、新知讲解 F 行星 太阳 F′ 3.行星对太阳的引力 太阳和行星的引力是相互的，行星和太阳的地位对等的，太阳对行星的引力与行星质量成正比，由类比法可得行星对太阳的引力与太阳的质量成正比。 三、新知讲解 F 和F ′是一对作用力和反作用力，所以F的大小既和太阳质量M成正比、也和行星质量m成正比。 作用力和反作用力 三、新知讲解 4.太阳与行星间的引力 （1）G是与太阳和行星质量均无关的常量。 （2）太阳与行星间引力的方向沿着二者的连线。 最早发现太阳和行星之间引力和距离的二次方成反比规律的应该是胡克，但从数学上证明引力的平方反比率，并将引力推广到一切物体的则是牛顿。 三、新知讲解 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？ 1.牛顿的思考： 目的：检验维持月球绕地球运动的力与使物体下落的力是同一种性质力，都遵从“平方反比”的规律。 三、月—地检验 三、新知讲解 地球对月球的引力: 月球绕地球公转的加速度： （1）先假定地球对月球的引力和太阳与行星间的作用力是同一种力. 地球对苹果的引力: （2）假设地球对苹果的吸引力也是同一种力 苹果下落的加速度: 月球轨道半径： r ≈ 60R 三、新知讲解 下列是当时可以测量的数据，如何证明地球表面的物体受力满足“平方反比”的关系？ 地表重力加速度：g = 9.8m/s2 地球半径： R = 6400×103m 月亮周期： T = 27.3天≈2.36×106s 月亮轨道半径： r ≈ 60R=3 .84×108m ？ 计算验证： 计算结果： 2.数据计算验证 数据表明，地面物体所受地球的引力，月球所受地球的引力，与太阳、行星间的引力，真的遵从相同的规律！ 是否宇宙中任意两个物体之间都有这样的力呢? 三、新知讲解 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F与物体的质量m1和m2的乘积成正比，与它们的距离r的二次方成反比。 2.公式： m1,m2 ---两物体的质量 r ---两物体间的距离 G ---比例系数，叫引力常量，适用于任何物体。 四、万有引力定律 三、新知讲解 自然界中任何两个物体都是互相吸引的，所以说：万有引力具有相互性、普遍性。另外万有引力还具有宏观性。 (1)可视为质点的两物体间的引力； 4.适用条件 r 指质点和球心间的距离。 (2)两质量均匀分布的球体间的引力。 r指的是两球心间的距离。 r (3)一质量均匀分布的球体和一质点间的引力。 3.对万有引力的理解 三、新知讲解 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。 5.发现万有引力定律的重要意义: 牛顿得出了万有引力与物体质量及它们之间距离的关系，但却无法算出两个天体之间万有引力的大小，因为他不知道引力常量G的值。 三、新知讲解 五、引力常量 1.卡文迪什扭秤实验 ①一次放大：扭秤装置把微小力通过杠杆旋转 (力矩)明显反映出来； ②二次放大：扭转角度（微小形变）通过光标 的移动来反映。 2.标准值：G＝6.67259×10－11N·m2/kg2， 通常取G＝6.67×10－11N·m2/kg2 。 三、新知讲解 三、新知讲解 3.卡文迪什扭秤实验的意义 （1）证明了万有引力的存在。 （2）开创了测量弱力的新时代。 （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。（卡文迪许被称为能称出地球质量的人 ） 三、新知讲解 1、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 四、当堂检测 2.(多选)如图4所示，P、Q是质量均为m的两个质点，分别置于地球表面不同纬度上，如果把地球看成是一个质量分布均匀的球体，P、Q两质点随地球自转做匀速圆周运动，则下列说法正确的是（ ） A.P、Q受地球引力大小相等 B.P、Q做圆周运动的向心力大小相等 C.P、Q做圆周运动的角速度大小相等 D.P、Q两质点的重力大小相等 四、当堂检测 3．下列科学家中，用扭秤实验测出引力常数数值的是(　 　) A．牛顿 B．爱因斯坦 C．卡文迪什 D．伽利略 四、当堂检测 4.如图所示，两球间的距离为r，两球的质量分布均匀，质量分别为m1、m2，半径分别为r1、r2，引力常量为G，则两球间的万有引力大小为（ ） 四、当堂检测 五、课堂小结 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 上，引力的大小与物体的 成正比、与它们之间__________ 成反比。 2.表达式：F＝ ，其中G叫作引力常量。 3.引力常量 牛顿得出了万有引力与物体质量及它们之间距离的关系，但没有测出G的值。 英国物理学家 通过扭秤实验推算出引力常量G的值。通常取G＝ N·m2/kg2。 连线 质量m1和m2的乘积 距离r的二 次方 卡文迪许 6.67×10－11 Lavf57.62.100 Lavf59.23.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 A.G B.G C.G D.G G $$