7.2万有引力定律（培优教学课件）物理人教版必修第二册

该高中物理课件聚焦万有引力定律，从行星绕日运动现象切入，引导学生通过行星与太阳引力推导（结合开普勒定律和匀速圆周运动模型）、月—地检验验证普适性，最终建立定律，形成“现象—推导—检验—规律”的学习支架。 其亮点在于以新课标核心素养为统领，物理观念上构建引力普适性的物质与相互作用图景，科学思维通过模型建构、推理及月—地检验数据论证培养逻辑能力，科学探究设计问题链并结合证据支撑规律。分层例题强化公式适用条件，教师可依托推导脉络和例题突破重难点，学生能提升探究能力，深化物理观念。

第2节 万有引力定律 第七章 万有引力与宇宙航行 人教版（2019）必修第二册 导入新课 各行星都围绕着太阳运行，说明太阳与行星之间的引力是使行星如此运动的主要原因。引力的大小和方向能确定吗？ 物理观念 1. 物质观念：认识引力是物体固有属性，理解天体与地面物体遵循同一引力规律，建立万物有引力的物质相互作用图景。 2. 运动与相互作用观：明确万有引力是非接触、相互、普遍的相互作用；掌握公式，理解引力与质量、距离的定量关系，能用其解释行星公转、苹果落地等现象。 3. 能量观念：结合引力做功分析天体运动中动能与引力势能的转化，认识引力作用下的能量守恒，能用能量观解释卫星变轨等问题。 科学思维 1. 模型建构：构建行星—太阳匀速圆周运动模型，忽略次要因素，抽象出质点模型，体会物理建模的简化思想。 2. 科学推理：从开普勒定律、牛顿运动定律推导太阳—行星引力公式，再推广至万物，训练逻辑推导与归纳能力。 3. 科学论证：通过月地检验，用地面重力与月球公转向心力的等效性，完成理论与事实的匹配论证。 4. 质疑创新：思考引力常量测量难题，体会卡文迪许扭秤实验的放大法创新，培养质疑与优化意识。 学习目标 科学探究 1. 问题：提出“行星为何公转”“地球引力与天体引力是否统一”等可探究问题。 2. 证据：收集开普勒定律、月地数据等证据，支撑引力规律推导与检验。 3. 解释：基于推导与检验，清晰表达万有引力定律的内涵、公式与适用范围。 4. 交流：小组讨论推导逻辑与检验方案，规范表达并回应他人质疑。 科学态度与价值观 1. 科学态度：感受万有引力定律的普适性与简洁美，体会牛顿“站在巨人肩上”的探索精神。 2. 科学本质：理解物理规律从假说、推导到实验验证的严谨过程，认识理论需实验检验。 3. 社会责任：结合卫星、空间站等应用，认识引力规律对航天技术的支撑，增强科技强国的责任意识。 学习目标 重点难点 重点 1. 万有引力定律的推导逻辑：从行星绕日圆周运动向心力来源切入，结合开普勒定律推导出太阳与行星间引力，再经月地检验推广至万物，掌握定律普适性。 2. 定律核心内涵：理解公式中各物理量含义，明确r为两质点质心间距，知晓引力的相互性、普遍性、宏观性特点。 3. 定律简单应用：能运用公式计算天体间、物体间引力，解释苹果落地、行星公转等常见现象。 难点 1. 推导过程的科学推理：突破从特殊（太阳-行星）到一般（万物）的推广逻辑，理解月地检验的等效思想。 2. 公式适用条件辨析：区分质点、均质球体、非质点间r的取值差异，避免直接套用公式出错。 3. 引力的宏观性认知：理解微观物体引力可忽略、宏观天体引力起主导的原因，厘清万有引力与重力的关联区别。 1. 行星与太阳间的引力 2. 月—地检验 3.万有引力定律 4.课堂总结 5. 练习与应用 6. 提升训练 学习内容 第2节 万有引力定律 一、行星与太阳间的引力 第2节 万有引力定律 一、行星与太阳间的引力 01.科学家的思考 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。 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。 一切物体都有合并的趋势，这种趋势导致物体做圆周运动。 胡克 伽利略 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。 开普勒 笛卡尔 一、行星与太阳间的引力 02.行星与太阳的引力 太阳 行星 a 行星 r 行星绕太阳做匀速圆周运动 简化 （1）模型建构 一、行星与太阳间的引力 （2）推导太阳对行星的引力 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。 02.行星与太阳的引力 一、行星与太阳间的引力 （3）结论 ②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. F 太阳 Fˊ ①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.即 02.行星与太阳的引力 一、行星与太阳间的引力 （3）结论 02.行星与太阳的引力 G为比例系数，与太阳、行星无关。 ③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.方向：沿着太阳与行星间的连线 作用力和反作用力 一、行星与太阳间的引力 03.牛顿在思考 太阳对行星的引力使行星绕太阳做圆周运动。月亮绕地旋转所需要的向心力与太阳行星间的引力是不是都是相同的力呢？ 　 　地球对地表物体的重力与太阳行星间的引力是不是都是相同的力呢？……这个问题引起了牛顿的沉思。若你是牛顿，你会怎样解决这个猜想？ 二、月—地检验 第2节 万有引力定律 二、月—地检验 1.检验目的与原理 则应该满足: F 根据牛顿第二定律: a月= —— m月 =G______ m地 r2 (r 是地球中心与月球中心的距离 ) ① ( R 是地球中心与苹果间的距离 ) 假设地球对苹果的吸引力也是同一种力，同理可知，苹果的自由落体加速度 =G______ m地 R2 a苹 ② （1）月—地检验的目的：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。 （2）月—地检验的推导 假设地球与月球间的作用力与太阳与行星间的作用力是同一种力， 二、月—地检验 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 2.36×106 s， 根据这些数据，能否验证前面的假设？ —— = 2.7×10-4 ≈ a月 a苹 —— 602 1 这表明，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。 解：a月=( ——)2r=（ ————）2 × 3.8×108 m/s2 ≈2.69×10-3 m/s2 2π T 2×3.14 2.36×106 1.检验目的与原理 二、月—地检验 【例1】 (2023·重庆市高一期中)牛顿进行了著名的月—地检验，验证了使苹果下落的力和使月球绕地球运动的力是同一种性质的力，同样遵从“平方反比”规律。在进行月—地检验时，不需要用到的物理量是 A.月球公转的周期 B.地球的半径 C.地表的重力加速度 D.地球自转的周期 【解析】在进行月—地检验时，需要用到的物理量除了地球的半径和月地距离外，还需要的是月球公转的周期以及地表的重力加速度，不需要地球自转的周期。故选D。 三、万有引力定律 第2节 万有引力定律 三、万有引力定律 01.万有引力定律的内容 (3)公式： (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，引力的大小与物体的质量 m1和m2 的乘积成正比,与它们之间距离的二次方成反比. (2)方向：在两物体的连线上. （4）对万有引力的理解：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。 三、万有引力定律 02.万有引力定律的适用条件 （1）万有引力定律公式适用于质点之间的引力大小的计算。 （2）对于实际物体间的相互作用，当两个物体间的距离远远大于物体本身的大小（物体可视为质点）时也适用。 （3）两个质量分布均匀的球体间的引力大小可用万有引力定律公式求解，公式中的r为两球心之间的距离。 m1 m2 r r 三、万有引力定律 【思考与讨论】我们知道，任何两个物体间一定存在万有引力，试通过计算说明万有引力的宏观性。 已知一个篮球的质量为0.6 kg，它所受的重力有多大？试估算操场上相距1 m的两个篮球之间的万有引力。它们的万有引力和重力之比为多少？(g取10 m/s2，引力常量G=6.67×10-11N·m2/kg2，计算结果均保留两位有效数字) 【答案】篮球的重力G篮=mg=6.0 N；万有引力为F=G=G≈2.4×10-11 N。万有引力和重力之比为=4.0×10-12。 三、万有引力定律 【例2】(2024·深圳市高一期中)甲、乙两个质点间的万有引力大小为F，若甲质点的质量不变，乙质点的质量增大为原来的4倍，同时它们间的距离减为原来的，则甲、乙两个质点间的万有引力大小将变为 A. B. C.3F D.9F 【解析】由万有引力定律得F=，F'==，解得F'=9F，故A、B、C错误，D正确。 三、万有引力定律 【例3】如图所示为两个半径分别为r1=0.40 m、r2=0.60 m且质量分布均匀的实心球，质量分别为m1=4.0 kg，m2=1.0 kg，两球间距离为r0=1.0 m，引力常量G=6.67×10-11 N·m2/kg2，则两球间万有引力的大小为 A.6.67×10-11 N B.2.668×10-10 N C.小于6.67×10-11 N D.不能确定 三、万有引力定律 【解析】根据万有引力定律可得F=G=6.67×10-11× N= 6.67×10-11 N，故A正确，B、C、D错误。 三、万有引力定律 【例4】一个质量均匀分布的球体，半径为2r，在其内部挖去一个半径为r的球形空穴，其表面与球面相切，如图所示。已知挖去小球的质量为m，在球心和空穴中心连线上，距球心d=6r处有一质量为m2的质点，求：(引力常量为G) (1)被挖去的小球挖去前对m2的万有引力为多大？ (2)剩余部分对m2的万有引力为多大？ 三、万有引力定律 【解析】（1）被挖去的小球挖去前对m2的万有引力大小为F2=G=G （2）将挖去的小球填入空穴中，由V=πR3、m=ρV可知，大球的质量为8m，则挖去小球前大球对m2的万有引力大小为F1=G=G 故剩余部分对m2的万有引力大小为F=F1-F2=G。 四、课堂总结 第2节 万有引力定律 四、课堂总结 万有引力定律 行星与太阳间的引力 月—地检验 物体间的引力遵循相同的规律 万有引力定律 公式： 引力常量： 6.67×10－11 N·m2/kg2 性质：普遍性、相互性、宏观性 适用范围：两质点间的相互作用 五、练习与应用 第2节 万有引力定律 五、练习与应用 五、练习与应用 五、练习与应用 五、练习与应用 五、练习与应用 四、练习与应用 五、练习与应用 四、练习与应用 五、练习与应用 四、练习与应用 六、提升训练 第2节 万有引力定律 六、提升训练 六、提升训练 六、提升训练 六、提升训练 六、提升训练 六、提升训练 $