7.2 万有引力定律 课件-2025-2026学年高一下学期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，从行星运动受力问题导入，结合科学家探索史衔接开普勒定律，构建“现象-猜想-推导-检验”的学习支架，系统呈现行星与太阳引力推导、月-地检验及定律内容。 其亮点在于以科学思维和科学探究为核心，如行星轨道模型简化与引力公式推导结合开普勒定律，月-地检验通过理论计算与观测数据对比验证普适性。注重物理观念形成，例题与练习强化定律应用，助力学生培养科学推理能力，也为教师提供逻辑清晰的教学流程。

7.2 万有引力定律 第七章万有引力与宇宙航行 人教版（2019） · 高中物理必修二 1.7.2013 ‹#› 目 录 01 02 月-地检验 行星与太阳的引力 03 万有引力定律 04 引力常量 1.7.2013 ‹#› 思考：是什么力支配着行星绕着太阳做如此和谐而有规律的运动呢？ 1.7.2013 ‹#› 科学家们的探索 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。 行星的运动是太阳吸引的缘故，并且力的大小与行星到太阳的距离的平方成反比。 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。 开普勒 笛卡尔 胡克 一切物体都有合并的趋势。 1.7.2013 ‹#› 牛顿的证明 牛顿在前人对惯性研究的基础上，开始思考“物体怎样才会不沿直线运动”，他的回答是：以任何方式改变速度，都需要力。行星做匀速圆周运动需要指向圆心的力，这个力应该就是太阳对它的引力。 牛顿的观点 思考与讨论: 太阳对行星的引力与哪些因素有关？ 1.7.2013 ‹#› 行星与太阳的引力 第一部分 1.7.2013 ‹#› 行星和太阳的引力 轨道定律 核心机制：椭圆轨道运行 空间位置：太阳在一焦点 动态特征：距离时刻变化 科学意义：打破圆周观念 太阳 行星 a 简化 行星 r 行星绕太阳做匀速圆周运动 模型建构： 行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上。 1.7.2013 ‹#› 行星和太阳的引力 （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。 （1）设行星的质量为m，线速度为v，行星与太阳间的距离为r，则行星绕太阳做匀速圆周运动的向心力为 推导太阳对行星的引力： 1.7.2013 ‹#› 行星和太阳的引力 推导太阳对行星的引力： (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 1.7.2013 ‹#› 行星和太阳的引力 （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 结论 1.7.2013 ‹#› 行星和太阳的引力 F 太阳 Fˊ 结论 （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 G为比例系数，与太阳、行星无关。 1.7.2013 ‹#› 定律的构建 从猜想到公式 牛顿从行星绕日运动的现象出发，以严谨的数学推导为工具，结合圆周运动规律与开普勒定律，逐步消去变量、整合规律。 这一过程不仅是物理思想的飞跃，更是人类首次用统一的数学语言，定量地描述了宇宙万物间普遍存在的引力作用。 行星绕太阳做匀速圆周运动需要向心力，这一向心力的本质来源是太阳与行星之间的相互引力。 结合开普勒第三定律（周期定律），巧妙地消去了周期 T，将引力大小与天体的轨道半径 r 建立了直接的数学联系。 引力大小与两天体质量乘积成正比，与距离平方成反比，建立了引力的定量关系。 向心力来源 引入开普勒定律 规律整合 最终公式： 1.7.2013 ‹#› 行星和太阳的引力 例1.下列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，与行星和太阳的距离成反比 A 1.7.2013 ‹#› 月-地检验 第二部分 1.7.2013 ‹#› 月—地检验 思考：地球对月球的引力，与地球对树上苹果的吸引力是同一种性质的力吗？ 牛顿的猜想： 天上的力： 地上的力： 重力mg 它们应该是同一种力 1.7.2013 ‹#› 月—地检验 【理论分析】 月球 已知r=60R，由： 苹果 1.7.2013 ‹#› 月—地检验 结论：地面物体受地球的引力、月球所受地球的引力，与太阳、行星间的引力，遵循相同的规律。 天文观测：已知自由落体加速度a苹=g地 = 9.8 m/s2，月地中心间距r 月＝3.84×108m ≈ 60R，月球公转周期T月 = 27.3天 ≈ 2.36×106 s，可求得月球绕地球做匀速圆周运动的加速度？ 1.7.2013 ‹#› 万有引力定律 第三部分 1.7.2013 ‹#› 万有引力定律 4.万有引力定律的理解 宏观性 相互性 独立性 普遍性 存在于宇宙中任何客观存在的两个物体之间，是自然界中物体间的基本相互作用之一。 两个相互作用的引力是一对作用力与反作用力， 符合牛顿第三定律。 只有质量巨大的天体间或天体与天体附近的物体间，才有实际意义；在微观世界中可忽略不计。 万有引力的大小只与它们的质量和距离有关，与其他的因素均无关。不管是否还有其他作用力。 1.7.2013 ‹#› 万有引力定律 2.表达式： 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r 的二次方成反比。 3.方向：沿着太阳与行星间的连线 m1、m2 ： r ： G ： 两物体的质量 两物体间的距离，对于质量分布均匀的球体， r为两个球心之间的距离。 比例系数，叫引力常量。 1.7.2013 ‹#› 万有引力定律 （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）一个质量分布均匀的球体与球外一个质点间的相互作用，r为球心到质点的距离． （4）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。 5.万有引力定律的使用条件 m1 m2 r r 当两物体距离r趋于零时，F万并不是趋于无穷大，因为r趋于0时，万有引力公式不适用。 1.7.2013 ‹#› 万有引力定律 引力的一个分力用来提供向心力F，另一 个分力与支持力平衡，这个分力是重力G 随着纬度的增大，重力或重力加速度逐渐增大 赤道 两极 其它维度 引力 F引=GMm/r2，指向地心 向心力 F向 = mω2R （最大） F向 = 0 F向 = mω2r 重力 mg=F引-F向 mg=F引 （最大） mg = F引-F向 （矢量） 1.7.2013 ‹#› 万有引力定律 例2、(2021·山东高二学业考试)如图所示，两质量均匀分布的小球半径分别为R1、R2，相距R，质量为m1、m2，则两球间的万有引力大小为(引力常量为G )（ ） B 1.7.2013 ‹#› 引力常量 第四部分 1.7.2013 ‹#› 引力常量 1.7.2013 ‹#› 引力常量 卡文迪许 牛顿得出了万有引力与物体质量及它们之间距离的关系，但没有测出引力常量G的值。英国物理学家 通过实验推算出引力常量G的值。通常取G= N·m2/kg2。 卡文迪许 6.67×10-11 1.7.2013 ‹#› 引力常量 1、引力常量单位与大小 ②单位： ①大小： 2、引力常量测定的意义 证明了万有引力的存在； “开创了测量弱力的新时代” （英国物理学家玻印廷语）； 卡文迪什实验室 引力常量G的测定 1.7.2013 ‹#› 课堂小结 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 1.7.2013 ‹#› 课堂练习 1．关于万有引力定律 ，下列说法中正确的是（　　） A．牛顿是在开普勒揭示的行星运动规律的基础上，发现了万有引力定律，因此万有引力定律仅适用于天体之间 B．卡文迪许首先用实验比较准确地测定了引力常量G的数值 C．两物体各自受到对方的引力的大小不一定相等，质量大的物体受到的引力也大 D．万有引力定律对质量大的物体适用，对质量小的物体不适用 B 1.7.2013 ‹#› 课堂练习 2．关于万有引力定律，下列说法正确的是（　　） A．万有引力定律只适用于天体，不适用于地面物体 B．若两位同学重心之间的距离远大于他们的尺寸，则这两位同学之间的万有引力的大小可用 近似计算 C．万有引力大小的计算式 中，对于不同星体G的值不同D．地面上自由下落的苹果受到了地球的引力，而天空中运行的月亮没有受到地球的引力 B 1.7.2013 ‹#› 课堂练习 3．如图所示，两个实心球的半径分别为r1=0.60m、r2=0.40m，其质量分别为m1=4.0kg、m2=1.0kg且两实心球的质量分布不均匀（两球外侧密度大）。两球间的距离r0=1.0m， ，则两球间万有引力的大小（　　） A．等于6.67×10-11N B．小于6.67×10-11N C．大于6.67×10-11N D．不能确定 B 1.7.2013 ‹#› 感谢聆听 1.7.2013 我的分享到此结束。感谢大家的聆听。希望今天的内容能激发大家的思考，让我们一起，用科学的力量，更好地连接现在与未来。谢谢！ ‹#› A.G B.G C.G D.G $