7.2 万有引力定律(共28张PPT)
文档属性
| 名称 | 7.2 万有引力定律(共28张PPT) |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 4.4MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-05-26 15:25:38 | ||
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文档简介
(共28张PPT)
中物理
第七章 万有引力与宇宙航行
（高一 下）
第2节 万有引力定律
新教材人教版 物理（高中必修第二册）
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？
课堂引入
一、来自科学家的思考
合并趋势
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。
受到了来自太阳的类似于磁力的作用。
开普勒
类磁力
一、来自科学家的思考
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。
(以太）作用
笛卡尔
一、来自科学家的思考
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、来自科学家的思考
牛顿 (1643—1727)
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。
一、来自科学家的思考
二、行星与太阳间的引力
行星绕太阳的运动可以看做匀速圆周运动，行星做匀速圆周运动时，受到一个指向圆心（太阳）的引力，正是这个力提供了匀速圆周运动所需的向心力，由此可推知太阳与行星间引力的方向沿着二者的连线。
太阳与行星间的引力
设行星的质量为m，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
天文观测难以直接得到行星的速度 v，但可以得到行星的公转周期 T
F
行星
太阳
M
m
Ｖ
二、行星与太阳间的引力
r
根据开普勒第三定律
所以
太阳对行星的引力
即太阳对不同行星的引力，与行星的质量m成正比，与r2成反比。
F
行星
太阳
M
m
Ｖ
二、行星与太阳间的引力
r
类比法
牛 三
F 和F ′是一对作用力和反作用力，那么可以得出F大小跟太阳质量M、行星质量m的关系式有什么关系？
G为比例系数，与太阳、行星无关。
方向：沿着太阳与行星间的连线
F
F
M
m
Ｖ
二、行星与太阳间的引力
三、月—地检验
猜想：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？
1.牛顿的思考：
地球对月球的引力、地球对地面上物体的引力若为同一种力，其大小的表达式满足
三、月—地检验
三、月—地检验
R
r
F
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。
三、月—地检验
四、万有引力定律
2.表达式：
3.适用条件：
（1）两质点间（两物体间距远大于物体的线度）
（2）两均质球体间（r 为两球球心间的距离）
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。
4.对万有引力定律的理解：
(1)普遍性：它存在于宇宙中任何客观存在的两个物体之间。
(2)相互性：任何两物体间的相互引力，都是一对作用力和反作用力，符合牛顿第三定律。
(3)宏观性：通常情况下，万有引力非常小，只有在质量巨大的天体间或天体与天体附近的物体间，它的作用才有实际的物理意义。
（4）独立性：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。不管它们之间是否还有其他作用力。
四、万有引力定律
5.发现万有引力定律的重要意义:
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。
四、万有引力定律
五、引力常量
1686年牛顿发现万有引力定律后，却无法算出两个天体间的引力大小。
100多年以后，英国物理学家卡文迪什利用扭秤装置，第一次比较准确地测出了引力常量。
五、引力常量
1.扭秤装置把微小力通过杠杆旋转明显反映出来（一次放大）；
2.扭转角度（微小形变）通过光标的移动来反映（二次放大），从而确定物体间的万有引力。
装置的巧妙之处：两次放大及等效的思想 。
3.标准值：G＝6.67259×10－11N·m2/kg2，
通常取G＝6.67×10－11N·m2/kg2 。
测定引力常量的重要意义
1．证明了万有引力的存在；
2．“开创了测量弱力的新时代” （英国物理学家玻印廷语）；
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。
五、引力常量
G=6.67×10－11N·m2/kg2
课堂小结
【典例1】（2021·全国高一单元测试）量纲分析是物理学中的一种很重要的研究方法。例如，任何两个物体之间都存在相互作用的引力，引力的大小与这两个物体的质量的乘积成正比，与这两个物体之间的距离的平方成反比，其表达式可写为，式中G为万有引力常量，你可能不知道G的具体单位，但是你可以结合单位换算（量纲分析）对其做出推断，则根据你的推断，下列关于G的具体单位，表述正确的是（ ）
A．N·m/kg B． C． D．
典例分析
【正确答案】B
【典例2】（2021·全国高一专题练习）（多选）关于太阳与行星间的引力，下列说法中正确的是（ ）
A．由于地球比木星离太阳近，所以太阳对地球的引力一定比对木星的引力大
B．行星绕太阳沿椭圆轨道运动时，在从近日点向远日点运动时所受引力变小
C．由F= 可知G= ，由此可见G与F和r2的乘积成正比，与M太和m的乘积成反比
D．行星绕太阳运动的椭圆轨道可近似看成圆轨道，行星做圆周运动的向心力来源于太阳对行星的引力
典例分析
【正确答案】BD
【典例3】（2020·辽宁高一期末）“月地检验”是牛顿为了证明以下猜想：“使月球绕地球运动的力”与“使苹果落地的力”遵循同样的规律。牛顿当年知道月地之间距离3.84×108米，地球半径6.4×106米，那么他需要验证（ ）
A．地球吸引苹果的力约为地球吸引月球的力的
B．自由落体在月球表面的加速度约为地球表面的
C．苹果在月球表面受到的引力约为在地球表面的
D．月球公转的加速度约为苹果落向地面加速度的
典例分析
【正确答案】D
【典例4】（2020·北京市第四十三中学高一月考）“北斗卫星导航系统”是中国自行研制的全球卫星导航系统，同步卫星是其重要组成部分。如图所示，发射同步卫星时，可以先将卫星发射至近地圆轨道1，然后经过一系列的变轨过程，将卫星送入同步圆轨道2，A点在轨道1上，B、C两点在轨道2上。卫星在轨道1、轨道2上的运动均可视为匀速圆周运动。在该卫星远离地球的过程中，地球对卫星的引力（ ）
A．越来越大 B．越来越小
C．保持不变 D．先变大后变小
典例分析
【正确答案】B
【典例5】（2021·山西吕梁市·高三一模）2020年12月1日嫦娥五号探测器实施月面“挖土”成功，“挖土”采用了钻取和表取两种模式。假设月球可看作质量分布均匀的球体，其质量为M，半径为R。已知质量分布均匀的球壳对壳内物体的万有引力为零，万有引力常量为G。某次钻取中质量为m的钻尖进入月球表面以下h深处，则此时月球对钻尖的万有引力为（ ）
A．0 B． C． D．
典例分析
【正确答案】D
【解析】月球质量与剩余质量关系为
设月球密度为 ，月球对钻尖的万有引力为
故选D。
典例分析
中物理
第七章 万有引力与宇宙航行
（高一 下）
第2节 万有引力定律
新教材人教版 物理（高中必修第二册）
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？
课堂引入
一、来自科学家的思考
合并趋势
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。
受到了来自太阳的类似于磁力的作用。
开普勒
类磁力
一、来自科学家的思考
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。
(以太）作用
笛卡尔
一、来自科学家的思考
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、来自科学家的思考
牛顿 (1643—1727)
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。
一、来自科学家的思考
二、行星与太阳间的引力
行星绕太阳的运动可以看做匀速圆周运动，行星做匀速圆周运动时，受到一个指向圆心（太阳）的引力，正是这个力提供了匀速圆周运动所需的向心力，由此可推知太阳与行星间引力的方向沿着二者的连线。
太阳与行星间的引力
设行星的质量为m，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
天文观测难以直接得到行星的速度 v，但可以得到行星的公转周期 T
F
行星
太阳
M
m
Ｖ
二、行星与太阳间的引力
r
根据开普勒第三定律
所以
太阳对行星的引力
即太阳对不同行星的引力，与行星的质量m成正比，与r2成反比。
F
行星
太阳
M
m
Ｖ
二、行星与太阳间的引力
r
类比法
牛 三
F 和F ′是一对作用力和反作用力，那么可以得出F大小跟太阳质量M、行星质量m的关系式有什么关系？
G为比例系数，与太阳、行星无关。
方向：沿着太阳与行星间的连线
F
F
M
m
Ｖ
二、行星与太阳间的引力
三、月—地检验
猜想：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？
1.牛顿的思考：
地球对月球的引力、地球对地面上物体的引力若为同一种力，其大小的表达式满足
三、月—地检验
三、月—地检验
R
r
F
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。
三、月—地检验
四、万有引力定律
2.表达式：
3.适用条件：
（1）两质点间（两物体间距远大于物体的线度）
（2）两均质球体间（r 为两球球心间的距离）
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。
4.对万有引力定律的理解：
(1)普遍性：它存在于宇宙中任何客观存在的两个物体之间。
(2)相互性：任何两物体间的相互引力，都是一对作用力和反作用力，符合牛顿第三定律。
(3)宏观性：通常情况下，万有引力非常小，只有在质量巨大的天体间或天体与天体附近的物体间，它的作用才有实际的物理意义。
（4）独立性：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。不管它们之间是否还有其他作用力。
四、万有引力定律
5.发现万有引力定律的重要意义:
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。
四、万有引力定律
五、引力常量
1686年牛顿发现万有引力定律后，却无法算出两个天体间的引力大小。
100多年以后，英国物理学家卡文迪什利用扭秤装置，第一次比较准确地测出了引力常量。
五、引力常量
1.扭秤装置把微小力通过杠杆旋转明显反映出来（一次放大）；
2.扭转角度（微小形变）通过光标的移动来反映（二次放大），从而确定物体间的万有引力。
装置的巧妙之处：两次放大及等效的思想 。
3.标准值：G＝6.67259×10－11N·m2/kg2，
通常取G＝6.67×10－11N·m2/kg2 。
测定引力常量的重要意义
1．证明了万有引力的存在；
2．“开创了测量弱力的新时代” （英国物理学家玻印廷语）；
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。
五、引力常量
G=6.67×10－11N·m2/kg2
课堂小结
【典例1】（2021·全国高一单元测试）量纲分析是物理学中的一种很重要的研究方法。例如，任何两个物体之间都存在相互作用的引力，引力的大小与这两个物体的质量的乘积成正比，与这两个物体之间的距离的平方成反比，其表达式可写为，式中G为万有引力常量，你可能不知道G的具体单位，但是你可以结合单位换算（量纲分析）对其做出推断，则根据你的推断，下列关于G的具体单位，表述正确的是（ ）
A．N·m/kg B． C． D．
典例分析
【正确答案】B
【典例2】（2021·全国高一专题练习）（多选）关于太阳与行星间的引力，下列说法中正确的是（ ）
A．由于地球比木星离太阳近，所以太阳对地球的引力一定比对木星的引力大
B．行星绕太阳沿椭圆轨道运动时，在从近日点向远日点运动时所受引力变小
C．由F= 可知G= ，由此可见G与F和r2的乘积成正比，与M太和m的乘积成反比
D．行星绕太阳运动的椭圆轨道可近似看成圆轨道，行星做圆周运动的向心力来源于太阳对行星的引力
典例分析
【正确答案】BD
【典例3】（2020·辽宁高一期末）“月地检验”是牛顿为了证明以下猜想：“使月球绕地球运动的力”与“使苹果落地的力”遵循同样的规律。牛顿当年知道月地之间距离3.84×108米，地球半径6.4×106米，那么他需要验证（ ）
A．地球吸引苹果的力约为地球吸引月球的力的
B．自由落体在月球表面的加速度约为地球表面的
C．苹果在月球表面受到的引力约为在地球表面的
D．月球公转的加速度约为苹果落向地面加速度的
典例分析
【正确答案】D
【典例4】（2020·北京市第四十三中学高一月考）“北斗卫星导航系统”是中国自行研制的全球卫星导航系统，同步卫星是其重要组成部分。如图所示，发射同步卫星时，可以先将卫星发射至近地圆轨道1，然后经过一系列的变轨过程，将卫星送入同步圆轨道2，A点在轨道1上，B、C两点在轨道2上。卫星在轨道1、轨道2上的运动均可视为匀速圆周运动。在该卫星远离地球的过程中，地球对卫星的引力（ ）
A．越来越大 B．越来越小
C．保持不变 D．先变大后变小
典例分析
【正确答案】B
【典例5】（2021·山西吕梁市·高三一模）2020年12月1日嫦娥五号探测器实施月面“挖土”成功，“挖土”采用了钻取和表取两种模式。假设月球可看作质量分布均匀的球体，其质量为M，半径为R。已知质量分布均匀的球壳对壳内物体的万有引力为零，万有引力常量为G。某次钻取中质量为m的钻尖进入月球表面以下h深处，则此时月球对钻尖的万有引力为（ ）
A．0 B． C． D．
典例分析
【正确答案】D
【解析】月球质量与剩余质量关系为
设月球密度为 ，月球对钻尖的万有引力为
故选D。
典例分析