7.2万有引力定律课件 (共28张PPT) 高一下学期物理人教版（2019）必修第二册
文档属性
| 名称 | 7.2万有引力定律课件 (共28张PPT) 高一下学期物理人教版（2019）必修第二册 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 2.6MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2023-04-14 10:54:17 | ||
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文档简介
(共28张PPT)
万有引力定律
历史
背景
统治千年的“地心说”
冲破枷锁的“日心说”
开普勒行星运动三定律
万有引
力定律
的发现
苹果落地的思考
重力与地球引力是同一种力
万有引力定律
1. “地心说”和“日心说” 的发展过程
在古代，人们认为地球是静止不动的，太阳、月亮及其他行星都围地球运动，这就是古希腊天文学家托勒密提出的“地心说”。
哥白尼认为地球并不是宇宙的中心，它与其他星一样都是围绕着太阳在做匀速圆周运动的, 这个模型称为“日心说”。
后来,人们通过对天文学的研究和观察发现，“地心说”模型与人们观察到的数据不相符。因此，波兰天文学家哥白尼提出新的假说。
一、历史回顾
丹麦天文学家第谷是一位出色的观测家，他用了近四十年的时间对天体进行观察，积累了大量的观测资料。丹麦天文学家开普勒总结了他的导师第谷的全部资料，花了几年时间一遍又一遍进行数学计算。通过计算，他认为哥白尼的“日心说”是正确的，并把行星运动的轨迹修改为椭圆，最后得出了著名的开普勒行星运动三定律。
2. 苹果落地的故事
这类问题引起很多科学家的思考，其中富有浪漫主义色彩的就是“苹果落地” 故事。1665－1667年瘟疫席卷英国，剑桥大学被迫停学,牛顿回到故乡。这段时期牛顿在数学、物理学中取得很大的成就。
微分学就是在1665年11月建立的, 积分学是在1666年5月建立的。“苹果落地”的故事也是发生在那段时期。据说，有一天，牛顿坐在一棵苹果树下思考地球的引力问题，突然一个苹果从树上落下，这使他思潮翻滚。他想苹果在空间，哪一个方向都可飞去，为什么偏偏要坠向地面？牛顿认为，这是因为地球与苹果相互吸引的结果。
牛顿还研究了月球绕地球的运动，发现它们间的引力跟太阳与行星间的引力遵循同样的规律。牛顿在研究了这许多不同物体间遵循同样规律之后，进一步把这个规律推广到自然界中任意两个物体之间，于1687年正式发表了万有引力定律。
开普勒第一定律
（轨道定律）
所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳在椭圆的一个焦点上。
开普勒第二定律 （面积定律）
对于每一个行星而言，太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积。
V近 ？ V远
>
开普勒第三定律 （周期定律）
行星公转周期的平方与轨道半长轴的立方成正比，且不同行星的比值都相等。
圆
行星为什么会这样运动呢？
1、如果月球不受力，它将做什么运动？
匀速直线运动
2、如果月球受重力，但没有切向速度，它将怎样运动？
落向地球表面
3、事实上，月球绕地球做圆周运动，并没有掉下来，为什么？
圆周运动需要向心力，地球对月球的引力就提供了向心力。
月球绕地球运动，苹果在一定条件下也可绕地球运动；
苹果落地，月球在一定条件下也可落地。
猜想：
重力、行星对它的卫星的引力、太阳对行星的引力是
同一种性质的力。
重力和引力：
任何两个物体间都有相互吸引的力,引力大小跟两个物体的质量的乘积成正比，跟它们的距离的二次方成反比，引力的方向在它们的连线上。
1. 万有引力定律
二、万有引力定律
2. 公式
1
m
2
m
r
F
1
F
2
G 叫做引力常量。
（1）万有引力定律公式中的r, 其含义是两个质点间的距离。当两个物体相距很远时，物体可以视为质点；如果是规则形状的均匀物体，则应把 r 理解为它们的几何中心间的距离。例如两个球形物体之间的距离 r 就是两球心间的距离。
（2）万有引力是物体间的相互作用力，遵循牛顿第三定律，如地球吸引人，同时人也吸引地球。
（3）重力是由于物体受到地球的万有引力而产生的，但万有引力并不等于重力， 只有在地球的两极上重力才与万有引力相等。
3. 注意
感受万有引力
60kg
60kg
0.5m
1.49×1011m
1.97×1030kg
5.98×1024kg
万有引力是
3.54×1022N
万有引力是
9.6×10-7N
解：设地面上的物体所受的重力为m2 g，可看成是物体与地球之间的万有引力，即
讨论：只有知道引力 常量 G ,才可能作出上面的计算。英国化学家、物理学家卡文迪什首先用实验的方法测出G 值, 因而被称为第一个称量地球的人。
【例1】利用 g = 9.8 m/s2 ，计算地球的质量 m 1。
1798年，英国物理学家卡文迪许巧妙地利用扭秤装置,
第一次在实验室里对两个铅球间的引力大小F做了精确测量
和计算，比较准确地测出了引力常量G的数值
r
F
r
F
m
m
m
m
引力常量G的测量实验
放大思想
实验原理：
r
F
r
F
m
m
m
m
【例2】已知地球绕太阳公转的周期是 3.16×107 s，公转的轨道半径是1.49×1011 m，试计算太阳的质量 m1。
分析：地球绕太阳的公转可近似看作匀速圆周运动，太阳的质量用 m1 表示，地球的质量用 m2 表示，地球公转的线速度为v = 2pr / T ，地球公转所需的向心力是由太阳对地球的引力提供的。
解：太阳对地球的万有引力提供了向心力，所以
从地面上发射卫星，只要达到适当的速度，卫星就能绕地球运行成为人造地球卫星。
三、人造地球卫星
设地球的质量为m 1，人造地球卫星的质量为m 2，围绕地球做匀速圆周运动的轨道半径为r ，卫星的速度为v，卫星做匀速圆周运动所需的向心力就是地球对它的吸引力。
由上式可见，做圆周运动的卫星其速度的大小决定于离地心的距离r，即半径越大，速度越小。
若卫星在地球附近飞行，轨道半径可近似地等于地球的半径R，重力提供向心力，则有
当发射速度v = 7.9 km/s 时，卫星恰好能绕地球近似地做匀速圆周运动，这个速度叫做第一宇宙速度。
若发射的卫星在地面附近其速度在7.9×103 m/s＜v＜11.2×103 m/s，卫星的轨道是椭圆。当v≥11.2×103 m/s时，卫星就可以挣脱地球吸引力的束缚，成为绕太阳运动的人造行星，不再是地球的卫星。我们把 11. 2×103 m/s 这个速度叫做第二宇宙速度。
若卫星的速度 v≥16.7 × 103 m/s，卫星则会挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间中去，此速度叫做第三宇宙速度。
注意：（1）必须明确三个宇宙速度都是指地面附近的发射速度。
（2）从受力角度看，发射卫星时必须给其一个强大的推力（靠火箭完成），先使卫星在地面附近做加速运动，卫星处于超重状态。到达预定轨道，绕地球做圆周运动时，万有引力提供向心力，此时卫星处于完全失重状态，内部物体间无弹力作用。
（3）从卫星运动轨迹来看，卫星轨道通常是椭圆，但我们在定量分析时，往往近似地把卫星的轨道看成是圆，把卫星的运动看成是匀速圆周运动。
牛顿将天体间的引力和地面上的重力同一起来，使之成为宇宙万物之间的普适物理定律，人们高度评价牛顿和他卓越的科学才能。在他的墓碑上这样写着“这里安歇着伊萨克·牛顿爵士，他以天才的智慧首次运用严密的数学证实了行星的运动、彗星的轨道和海洋潮汐”。而牛顿生前却谦虚地说：“如果我所见的比笛卡尔要远一点，因为我是站在巨人们的肩膀上的缘故”。从这里我们能深深的感受到这位巨人的博大胸怀。
万有引力定律对天体运动和地面物体运动的同一解释，沟通了“天上”“人间”，这是一个良好的开端，其影响是深远的，继牛顿之后，人们寻找不同事物之间的联系，建立统一的理论解释，成为物理学家坚持不懈的持久追求！
资料活页
若没有万有引力的作用，地球表面的大气和水将会脱离地球表面，飞散到茫茫宇宙之中；地球表面的土、石以及人类也将在地球自转的影响下沿着地球表面的切线飞向宇宙之中，像流星一样在太空中遨游…… 总之，没有万有引力的作用地球上的一切物质都将飞散到整个宇宙之中，地球也终将会解体。
如果没有了万有引力……
1.太阳的质量约为2.0×1030 kg，地球的质量约为6.0× 1024 kg，太阳和地球的平均距离是1.5×1011 m，求太阳和地球之间的万有引力。
解：根据万有引力定律得
练 习
2. 已知某一颗人造地球卫星，运行周期为5.6×103 s，轨道半径为 6.8×103 km 。试计算地球的质量。
解：地球对卫星的万有引力提供了向心力，所以
（1）所有卫星环绕中心天体旋转时，做圆周运动所需要的向心力都是由 ___ 来提供的。
用公式可以表示为：
（2）物质的密度计算式：
（3）球体的体积公式：
万有引力
相关知识
分析：卫星在运行时，所需向心力由地球对它的万有引力提供，所以轨道中心为地球球心。
可能
可能
不可能
可能
赤道面
经线面
纬线面
万有引力定律
历史
背景
统治千年的“地心说”
冲破枷锁的“日心说”
开普勒行星运动三定律
万有引
力定律
的发现
苹果落地的思考
重力与地球引力是同一种力
万有引力定律
1. “地心说”和“日心说” 的发展过程
在古代，人们认为地球是静止不动的，太阳、月亮及其他行星都围地球运动，这就是古希腊天文学家托勒密提出的“地心说”。
哥白尼认为地球并不是宇宙的中心，它与其他星一样都是围绕着太阳在做匀速圆周运动的, 这个模型称为“日心说”。
后来,人们通过对天文学的研究和观察发现，“地心说”模型与人们观察到的数据不相符。因此，波兰天文学家哥白尼提出新的假说。
一、历史回顾
丹麦天文学家第谷是一位出色的观测家，他用了近四十年的时间对天体进行观察，积累了大量的观测资料。丹麦天文学家开普勒总结了他的导师第谷的全部资料，花了几年时间一遍又一遍进行数学计算。通过计算，他认为哥白尼的“日心说”是正确的，并把行星运动的轨迹修改为椭圆，最后得出了著名的开普勒行星运动三定律。
2. 苹果落地的故事
这类问题引起很多科学家的思考，其中富有浪漫主义色彩的就是“苹果落地” 故事。1665－1667年瘟疫席卷英国，剑桥大学被迫停学,牛顿回到故乡。这段时期牛顿在数学、物理学中取得很大的成就。
微分学就是在1665年11月建立的, 积分学是在1666年5月建立的。“苹果落地”的故事也是发生在那段时期。据说，有一天，牛顿坐在一棵苹果树下思考地球的引力问题，突然一个苹果从树上落下，这使他思潮翻滚。他想苹果在空间，哪一个方向都可飞去，为什么偏偏要坠向地面？牛顿认为，这是因为地球与苹果相互吸引的结果。
牛顿还研究了月球绕地球的运动，发现它们间的引力跟太阳与行星间的引力遵循同样的规律。牛顿在研究了这许多不同物体间遵循同样规律之后，进一步把这个规律推广到自然界中任意两个物体之间，于1687年正式发表了万有引力定律。
开普勒第一定律
（轨道定律）
所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳在椭圆的一个焦点上。
开普勒第二定律 （面积定律）
对于每一个行星而言，太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积。
V近 ？ V远
>
开普勒第三定律 （周期定律）
行星公转周期的平方与轨道半长轴的立方成正比，且不同行星的比值都相等。
圆
行星为什么会这样运动呢？
1、如果月球不受力，它将做什么运动？
匀速直线运动
2、如果月球受重力，但没有切向速度，它将怎样运动？
落向地球表面
3、事实上，月球绕地球做圆周运动，并没有掉下来，为什么？
圆周运动需要向心力，地球对月球的引力就提供了向心力。
月球绕地球运动，苹果在一定条件下也可绕地球运动；
苹果落地，月球在一定条件下也可落地。
猜想：
重力、行星对它的卫星的引力、太阳对行星的引力是
同一种性质的力。
重力和引力：
任何两个物体间都有相互吸引的力,引力大小跟两个物体的质量的乘积成正比，跟它们的距离的二次方成反比，引力的方向在它们的连线上。
1. 万有引力定律
二、万有引力定律
2. 公式
1
m
2
m
r
F
1
F
2
G 叫做引力常量。
（1）万有引力定律公式中的r, 其含义是两个质点间的距离。当两个物体相距很远时，物体可以视为质点；如果是规则形状的均匀物体，则应把 r 理解为它们的几何中心间的距离。例如两个球形物体之间的距离 r 就是两球心间的距离。
（2）万有引力是物体间的相互作用力，遵循牛顿第三定律，如地球吸引人，同时人也吸引地球。
（3）重力是由于物体受到地球的万有引力而产生的，但万有引力并不等于重力， 只有在地球的两极上重力才与万有引力相等。
3. 注意
感受万有引力
60kg
60kg
0.5m
1.49×1011m
1.97×1030kg
5.98×1024kg
万有引力是
3.54×1022N
万有引力是
9.6×10-7N
解：设地面上的物体所受的重力为m2 g，可看成是物体与地球之间的万有引力，即
讨论：只有知道引力 常量 G ,才可能作出上面的计算。英国化学家、物理学家卡文迪什首先用实验的方法测出G 值, 因而被称为第一个称量地球的人。
【例1】利用 g = 9.8 m/s2 ，计算地球的质量 m 1。
1798年，英国物理学家卡文迪许巧妙地利用扭秤装置,
第一次在实验室里对两个铅球间的引力大小F做了精确测量
和计算，比较准确地测出了引力常量G的数值
r
F
r
F
m
m
m
m
引力常量G的测量实验
放大思想
实验原理：
r
F
r
F
m
m
m
m
【例2】已知地球绕太阳公转的周期是 3.16×107 s，公转的轨道半径是1.49×1011 m，试计算太阳的质量 m1。
分析：地球绕太阳的公转可近似看作匀速圆周运动，太阳的质量用 m1 表示，地球的质量用 m2 表示，地球公转的线速度为v = 2pr / T ，地球公转所需的向心力是由太阳对地球的引力提供的。
解：太阳对地球的万有引力提供了向心力，所以
从地面上发射卫星，只要达到适当的速度，卫星就能绕地球运行成为人造地球卫星。
三、人造地球卫星
设地球的质量为m 1，人造地球卫星的质量为m 2，围绕地球做匀速圆周运动的轨道半径为r ，卫星的速度为v，卫星做匀速圆周运动所需的向心力就是地球对它的吸引力。
由上式可见，做圆周运动的卫星其速度的大小决定于离地心的距离r，即半径越大，速度越小。
若卫星在地球附近飞行，轨道半径可近似地等于地球的半径R，重力提供向心力，则有
当发射速度v = 7.9 km/s 时，卫星恰好能绕地球近似地做匀速圆周运动，这个速度叫做第一宇宙速度。
若发射的卫星在地面附近其速度在7.9×103 m/s＜v＜11.2×103 m/s，卫星的轨道是椭圆。当v≥11.2×103 m/s时，卫星就可以挣脱地球吸引力的束缚，成为绕太阳运动的人造行星，不再是地球的卫星。我们把 11. 2×103 m/s 这个速度叫做第二宇宙速度。
若卫星的速度 v≥16.7 × 103 m/s，卫星则会挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间中去，此速度叫做第三宇宙速度。
注意：（1）必须明确三个宇宙速度都是指地面附近的发射速度。
（2）从受力角度看，发射卫星时必须给其一个强大的推力（靠火箭完成），先使卫星在地面附近做加速运动，卫星处于超重状态。到达预定轨道，绕地球做圆周运动时，万有引力提供向心力，此时卫星处于完全失重状态，内部物体间无弹力作用。
（3）从卫星运动轨迹来看，卫星轨道通常是椭圆，但我们在定量分析时，往往近似地把卫星的轨道看成是圆，把卫星的运动看成是匀速圆周运动。
牛顿将天体间的引力和地面上的重力同一起来，使之成为宇宙万物之间的普适物理定律，人们高度评价牛顿和他卓越的科学才能。在他的墓碑上这样写着“这里安歇着伊萨克·牛顿爵士，他以天才的智慧首次运用严密的数学证实了行星的运动、彗星的轨道和海洋潮汐”。而牛顿生前却谦虚地说：“如果我所见的比笛卡尔要远一点，因为我是站在巨人们的肩膀上的缘故”。从这里我们能深深的感受到这位巨人的博大胸怀。
万有引力定律对天体运动和地面物体运动的同一解释，沟通了“天上”“人间”，这是一个良好的开端，其影响是深远的，继牛顿之后，人们寻找不同事物之间的联系，建立统一的理论解释，成为物理学家坚持不懈的持久追求！
资料活页
若没有万有引力的作用，地球表面的大气和水将会脱离地球表面，飞散到茫茫宇宙之中；地球表面的土、石以及人类也将在地球自转的影响下沿着地球表面的切线飞向宇宙之中，像流星一样在太空中遨游…… 总之，没有万有引力的作用地球上的一切物质都将飞散到整个宇宙之中，地球也终将会解体。
如果没有了万有引力……
1.太阳的质量约为2.0×1030 kg，地球的质量约为6.0× 1024 kg，太阳和地球的平均距离是1.5×1011 m，求太阳和地球之间的万有引力。
解：根据万有引力定律得
练 习
2. 已知某一颗人造地球卫星，运行周期为5.6×103 s，轨道半径为 6.8×103 km 。试计算地球的质量。
解：地球对卫星的万有引力提供了向心力，所以
（1）所有卫星环绕中心天体旋转时，做圆周运动所需要的向心力都是由 ___ 来提供的。
用公式可以表示为：
（2）物质的密度计算式：
（3）球体的体积公式：
万有引力
相关知识
分析：卫星在运行时，所需向心力由地球对它的万有引力提供，所以轨道中心为地球球心。
可能
可能
不可能
可能
赤道面
经线面
纬线面