7.2万有引力定律 课件-2023-2024学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册(共17张PPT)

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第七章第一节
万有引力定律
新课引入
思考：
1、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？
2、历史上科学家是怎么样认识这个问题的？
历史上科学家们的探索之路充满艰辛。
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。
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。
建立理想化模型
(1)匀速圆周运动模型：将行星绕太阳的运动近似看成匀速圆周运动。
(2)质点模型：太阳对行星的引力提供了行星做圆周运动的向心力
太阳
行星
a
F
太阳
Ｍ
行星
ｍ
ｒ
v
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
行星与太阳间的引力
r
利用 牛二
利用 开三
类比法
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。
利用 牛三
在推导万有引力过程中，利用 牛二、牛三和开三。
地球对月球的引力也符合
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
天体
平权
天体
【理论分析】
月球
已知r=60R，由：
苹果
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。
月—地检验
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？
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。
万有引力定律
3.方向：沿着太阳与行星间的连线
（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。
万有引力定律
万有引力定律的使用条件
r1
r
r2
思考：既然任何两个物体之间都有引力，为什么两个人即使靠的很近，却感觉不到引力？
依据公式：
可知：当r逐渐减小，F逐渐增大。
1、当 r 趋于零时，两个物体不能看成质点，公式不再成立
2、形状不规则，质量分布不均匀的物体r不易确定
万有引力定律
1.普遍性：宇宙中任何两个有质量的物体之间。
2.相互性：任何两物体间的万有引力，都是一对作用力和反作用力，
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。
万有引力定律
万有引力四个特性
牛顿的遗憾：1686年牛顿发现万有引力定律后，因他不知道引力常量G的值， 无法算出两个天体间的引力大小。
引力常量G的测定
卡文迪许
引力常量G的测定
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）；
引力常量G的测定
卡文迪什实验室
典例：密度均匀的球体半径为R、质量为m，现从球体A中挖去直径为R的球体B，将球体B放置在距离球体A的球心O为处2R，如图所示，白色部分为挖去后的空心。已知半径为R的球体的体积为4πR3/3，引力常量为G，则球体A剩余部分对球体B的万有引力大小为（　 ）
A．
B．
C．
D．
D
做一做