7.2万有引力定律 课件 (共25张PPT) —人教版（2019）高中物理必修第二册
文档属性
| 名称 | 7.2万有引力定律 课件 (共25张PPT) —人教版（2019）高中物理必修第二册 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 2.6MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2024-04-09 10:51:44 | ||
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文档简介
(共25张PPT)
第二节
万有引力定律
开普勒
伽利略
笛卡儿
是什么力量使行星绕太阳运动？
历史上对行星间力的探索
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。
开普勒
行星的运动是受到了来自太阳的类似于磁力的作用 ，与距离是成反比的
笛卡儿
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
胡克、哈雷等人认为行星受到了太阳对它的引力，甚至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，但无法深入研究。
哈 雷
胡 克
F
F
太阳引力
历史上对行星间力的探索
牛顿
利用他的运动定律及开普勒定律把行星的向心加速度与太阳对它的引力联系起来，有了重大发现。
历史上对行星间力的探索
追寻牛顿的足迹
一
一、行星与太阳间的引力
1.设行星的质量为m，速度为v，行星到太阳的距离为r，则行星绕太阳做匀速圆周运动的向心力F由太阳对行星的引力来提供。
环绕天体 中心天体
m v T M
地球绕太阳运转的轨道半径，即日地距离为 r
以 地球 围绕 太阳 公转为例：
2、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
代入
追寻牛顿的足迹
有
消去v
所以
3、根据开普勒第三定律
代入
追寻牛顿的足迹
即
太阳对不同行星的引力，与行星的质量成正比，与行星和太阳间的距离的二次方成反比。
4、太阳对行星的引力
追寻牛顿的足迹
5.行星对太阳的万有引力：根据牛顿第三定律，行星对太阳引力F'应满足
追寻牛顿的足迹
消去T
太阳对行星引力
归纳：行星与太阳间的引力
太阳对行星引力
由牛顿第三定律知
<2>地球表面的重力能否延伸到很远的地方，会不会作用到月球上？
<1>地球和月球之间的吸引力会不会与地球吸引苹果的力是同一种力呢？
<3>拉住月球使它绕地球运动的力，与拉着苹果使它下落的力，以及众行星与太阳之间的作用力也许真的是同一种力，遵循相同的规律
牛顿的思考
月-地检验
牛顿的猜想
这些力是同一种性质的力，并且都遵从与距离的平方成反比的规律。
当然这仅仅是猜想，还需要事实来检验！
R
r
“月——地”检验示意图
检验目的：
地球和月球之间的吸引力是否 与地球吸引苹果的力为同一种力．
检验原理：
根据牛顿第二定律，知：
月地检验
R
r
“月——地”检验示意图
地表重力加速度：g = 9.8 m/s2
地球半径：R=6400×103m
月球周期：T =27.3天≈2.36×106 s
月球轨道半径：r≈60R=3.84×108m
求：月球绕地球的向心加速度 ？
即证明
月地检验
R
r
“月——地”检验示意图
根据向心加速度公式,有：
=2.72×10-3m/s2
即：
验证成功
月地检验
万有引力定律：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、m2的乘积成正比、与它们之间的距离r的二次方成反比
公式：
其中G为引力常量，r为两物体的中心距离，m为物体的质量。
①严格地说，万有引力定律只适用于质点间的相互作用。
②对两个质量分布均匀的球体间相互作用，也可用此定律来计算。此时，r是两个球体球心间的距离。
③对一个均匀球体与球外一个质点的万有引力也适用，其中r为球心到质点间的距离。
④两个物体间距离远大于物体本身大小时，公式也近似适用，其中r为两物体质心间的距离．
万有引力定律适用的条件
⑴对于可以看做质点的物体，r为两个质点之间的距离．
⑵对于质量分布均匀的球体，r为两个球心之间的距离.
m1
m2
r
两物体的距离r指“哪两部分距离”？
对万有引力定律的理解
(1)普遍性：它存在于宇宙中任何有质量的物体之间，不管它们之间是否还有其他作用力。
(2)普适性：G是一个仅和m、r、F单位选择有关，而与物体性质无关的恒量。
(3)相互性：两物体间的相互引力，是一对作用力和反作用力，符合牛顿第三定律。
(4)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物体间，它的作用才有宏观的意义。
(5)特殊性：万有引力的大小只与它们的质量有关，与它们间的距离有关。与其他的因素均无关。
引力常量
G=6.67×10－11 N·m2/kg2
G的物理意义——两质量各为1kg的物体相距1m时万有引力的大小。
一百多年后 ，英国物理学家卡文迪许用著名的扭秤实验比较准确的得出了G的数值。G通常取
人们又测量了多种物体间的引力，所得结果均相同，引力常量的普适性成了万有引力定律正确性的有力证据。
拓展学习
引力常量的测量:放大法
我国华中科技大学引力中心团队在引力常量的测量中作出了 突出贡献，于2018年得到了当时最精确的引力常量G的值。
1 将物体由赤道向两极移动，则 （ ）
A.它的重力减小
B.它随地球转动的向心力增大
C.它随地球转动的向心力减小
D.向心力方向、重力的方向都指向地心
C
2 ［2023·山东泰安高三模拟］某一行星表面附近有颗卫星做匀速圆周运动，其运行周期为T。假设航天员在该行星表面上用弹簧测力计测量一质量为m的物体重力。物体静止时，弹簧测力计的示数为N，则这颗行星的半径为 （ ）
A. B. C. D.
解析：对物体有N=mg，且=mg；对绕行星表面附近做匀速圆周运动的卫星有=，联立解得R=。
A
3 载人火箭竖直升空的加速度为a=50 m/s2，某时刻运载舱中质量m=60 kg的航天员对座椅的压力测量值为3 060 N，已知地球表面的重力加速度为10 m/s2，，设地球半径为R，以下判断正确的有（ ）
A.此时火箭距地面的高度约为3R
B.此时火箭内的航天员处于完全失重状态
C.此时航天员所处位置的重力加速度为1 m/s2
D.此时航天员受到地球的引力为3 060 N
解析：C对：设此时刻火箭离地高度为h，所在处的重力加速度为g′
根据牛顿第二定律得FN-mg′=ma，
解得g′=-a=1 m/s2。
A错：根据重力等于万有引力，得火箭所在处有=mg′，在地面有=mg，联立解得h=2.16R。
B、D错：火箭加速上升过程中航天员处于超重状态，航天员受到地球的引力小于3 060 N。
C
第二节
万有引力定律
开普勒
伽利略
笛卡儿
是什么力量使行星绕太阳运动？
历史上对行星间力的探索
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。
开普勒
行星的运动是受到了来自太阳的类似于磁力的作用 ，与距离是成反比的
笛卡儿
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
胡克、哈雷等人认为行星受到了太阳对它的引力，甚至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，但无法深入研究。
哈 雷
胡 克
F
F
太阳引力
历史上对行星间力的探索
牛顿
利用他的运动定律及开普勒定律把行星的向心加速度与太阳对它的引力联系起来，有了重大发现。
历史上对行星间力的探索
追寻牛顿的足迹
一
一、行星与太阳间的引力
1.设行星的质量为m，速度为v，行星到太阳的距离为r，则行星绕太阳做匀速圆周运动的向心力F由太阳对行星的引力来提供。
环绕天体 中心天体
m v T M
地球绕太阳运转的轨道半径，即日地距离为 r
以 地球 围绕 太阳 公转为例：
2、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
代入
追寻牛顿的足迹
有
消去v
所以
3、根据开普勒第三定律
代入
追寻牛顿的足迹
即
太阳对不同行星的引力，与行星的质量成正比，与行星和太阳间的距离的二次方成反比。
4、太阳对行星的引力
追寻牛顿的足迹
5.行星对太阳的万有引力：根据牛顿第三定律，行星对太阳引力F'应满足
追寻牛顿的足迹
消去T
太阳对行星引力
归纳：行星与太阳间的引力
太阳对行星引力
由牛顿第三定律知
<2>地球表面的重力能否延伸到很远的地方，会不会作用到月球上？
<1>地球和月球之间的吸引力会不会与地球吸引苹果的力是同一种力呢？
<3>拉住月球使它绕地球运动的力，与拉着苹果使它下落的力，以及众行星与太阳之间的作用力也许真的是同一种力，遵循相同的规律
牛顿的思考
月-地检验
牛顿的猜想
这些力是同一种性质的力，并且都遵从与距离的平方成反比的规律。
当然这仅仅是猜想，还需要事实来检验！
R
r
“月——地”检验示意图
检验目的：
地球和月球之间的吸引力是否 与地球吸引苹果的力为同一种力．
检验原理：
根据牛顿第二定律，知：
月地检验
R
r
“月——地”检验示意图
地表重力加速度：g = 9.8 m/s2
地球半径：R=6400×103m
月球周期：T =27.3天≈2.36×106 s
月球轨道半径：r≈60R=3.84×108m
求：月球绕地球的向心加速度 ？
即证明
月地检验
R
r
“月——地”检验示意图
根据向心加速度公式,有：
=2.72×10-3m/s2
即：
验证成功
月地检验
万有引力定律：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、m2的乘积成正比、与它们之间的距离r的二次方成反比
公式：
其中G为引力常量，r为两物体的中心距离，m为物体的质量。
①严格地说，万有引力定律只适用于质点间的相互作用。
②对两个质量分布均匀的球体间相互作用，也可用此定律来计算。此时，r是两个球体球心间的距离。
③对一个均匀球体与球外一个质点的万有引力也适用，其中r为球心到质点间的距离。
④两个物体间距离远大于物体本身大小时，公式也近似适用，其中r为两物体质心间的距离．
万有引力定律适用的条件
⑴对于可以看做质点的物体，r为两个质点之间的距离．
⑵对于质量分布均匀的球体，r为两个球心之间的距离.
m1
m2
r
两物体的距离r指“哪两部分距离”？
对万有引力定律的理解
(1)普遍性：它存在于宇宙中任何有质量的物体之间，不管它们之间是否还有其他作用力。
(2)普适性：G是一个仅和m、r、F单位选择有关，而与物体性质无关的恒量。
(3)相互性：两物体间的相互引力，是一对作用力和反作用力，符合牛顿第三定律。
(4)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物体间，它的作用才有宏观的意义。
(5)特殊性：万有引力的大小只与它们的质量有关，与它们间的距离有关。与其他的因素均无关。
引力常量
G=6.67×10－11 N·m2/kg2
G的物理意义——两质量各为1kg的物体相距1m时万有引力的大小。
一百多年后 ，英国物理学家卡文迪许用著名的扭秤实验比较准确的得出了G的数值。G通常取
人们又测量了多种物体间的引力，所得结果均相同，引力常量的普适性成了万有引力定律正确性的有力证据。
拓展学习
引力常量的测量:放大法
我国华中科技大学引力中心团队在引力常量的测量中作出了 突出贡献，于2018年得到了当时最精确的引力常量G的值。
1 将物体由赤道向两极移动，则 （ ）
A.它的重力减小
B.它随地球转动的向心力增大
C.它随地球转动的向心力减小
D.向心力方向、重力的方向都指向地心
C
2 ［2023·山东泰安高三模拟］某一行星表面附近有颗卫星做匀速圆周运动，其运行周期为T。假设航天员在该行星表面上用弹簧测力计测量一质量为m的物体重力。物体静止时，弹簧测力计的示数为N，则这颗行星的半径为 （ ）
A. B. C. D.
解析：对物体有N=mg，且=mg；对绕行星表面附近做匀速圆周运动的卫星有=，联立解得R=。
A
3 载人火箭竖直升空的加速度为a=50 m/s2，某时刻运载舱中质量m=60 kg的航天员对座椅的压力测量值为3 060 N，已知地球表面的重力加速度为10 m/s2，，设地球半径为R，以下判断正确的有（ ）
A.此时火箭距地面的高度约为3R
B.此时火箭内的航天员处于完全失重状态
C.此时航天员所处位置的重力加速度为1 m/s2
D.此时航天员受到地球的引力为3 060 N
解析：C对：设此时刻火箭离地高度为h，所在处的重力加速度为g′
根据牛顿第二定律得FN-mg′=ma，
解得g′=-a=1 m/s2。
A错：根据重力等于万有引力，得火箭所在处有=mg′，在地面有=mg，联立解得h=2.16R。
B、D错：火箭加速上升过程中航天员处于超重状态，航天员受到地球的引力小于3 060 N。
C