人教版（2019版）高一物理必修二第七章第二节万有引力定律PPT（共42页）
文档属性
| 名称 | 人教版（2019版）高一物理必修二第七章第二节万有引力定律PPT（共42页） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 2.0MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-04-01 19:30:21 | ||
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文档简介
(共42张PPT)
第2节 万有引力定律
开普勒三定律
知识回顾
开普勒第一定律——轨道定律
所有行星都分别在大小不同的椭圆轨道上围绕太阳运动，太阳是在这些椭圆的一个焦点上;
开普勒第二定律——面积定律
对每个行星来说，太阳和行星的连线在相等的时间扫过相等的面积;
开普勒第三定律——周期定律
所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等.
太阳
行星
b
=
v
a
目录
三、万有引力定律
二、月-地检验
一、行星与太阳之间的引力
行星的运动
“太阳坐在它的皇位上，管理着围绕它的一切星球”
——哥白尼
一、行星与太阳之间的引力
行星为什么绕太阳做如此和谐而又有规律地椭圆运动？
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，并且力的大小与到太阳距离的平方成反比。
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。
科学足迹
科学足迹
牛顿 (1643—1727)
英国著名的物理学家
当年牛顿在前人研究的基础上，也经过类似同学这样的思考，并凭借其超凡的数学能力和坚定的信念，深入研究，最终发现了万有引力定律。
牛顿在1676年给友人的信中写道：
如果说我看的比别人更远，那是因为我站在巨人的肩膀上。
建立模型
思考：行星的实际运动是椭圆运动，但我们还不了解椭圆运动规律，那应该怎么办？能把它简化成什么运动呢？
太阳
行星
a
太阳
行星
r
简化
把行星绕太阳的运动简化为匀速圆周运动
建立模型
思考：
太阳对行星的引力提供向心力，那么这个力大小有什么样定量关系？
F
太阳
Ｍ
行星
ｍ
ｒ
Ｖ
探究1: 太阳对行星的引力F
科学探究
消去v
行星运行速度v容易观测吗？怎么办？
消去T
讨论
为什么能从上式得到下式？
科学探究
关系式中m是受力天体还是施力天体的质量？
探究1: 太阳对行星的引力F
请用中文描述这个关系式！
太阳对行星的引力跟受力星体的质量成正比，与行星、太阳距离的二次方成反比.
F
行星
太阳
F′
既然太阳对行星有引力，那么行星对太阳有引力吗？它有怎样定量的关系呢？
科学探究
探究2: 行星对太阳的引力F′
F
行星
太阳
F′
类比法
牛 三
行星对太阳的引力F′跟太阳的质量成正比，与行星、太阳距离的二次方成反比.
太阳对行星的引力跟受力星体的质量成正比，与行星、太阳距离的二次方成反比.
科学探究
探究3: 太阳与行星间的引力F
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？
牛三
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 。
答案 与太阳的质量M成正比
根据牛顿第三定律，行星对太阳的力与太阳对行星的力是一对相互作用的性质相同的力，据此推知行星对太阳(受力物体)的力F′有怎样的关系？
即 F∝
由上述2、3结论，结合F＝F′可猜测太阳与行星间的引力满足什么关系式？
答案
F∝
F∝
若这两个力相等，
古人观点
牛顿思考
理论演算
总结规律
建模
理想化
类比
课堂小结
1、下列关于行星对太阳的引力的说法中正确的是（ ）
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，与行星距太阳的距离成反比
随堂练习
<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
二、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
1、内容：自然界中任何两个物体都是互相吸引的，引力的大小跟这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.
三、万有引力定律
(1)引力常量适用于任何两个物体；
(2)意义：在数值上等于两个质量都是1kg的物体相距1m时的相互作用力。
G: 引力常量 6.67×10-11N·m2/kg2
100多年后，由英国物理学家卡文迪许测出
G值的测量：卡文迪许扭秤实验
第一个能称出地球质量的人
扭秤装置
T形架
金属丝
平面镜
光源
刻度尺
扭秤实验的测量结果
万有引力常量
卡文迪许扭秤实验的意义：
证明了万有引力的存在，并测得引力常量G,使万有引力定律进入了真正实用的时代；
(2)开创了微小量测量的先河，使科学放大思想得到了推广．
思考：我们人与人之间也应该存在万有引力，可是为什么我们感受不到呢？
例题1、估算两个质量 50 kg 的同学相距 0.5 m 时之间的万有引力约有多大？
=6.67×10-7 N
是一粒芝麻重的几千分之一，这么小的力人根本无法察觉到。
解：
例题2：那么太阳与地球之间的万有引力又是多大呢？（太阳的质量为M = 2.0×1030 kg，地球质量为 m = 6.0×1024 kg，日、地之间的距离为ｒ= 1.5×1011 m)
3.5×1022 N 非常大，能够拉断直径为 9000 km 的钢柱．
=3.5×1022N
解：
万有引力的宏观性
对万有引力定律的理解
（2）相互性:因为万有引力也是力的一种，力的作用是相互的，具有相互性，符合牛顿第三定律。
（4）宏观性:在通常情况下，万有引力非常小，只有质量巨大的星球间或天体与附近的物体间，它的存在才有实际的物理意义，故在分析地球表面物体受力时，不考虑地面物体之间的万有引力，只考虑地球对地面物体的引力。
（1）普遍性:因为自然界中任何两个物体都相互吸引，任何有质量的物体之间都存在着相互作用的吸引力。
(3)独立性:两物体间的引力，只与它们的质量及距离有关，不管它们之间是否还有其它作用力．
应用条件
直接利用公式计算引力的三种情况：
1）可视为质点的两物体间的引力；
2）两质量均匀分布的球体间的引力；
3）一质量均匀分布的球体和一质点间的引力；
4） r=0时，不适用。
注意：式中的r，
1)对于相距很远可以看作质点的物体，就是指两个质点的距离；
2)对于均匀球体，指的是两球心间的距离；
3)对于一均匀球体和一质点，指的是质点和球心间的距离。
(1)重力产生原因：是由于地球对物体的吸引而产生的
O
F向
mg
F
ω
地球上物体的向心力F向=mω2r是引力F的一个分力．引力F的另一个分力就是通常所说的重力mg．
(2)重力随纬度的变化情况：
重力会随着纬度的增加而增大 ，赤道上的物体移到两极时，重力增加约千分之五 .在粗略的计算中,
(3)重力随高度的变化情况 :
质量为m的物体，位于高度h处引力为
当h增大时,引力减小,重力也跟着减小 .
万有引力和重力的关系
一、对万有引力定律的理解
典例精析
例1 对于质量为m1和质量为m2的两个物体间的万有引力的表达式 ，下列说法正确的是( )
A．公式中的G是引力常量，它是由实验得出的，而不是人为规定的
B．当两物体间的距离r趋于零时，万有引力趋于无穷大
C．m1和m2所受引力大小总是相等的，而与m1、m2是否相等无关
D．两个物体间的引力总是大小相等、方向相反的，是一对平衡力
AC
引力常量G
扭秤实验测定
物体不能视为质点
万有引力定律不成立
作用力和反作用力
等大反向
针对训练 下面关于行星与太阳间的引力的说法中，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
作用力和反作用力
等大反向
与质量乘积成正比，与距离的平方成反比
一、对万有引力定律的理解
典例精析
二、万有引力定律的应用
例2 一名宇航员来到一个星球上，如果该星球的质量是地球质量的一半，它的直径也是地球直径的一半，那么这名宇航员在该星球上所受的万有引力大小是他在地球上所受万有引力大小的( )
A．0.25倍 B．0.5倍 C．2倍 D．4倍
典例精析
C
三、万有引力和重力的关系
例3 在离地面高度等于地球半径的高度处，重力加速度的大小是地球表面的重力加速度大小的
( )
A．2倍 B．1倍
C. 倍 D. 倍
典例精析
D
R
由“平方反比”规律
4、如图所示，r 虽然大于两球的半径，但两球的半径不能忽略，而球的质量分布均匀，大小分别为m1与m2，则两球间万有引力的大小为 ( )
r1
r
r2
D
公式中的r应为球心之间的距离
典例精析
课堂要点小结
万有引力定律
万有引力定律的推导
万有引力定律
万有引力的特征
引力常量
内容
表达式：
测定人：英国物理学家卡文迪许
大小： G＝6.67×10－11 N·m2/kg2
普遍性
相互性
宏观性
自我检测区
1
2
3
4
1．(万有引力定律的发现)在牛顿发现太阳与行星间引力的过程中，得出太阳对行星的引力表达式后推出行星对太阳的引力表达式，这是一个很关键的论证步骤，这一步骤采用的论证方法是( )
A．研究对象的选取
B．理想化过程
C．类比
D．等效
1
2
3
4
C
（m是行星的质量）
太阳对行星的引力F
行星对太阳的引力F′
类
比
2．(对万有引力定律的理解)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
1
2
3
4
万有引力定律适用于所有物体间
卡文迪许
卡文迪许扭秤实验
牛顿第三定律：
1
2
3
4
3．(万有引力定律的应用)某实心匀质球半径为R，质量为M，在球外离球面h高处有一质量为m的质点，则其受到的万有引力大小为( )
A． B．
C． D．
h
R
r=R+h
匀质球可看成质量
集中于球心上的质点
4. (万有引力与重力的关系)假如地球自转速度增大，关于物体的重力，下列说法中正确的是( )
A．放在赤道地面上物体的万有引力不变
B．放在两极地面上物体的重力不变
C．放在赤道地面上物体的重力减小
D．放在两极地面上物体的重力增大
1
2
3
4
与角速度无关
｛
赤道上：
两极上：
第2节 万有引力定律
开普勒三定律
知识回顾
开普勒第一定律——轨道定律
所有行星都分别在大小不同的椭圆轨道上围绕太阳运动，太阳是在这些椭圆的一个焦点上;
开普勒第二定律——面积定律
对每个行星来说，太阳和行星的连线在相等的时间扫过相等的面积;
开普勒第三定律——周期定律
所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等.
太阳
行星
b
=
v
a
目录
三、万有引力定律
二、月-地检验
一、行星与太阳之间的引力
行星的运动
“太阳坐在它的皇位上，管理着围绕它的一切星球”
——哥白尼
一、行星与太阳之间的引力
行星为什么绕太阳做如此和谐而又有规律地椭圆运动？
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，并且力的大小与到太阳距离的平方成反比。
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。
科学足迹
科学足迹
牛顿 (1643—1727)
英国著名的物理学家
当年牛顿在前人研究的基础上，也经过类似同学这样的思考，并凭借其超凡的数学能力和坚定的信念，深入研究，最终发现了万有引力定律。
牛顿在1676年给友人的信中写道：
如果说我看的比别人更远，那是因为我站在巨人的肩膀上。
建立模型
思考：行星的实际运动是椭圆运动，但我们还不了解椭圆运动规律，那应该怎么办？能把它简化成什么运动呢？
太阳
行星
a
太阳
行星
r
简化
把行星绕太阳的运动简化为匀速圆周运动
建立模型
思考：
太阳对行星的引力提供向心力，那么这个力大小有什么样定量关系？
F
太阳
Ｍ
行星
ｍ
ｒ
Ｖ
探究1: 太阳对行星的引力F
科学探究
消去v
行星运行速度v容易观测吗？怎么办？
消去T
讨论
为什么能从上式得到下式？
科学探究
关系式中m是受力天体还是施力天体的质量？
探究1: 太阳对行星的引力F
请用中文描述这个关系式！
太阳对行星的引力跟受力星体的质量成正比，与行星、太阳距离的二次方成反比.
F
行星
太阳
F′
既然太阳对行星有引力，那么行星对太阳有引力吗？它有怎样定量的关系呢？
科学探究
探究2: 行星对太阳的引力F′
F
行星
太阳
F′
类比法
牛 三
行星对太阳的引力F′跟太阳的质量成正比，与行星、太阳距离的二次方成反比.
太阳对行星的引力跟受力星体的质量成正比，与行星、太阳距离的二次方成反比.
科学探究
探究3: 太阳与行星间的引力F
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？
牛三
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 。
答案 与太阳的质量M成正比
根据牛顿第三定律，行星对太阳的力与太阳对行星的力是一对相互作用的性质相同的力，据此推知行星对太阳(受力物体)的力F′有怎样的关系？
即 F∝
由上述2、3结论，结合F＝F′可猜测太阳与行星间的引力满足什么关系式？
答案
F∝
F∝
若这两个力相等，
古人观点
牛顿思考
理论演算
总结规律
建模
理想化
类比
课堂小结
1、下列关于行星对太阳的引力的说法中正确的是（ ）
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，与行星距太阳的距离成反比
随堂练习
<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
二、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
1、内容：自然界中任何两个物体都是互相吸引的，引力的大小跟这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.
三、万有引力定律
(1)引力常量适用于任何两个物体；
(2)意义：在数值上等于两个质量都是1kg的物体相距1m时的相互作用力。
G: 引力常量 6.67×10-11N·m2/kg2
100多年后，由英国物理学家卡文迪许测出
G值的测量：卡文迪许扭秤实验
第一个能称出地球质量的人
扭秤装置
T形架
金属丝
平面镜
光源
刻度尺
扭秤实验的测量结果
万有引力常量
卡文迪许扭秤实验的意义：
证明了万有引力的存在，并测得引力常量G,使万有引力定律进入了真正实用的时代；
(2)开创了微小量测量的先河，使科学放大思想得到了推广．
思考：我们人与人之间也应该存在万有引力，可是为什么我们感受不到呢？
例题1、估算两个质量 50 kg 的同学相距 0.5 m 时之间的万有引力约有多大？
=6.67×10-7 N
是一粒芝麻重的几千分之一，这么小的力人根本无法察觉到。
解：
例题2：那么太阳与地球之间的万有引力又是多大呢？（太阳的质量为M = 2.0×1030 kg，地球质量为 m = 6.0×1024 kg，日、地之间的距离为ｒ= 1.5×1011 m)
3.5×1022 N 非常大，能够拉断直径为 9000 km 的钢柱．
=3.5×1022N
解：
万有引力的宏观性
对万有引力定律的理解
（2）相互性:因为万有引力也是力的一种，力的作用是相互的，具有相互性，符合牛顿第三定律。
（4）宏观性:在通常情况下，万有引力非常小，只有质量巨大的星球间或天体与附近的物体间，它的存在才有实际的物理意义，故在分析地球表面物体受力时，不考虑地面物体之间的万有引力，只考虑地球对地面物体的引力。
（1）普遍性:因为自然界中任何两个物体都相互吸引，任何有质量的物体之间都存在着相互作用的吸引力。
(3)独立性:两物体间的引力，只与它们的质量及距离有关，不管它们之间是否还有其它作用力．
应用条件
直接利用公式计算引力的三种情况：
1）可视为质点的两物体间的引力；
2）两质量均匀分布的球体间的引力；
3）一质量均匀分布的球体和一质点间的引力；
4） r=0时，不适用。
注意：式中的r，
1)对于相距很远可以看作质点的物体，就是指两个质点的距离；
2)对于均匀球体，指的是两球心间的距离；
3)对于一均匀球体和一质点，指的是质点和球心间的距离。
(1)重力产生原因：是由于地球对物体的吸引而产生的
O
F向
mg
F
ω
地球上物体的向心力F向=mω2r是引力F的一个分力．引力F的另一个分力就是通常所说的重力mg．
(2)重力随纬度的变化情况：
重力会随着纬度的增加而增大 ，赤道上的物体移到两极时，重力增加约千分之五 .在粗略的计算中,
(3)重力随高度的变化情况 :
质量为m的物体，位于高度h处引力为
当h增大时,引力减小,重力也跟着减小 .
万有引力和重力的关系
一、对万有引力定律的理解
典例精析
例1 对于质量为m1和质量为m2的两个物体间的万有引力的表达式 ，下列说法正确的是( )
A．公式中的G是引力常量，它是由实验得出的，而不是人为规定的
B．当两物体间的距离r趋于零时，万有引力趋于无穷大
C．m1和m2所受引力大小总是相等的，而与m1、m2是否相等无关
D．两个物体间的引力总是大小相等、方向相反的，是一对平衡力
AC
引力常量G
扭秤实验测定
物体不能视为质点
万有引力定律不成立
作用力和反作用力
等大反向
针对训练 下面关于行星与太阳间的引力的说法中，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
作用力和反作用力
等大反向
与质量乘积成正比，与距离的平方成反比
一、对万有引力定律的理解
典例精析
二、万有引力定律的应用
例2 一名宇航员来到一个星球上，如果该星球的质量是地球质量的一半，它的直径也是地球直径的一半，那么这名宇航员在该星球上所受的万有引力大小是他在地球上所受万有引力大小的( )
A．0.25倍 B．0.5倍 C．2倍 D．4倍
典例精析
C
三、万有引力和重力的关系
例3 在离地面高度等于地球半径的高度处，重力加速度的大小是地球表面的重力加速度大小的
( )
A．2倍 B．1倍
C. 倍 D. 倍
典例精析
D
R
由“平方反比”规律
4、如图所示，r 虽然大于两球的半径，但两球的半径不能忽略，而球的质量分布均匀，大小分别为m1与m2，则两球间万有引力的大小为 ( )
r1
r
r2
D
公式中的r应为球心之间的距离
典例精析
课堂要点小结
万有引力定律
万有引力定律的推导
万有引力定律
万有引力的特征
引力常量
内容
表达式：
测定人：英国物理学家卡文迪许
大小： G＝6.67×10－11 N·m2/kg2
普遍性
相互性
宏观性
自我检测区
1
2
3
4
1．(万有引力定律的发现)在牛顿发现太阳与行星间引力的过程中，得出太阳对行星的引力表达式后推出行星对太阳的引力表达式，这是一个很关键的论证步骤，这一步骤采用的论证方法是( )
A．研究对象的选取
B．理想化过程
C．类比
D．等效
1
2
3
4
C
（m是行星的质量）
太阳对行星的引力F
行星对太阳的引力F′
类
比
2．(对万有引力定律的理解)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
1
2
3
4
万有引力定律适用于所有物体间
卡文迪许
卡文迪许扭秤实验
牛顿第三定律：
1
2
3
4
3．(万有引力定律的应用)某实心匀质球半径为R，质量为M，在球外离球面h高处有一质量为m的质点，则其受到的万有引力大小为( )
A． B．
C． D．
h
R
r=R+h
匀质球可看成质量
集中于球心上的质点
4. (万有引力与重力的关系)假如地球自转速度增大，关于物体的重力，下列说法中正确的是( )
A．放在赤道地面上物体的万有引力不变
B．放在两极地面上物体的重力不变
C．放在赤道地面上物体的重力减小
D．放在两极地面上物体的重力增大
1
2
3
4
与角速度无关
｛
赤道上：
两极上：