人教版高一物理必修2 6.3万有引力定律 课件（44张PPT）
文档属性
| 名称 | 人教版高一物理必修2 6.3万有引力定律 课件（44张PPT） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 1.4MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-06-24 05:56:24 | ||
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文档简介
(共44张PPT)
温故知新
上节课我们了解了行星运动的动力学问题，找到了太阳与行星间引力的规律，请同学们回忆一下其具体内容。
太阳对行星的引力与行星的质量成正比，与行星和太阳距离的二次方成反比。
行星对太阳的引力与太阳的质量M成正比，与行星、太阳距离的二次方成反比。
太阳与行星间的引力与太阳的质量、行星的质量成正比，与两者距离的二次方成反比。
G是比例系数，与太阳和行星无关
第三节
万有引力定律
教学目标
了解万有引力定律发现的思路和过程，知道地球上的重物下落与天体运动的统一性．
知道万有引力是一种存在于所有物体之间的吸引力，知道万有引力定律的适用范围．
会用万有引力定律解决简单的引力计算问题，知道万有引力定律公式中r的物理意义，了解引力常量G的测定在科学历史上的重大意义。
了解万有引力定律发现的意义，体会在科学规律发现过程中猜想与求证的重要性。
教学重难点
重点
掌握万有引力定律的建立过程，掌握万有引力定律的内容及表达公式。
难点
1.
对万有引力定律的理解。
2.
使学生能把地面上的物体所受的重力与天体间的引力是同性质的力联系起来。
行星与太阳的引力使得行星不能脱离太远，那又是什么力使得苹果落向地面而不是飞向天空呢？这两种力会不会是同一种力呢？
一
.
万有引力的猜想
在对行星的运动规律作出解释后，牛顿接着设想：地面上的物体被抛出后总要落回地面，这是否也是地球对物体的引力造成的呢？如果地球对物体的引力和太阳对行星的引力是同一种力，离地面越远的物体受到的引力应该越小，但高山上重力似乎没有明显的减弱。
向远处延伸，当物体到达月球的高度时是否会像月球那样绕地球转动？
大胆的猜想
苹果落向地面，月球围绕地球运动，行星围绕太阳运动，他们所受到的力是同一种性质的力，遵循相同的规律。
二
.
月—地检验
假定地面上物体所受的重力和月球所受的向心力是同种性质的力，遵从“平方反比”的规律。
已知，月球轨道半径约为地球半径的60倍，所以月球轨道上一个物体受到的引力应该是它在地面附近时所受引力的
，物体在月球轨道上运行时的加速度应该是重力加速度
的
。
已测定的数据有：
月球与地球之间的距离
月球公转周期T=27.3天，重力加速度
求
解：
数据验证
月—地检验证明了牛顿的大胆设想。
至此，平方反比律已经扩展到太阳与行星间、地球与月球间、地球与地面物体间。
三
.
万有引力定律
既然行星与太阳之间、地球与月球之间，以及地球与地面之间具有“与两个物体的质量成正比，与它们之间距离的二次方成反比”的吸引力，是否任意两个物体之间都有这样的力呢？
把以上结论推广到宇宙中的一切物体之间，就得到了著名的万有引力定律——
自然界中任何两个物体都相互吸引，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，即
单位：质量（kg）；距离（m）；力（N）；引力常量G的标准值为
6.67259×10-11N·m2/kg2
通常取
6.67×10-11N·m2/kg2.
对万有引力定律的理解
万有引力的普遍性：万有引力不仅存在于星球间，任何客观存在的有质量的物体之间都存在这种相互吸引的力。
万有引力的相互性：两个物体相互作用的引力是一对作用力和反作用力，它们大小相等，方向相反，分别作用于两个物体上。
对万有引力定律的理解
万有引力的宏观性：在通常情况下，万有引力非常小，只有在质量巨大的星球间或天体与天体附近的物体间，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，不考虑地面物体对地球的万有引力，只考虑地球对地面物体的引力。
万有引力的特殊性：两物体间的万有引力只与他们本身的质量有关，与它们间的距离有关，而与所在空间的性质无关，也与周围有无其他物体无关。
万有引力定律的适用条件
严格讲，只适用于质点间的引力计算，而当两物体间距离远远大于物体的尺寸时，物体可看作质点。
特别地，当两物体是质量分布均匀的球体，又不能看作质点时，它们间的引力计算时，r取球心间距离。
（一种方法）当研究物体不能看作质点时，可以把物体假想分割成无数个质点，求出每个质点受到的引力，然后求合力。
重力就是万有引力吗
物体在赤道上随地球做圆周运动，合外力提供向心力。
我们知道静止在地面上的物体
可见，重力只是物体所受万有引力的一个分力，只是由于另一个分力F向特别小，所以一般近似认为地球表面（附近）上的物体，所受重力等于万有引力。
四
.
引力常量的测定
1789年，英国物理学家卡文迪许（H.Cavendish）利用扭秤，成功地测出了引力常量G的数值，证明了万有引力定律的正确。
卡文迪许解决问题的思路是，将不易观察的微小变化量，转化为容易观察的显著变化量，再根据显著变化量与微小量的关系算出微小的变化量。
扭秤装置
T形架
金属丝
平面镜
光源
刻度尺
扭秤实验的物理思想和科学方法
1、扭秤装置把微小力转变成力矩来反映；
2、扭秤装置把扭转角度又通过光标的移动
放大的思想方法
实验结果：
G
=
6.67×10-11
N
m2/kg2
G
值的物理含义：
两个质量为
1
kg
的物体相距
1
m时，它们之间万有引力为
6.67×10-11
N
卡文迪许扭称实验的意义：
(1)
证明了万有引力的存在，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。
扭秤实验测定结果和意义
课堂练习
1
.对于质量为
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.
所受引力大小总是相等的
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
分析
由基本概念，万有引力定律及其适用条件逐项判断。
引力常量G值是由英国物理学家卡文迪许运用巧妙的实验第一次测定出来的，所以选项A正确，两个物体间的万有引力是一对作用力与反作用力，它们总是大小相等，方向相反，分别作用于两个物体上，所以C选项正确。
2.
把太阳系各行星的运动近似看作匀速圆周运动，则离太阳越远的行星为
（
）
A.
周期越小
BCD
B.线速度越小
C.角速度越小
D.加速度越小
分析:
本题考察太阳对行星的引力决定了行星的运动，行星绕太阳做匀速圆周运动所需的向心力由太阳对行星的万有引力提供。
3.
下列事例中，万有引力起决定作用的是（
）
A.
地球总是不停地绕太阳运动
B.
地球周围存在着稠密的大气，它们不会发散到太空中去
C.
成千上万个恒星聚集在一起，形成银河系的球状星团
D.
很难把一块铁折断阳越远的行星周期越大
ABC
解析
星体的运行所需的向心力是由万有引力来提供的，万有引力普遍存在于一切物体之间，故ABC正确。一块铁难折断是由于电磁力的作用，故D错误。
分析
地球表面处的一个物体，由万有引力定律可表示出它受到的万有引力的大小，同时此力的大小可看成等于该物体所受的重力mg，这样再将地球的体积
代入，即可表示出地球的密度。
4.
1789年英国著名物理学家卡文迪许首先估算了地球的平均密度，根据你所学过的物理知识，能否知道地球密度的大小？
解：设质量为m的物体在地球表面所受的重力为mg，则有：
已知：
所以：
说明
通常情况下，物体在地表附近或者离地高度远小于地球半径，不管这些物体处于何种状态，都认为万有引力大小等于重力。但有两种情况必须加以区别：一是从细微之处分析重力与万有引力大小的关系；二是物体离地面高度与地球半径相比不能忽略的情况。
课堂小结
1
.万有引力的猜想
牛顿设想，地球与月球的力、地球与地面物体的力以及行星与太阳的作用力是同种性质的力，都遵循“平方反比”规律。
2
.月—地检验
通过对地球与月球之间实际数据的计算验证了牛顿的猜想。
自然界中任何两个物体都相互吸引，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，即
3.
万有引力定律
4.
引力常量的测定
1789年，英国物理学家卡文迪许利用扭秤，成功地测出了引力常量G的数值G
=
6.67×10-11
N
m2/kg2
1.
答：假设两个人的质量都为60kg，相距1m，则他们之间的万有引力可估算：
这样小的力我们是无法察觉的，所以我们通常分析物体受力时不需要考虑物体间的万有引力。
说明：两个人相距1m时不能把人看成质点，即不能简单套用万有引力公式，因此上面的计算是一种估算。
教材习题
2.
解：根据万有引力定律
F
可见天体之间的万有引力是很大的。
3.
解：
F
高考链接
1.（08高考）已知太阳到地球与地球到月球的距离的比值约为390，月球绕地球旋转的周期约为27天.利用上述数据以及日常的天文知识，可估算出太阳对月球与地球对月球的万有引力的比值约为（
）
A.
0.2
B.
2
C.
20
D.
200
B
2.（09福建）“嫦娥一号”月球探测器在环绕月球运行过程中，设探测器运行的轨道半径为r，运行速率为v，当探测器在飞越月球上一些环形山中的质量密集区上空时（
）
A.
r、v都将略为减小
B.
r、v都将保持不变
C.
r将略为减小，v将略为增大
D.
r将略为增大，v将略为减小
C
3.（09浙江）在讨论地球潮汐成因时，地球绕太阳运行轨道与月球绕地球运行轨道可视为圆轨道。已知太阳质量约为月球质量的2.7×１０７倍，地球绕太阳运行的轨道半径约为月球绕地球运行的轨道半径的４００倍。关于太阳和月球对地球上相同质量海水的引力，以下说法正确的是
Ａ.
太阳引力远大于月球引力
B.
太阳引力与月球引力相差不大
C.
月球对不同区域海水的吸引力大小相等
D.
月球对不同区域海水的吸引力大小有差异
AD
（ ）
4.（09重庆）据报道，“嫦娥一号”和“嫦娥二号”绕月飞行器的圆形工作轨道距月球表面分别约为200km和100km，运行速率分别为v1和v2，那么v1和v2的值为（月球半径取1700km)（
）
C
温故知新
上节课我们了解了行星运动的动力学问题，找到了太阳与行星间引力的规律，请同学们回忆一下其具体内容。
太阳对行星的引力与行星的质量成正比，与行星和太阳距离的二次方成反比。
行星对太阳的引力与太阳的质量M成正比，与行星、太阳距离的二次方成反比。
太阳与行星间的引力与太阳的质量、行星的质量成正比，与两者距离的二次方成反比。
G是比例系数，与太阳和行星无关
第三节
万有引力定律
教学目标
了解万有引力定律发现的思路和过程，知道地球上的重物下落与天体运动的统一性．
知道万有引力是一种存在于所有物体之间的吸引力，知道万有引力定律的适用范围．
会用万有引力定律解决简单的引力计算问题，知道万有引力定律公式中r的物理意义，了解引力常量G的测定在科学历史上的重大意义。
了解万有引力定律发现的意义，体会在科学规律发现过程中猜想与求证的重要性。
教学重难点
重点
掌握万有引力定律的建立过程，掌握万有引力定律的内容及表达公式。
难点
1.
对万有引力定律的理解。
2.
使学生能把地面上的物体所受的重力与天体间的引力是同性质的力联系起来。
行星与太阳的引力使得行星不能脱离太远，那又是什么力使得苹果落向地面而不是飞向天空呢？这两种力会不会是同一种力呢？
一
.
万有引力的猜想
在对行星的运动规律作出解释后，牛顿接着设想：地面上的物体被抛出后总要落回地面，这是否也是地球对物体的引力造成的呢？如果地球对物体的引力和太阳对行星的引力是同一种力，离地面越远的物体受到的引力应该越小，但高山上重力似乎没有明显的减弱。
向远处延伸，当物体到达月球的高度时是否会像月球那样绕地球转动？
大胆的猜想
苹果落向地面，月球围绕地球运动，行星围绕太阳运动，他们所受到的力是同一种性质的力，遵循相同的规律。
二
.
月—地检验
假定地面上物体所受的重力和月球所受的向心力是同种性质的力，遵从“平方反比”的规律。
已知，月球轨道半径约为地球半径的60倍，所以月球轨道上一个物体受到的引力应该是它在地面附近时所受引力的
，物体在月球轨道上运行时的加速度应该是重力加速度
的
。
已测定的数据有：
月球与地球之间的距离
月球公转周期T=27.3天，重力加速度
求
解：
数据验证
月—地检验证明了牛顿的大胆设想。
至此，平方反比律已经扩展到太阳与行星间、地球与月球间、地球与地面物体间。
三
.
万有引力定律
既然行星与太阳之间、地球与月球之间，以及地球与地面之间具有“与两个物体的质量成正比，与它们之间距离的二次方成反比”的吸引力，是否任意两个物体之间都有这样的力呢？
把以上结论推广到宇宙中的一切物体之间，就得到了著名的万有引力定律——
自然界中任何两个物体都相互吸引，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，即
单位：质量（kg）；距离（m）；力（N）；引力常量G的标准值为
6.67259×10-11N·m2/kg2
通常取
6.67×10-11N·m2/kg2.
对万有引力定律的理解
万有引力的普遍性：万有引力不仅存在于星球间，任何客观存在的有质量的物体之间都存在这种相互吸引的力。
万有引力的相互性：两个物体相互作用的引力是一对作用力和反作用力，它们大小相等，方向相反，分别作用于两个物体上。
对万有引力定律的理解
万有引力的宏观性：在通常情况下，万有引力非常小，只有在质量巨大的星球间或天体与天体附近的物体间，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，不考虑地面物体对地球的万有引力，只考虑地球对地面物体的引力。
万有引力的特殊性：两物体间的万有引力只与他们本身的质量有关，与它们间的距离有关，而与所在空间的性质无关，也与周围有无其他物体无关。
万有引力定律的适用条件
严格讲，只适用于质点间的引力计算，而当两物体间距离远远大于物体的尺寸时，物体可看作质点。
特别地，当两物体是质量分布均匀的球体，又不能看作质点时，它们间的引力计算时，r取球心间距离。
（一种方法）当研究物体不能看作质点时，可以把物体假想分割成无数个质点，求出每个质点受到的引力，然后求合力。
重力就是万有引力吗
物体在赤道上随地球做圆周运动，合外力提供向心力。
我们知道静止在地面上的物体
可见，重力只是物体所受万有引力的一个分力，只是由于另一个分力F向特别小，所以一般近似认为地球表面（附近）上的物体，所受重力等于万有引力。
四
.
引力常量的测定
1789年，英国物理学家卡文迪许（H.Cavendish）利用扭秤，成功地测出了引力常量G的数值，证明了万有引力定律的正确。
卡文迪许解决问题的思路是，将不易观察的微小变化量，转化为容易观察的显著变化量，再根据显著变化量与微小量的关系算出微小的变化量。
扭秤装置
T形架
金属丝
平面镜
光源
刻度尺
扭秤实验的物理思想和科学方法
1、扭秤装置把微小力转变成力矩来反映；
2、扭秤装置把扭转角度又通过光标的移动
放大的思想方法
实验结果：
G
=
6.67×10-11
N
m2/kg2
G
值的物理含义：
两个质量为
1
kg
的物体相距
1
m时，它们之间万有引力为
6.67×10-11
N
卡文迪许扭称实验的意义：
(1)
证明了万有引力的存在，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。
扭秤实验测定结果和意义
课堂练习
1
.对于质量为
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.
所受引力大小总是相等的
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
分析
由基本概念，万有引力定律及其适用条件逐项判断。
引力常量G值是由英国物理学家卡文迪许运用巧妙的实验第一次测定出来的，所以选项A正确，两个物体间的万有引力是一对作用力与反作用力，它们总是大小相等，方向相反，分别作用于两个物体上，所以C选项正确。
2.
把太阳系各行星的运动近似看作匀速圆周运动，则离太阳越远的行星为
（
）
A.
周期越小
BCD
B.线速度越小
C.角速度越小
D.加速度越小
分析:
本题考察太阳对行星的引力决定了行星的运动，行星绕太阳做匀速圆周运动所需的向心力由太阳对行星的万有引力提供。
3.
下列事例中，万有引力起决定作用的是（
）
A.
地球总是不停地绕太阳运动
B.
地球周围存在着稠密的大气，它们不会发散到太空中去
C.
成千上万个恒星聚集在一起，形成银河系的球状星团
D.
很难把一块铁折断阳越远的行星周期越大
ABC
解析
星体的运行所需的向心力是由万有引力来提供的，万有引力普遍存在于一切物体之间，故ABC正确。一块铁难折断是由于电磁力的作用，故D错误。
分析
地球表面处的一个物体，由万有引力定律可表示出它受到的万有引力的大小，同时此力的大小可看成等于该物体所受的重力mg，这样再将地球的体积
代入，即可表示出地球的密度。
4.
1789年英国著名物理学家卡文迪许首先估算了地球的平均密度，根据你所学过的物理知识，能否知道地球密度的大小？
解：设质量为m的物体在地球表面所受的重力为mg，则有：
已知：
所以：
说明
通常情况下，物体在地表附近或者离地高度远小于地球半径，不管这些物体处于何种状态，都认为万有引力大小等于重力。但有两种情况必须加以区别：一是从细微之处分析重力与万有引力大小的关系；二是物体离地面高度与地球半径相比不能忽略的情况。
课堂小结
1
.万有引力的猜想
牛顿设想，地球与月球的力、地球与地面物体的力以及行星与太阳的作用力是同种性质的力，都遵循“平方反比”规律。
2
.月—地检验
通过对地球与月球之间实际数据的计算验证了牛顿的猜想。
自然界中任何两个物体都相互吸引，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，即
3.
万有引力定律
4.
引力常量的测定
1789年，英国物理学家卡文迪许利用扭秤，成功地测出了引力常量G的数值G
=
6.67×10-11
N
m2/kg2
1.
答：假设两个人的质量都为60kg，相距1m，则他们之间的万有引力可估算：
这样小的力我们是无法察觉的，所以我们通常分析物体受力时不需要考虑物体间的万有引力。
说明：两个人相距1m时不能把人看成质点，即不能简单套用万有引力公式，因此上面的计算是一种估算。
教材习题
2.
解：根据万有引力定律
F
可见天体之间的万有引力是很大的。
3.
解：
F
高考链接
1.（08高考）已知太阳到地球与地球到月球的距离的比值约为390，月球绕地球旋转的周期约为27天.利用上述数据以及日常的天文知识，可估算出太阳对月球与地球对月球的万有引力的比值约为（
）
A.
0.2
B.
2
C.
20
D.
200
B
2.（09福建）“嫦娥一号”月球探测器在环绕月球运行过程中，设探测器运行的轨道半径为r，运行速率为v，当探测器在飞越月球上一些环形山中的质量密集区上空时（
）
A.
r、v都将略为减小
B.
r、v都将保持不变
C.
r将略为减小，v将略为增大
D.
r将略为增大，v将略为减小
C
3.（09浙江）在讨论地球潮汐成因时，地球绕太阳运行轨道与月球绕地球运行轨道可视为圆轨道。已知太阳质量约为月球质量的2.7×１０７倍，地球绕太阳运行的轨道半径约为月球绕地球运行的轨道半径的４００倍。关于太阳和月球对地球上相同质量海水的引力，以下说法正确的是
Ａ.
太阳引力远大于月球引力
B.
太阳引力与月球引力相差不大
C.
月球对不同区域海水的吸引力大小相等
D.
月球对不同区域海水的吸引力大小有差异
AD
（ ）
4.（09重庆）据报道，“嫦娥一号”和“嫦娥二号”绕月飞行器的圆形工作轨道距月球表面分别约为200km和100km，运行速率分别为v1和v2，那么v1和v2的值为（月球半径取1700km)（
）
C