6.3 万有引力定律 学案全集（人教必修2）
文档属性
| 名称 | 6.3 万有引力定律 学案全集（人教必修2） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 55.6KB | ||
| 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 | 2012-03-19 14:39:10 | ||
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文档简介
6．3 万有引力定律
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一、牛顿的“月——地”检验
1．检验的目的：地球对月亮的力，地球对地面上物体的力，太阳对行星的力，是否是同一种力
2．基本思路：
如果是同一种力，则地面上物体的重力G∝，月球受到地球的力。
又因为地面上物体的重力产生的加速度为g，地球对月球的力提供月球作圆周运动的向心力，产生的向心加速度，有。
所以可得到：
又知月心到地心的距离是地球半径的60倍，即r=60R，则有
m/s2
3．检验的过程：
牛顿时代已测得月球到地球的距离r月地= 3.8×108 m，月球的公转周期T=27.3天，地球表面的重力加速度g=9.8 m／s2，则月球绕地球运动的向心加速度：
(字母表达式)
(数字表达式)
(结果)
4．检验的结果： 。
二、万有引力定律
1．内容：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，与它们之间的距离r的二次方成反比，引力的方向 。
2．表达式：
式中质量的单位用kg；距离的单位用m；G叫引力常量，最早由英国物理学家卡文迪许在实验室中通过对几个铅球之间万有引力的测量，比较准确的得出了G的数值，通常取G=6.67×10-11N·m2／kg2，其意义是 。
3．万有引力的普遍性：万有引力不但存在于行星和太阳之间，也存在于宇宙中的任何天体之间。但地球上的物体，由于物体间的万有引力远小于物体的重力，所以人们很难感受或观察到，往往忽略物体间的万有引力。
4．适用条件：
(1)万有引力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时，物体可视为质点。
(3)两个质量分布均匀的球体间可用万有引力公式求解，式中r即两球心之间的距离；一个质量分布均匀的球体与球外一质点之间的万有引力亦可用公式求解，r即质点到球心的距离。
精讲精练
知识点1 万有引力公式的理解
[例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是恒量，是实验测定的，而不是人为规定的
B．当r趋于零时，万有引力趋于无穷大
C．与受到的引力总是大小相等、方向相反，是一对作用力和反作用力
D．与受到的引力大小相等、方向相反，是一对平衡力
知识点2 万有引力公式的应用
[例2] 火星半径是地球半径的一半，火星质量约为地球质量的1/9。那么地球表面质量为50 kg的人受到地球的吸引力约为火星表面同质量物体受到火星引力的多少倍
教材补充
卡文迪许实验
在牛顿发现万有引力定律100年后，英国物理学家卡文迪许（H.Cavendish）于1789年巧妙地利用扭秤测出了引力常量。卡文迪许的实验装置如图所示。
在一根金属丝下倒挂着一个T形架，架的水平横梁两端各装一个质量为m的小球，T形架的竖直部分装有一面小平面镜，两个小球由于受到质量均为M的两个大球的吸引而转动，使金属丝发生扭转.当吸引力的力矩跟金属丝的扭转力矩平衡时，T形架停止不动.根据平面镜反射的光点在标尺上移动的距离可算出金属丝的扭转角度，结合事先测定的金属丝扭转角度跟扭转力矩的关系，就可以算出扭转力矩，从而算出引力F和引力常量。卡文迪许测定的引力常量G=6.754×10-11 N·m2/kg2。在以后的八九十年间，竟无人超过他的测量精度。
引力常量的测定是验证万有引力定律的一个重要实验，它使万有引力定律有了真正的实用价值。
卡文迪许把他的这个实验说成是“称地球的重量”（应该是“称地球的质量”）。有了G值后，我们还可以“称”出太阳或其他星球的质量。
学海泛舟
1．月—地检验的结果说明 （ ）
A．地面物体所受地球的引力与月球所受地球的引力是同一种性质力
B．地面物体所受地球的引力与月球所受地球的引力不是同一种类型的力
C．地面物体所受地球的引力只与物体质量有关，与地球质量无关
D．月球所受地球的引力除与月球质量有关外，还与地球质量有关
2．下列说法中正确的是 （ ）
A．万有引力定律是卡文迪许发现的
B．卡文迪许扭秤是用来验证万有引力定律是否正确的
C．被人们称为“能称出地球质量的人”是牛顿
D．万有引力常量是一个有单位的常量
3．两大小相同的实心小铁球紧靠在一起，它们之间的万有引力为F，若两个半径是小铁球2倍的实心大铁球紧靠在一起，则它们之间的万有引力为 （ ）
A．2F B．4F
C．8F D．16F
4．已知地球半径为R，将一物体从地面移到离地面高h处时，物体所受万有引力减少到原来的一半，则h为 （ ）
A．R B．2R
C．R D．（-1）R
5．两个质量均为M的星体．其连线的垂直平分线为AB，0为两星体连线的中点，如图所示，一质量为M的物体从0沿OA方向运动，则它受到的两星体万有引力的合力大小变化情况是 ( )
A．一直增大 B．一直减小
C．先减小，后增大 D．先增大，后减小
1．下列关于万有引力定律的说法正确的是 ( )
Ａ．万有引力定律是牛顿发现的
Ｂ． 中的G是一个比例常数,是有单位的
Ｃ．万有引力定律适用于质点间的相互作用
Ｄ．两个质量分布均匀的分离的球体之间的相互作用力也可以用来计算,r是两球体球心的距离
2．设想人类开发月球，不断把月球上的矿藏搬运到地球上，假定经过长时间开采后，地球仍可看作是均匀的球体，月球仍沿开采前的圆周轨道运动，则与开采前比( )
A．地球与月球间的万有引力将变大
B．地球与月球间的万有引力将变小
C．地球与月球间的万有引力将不变
D．无法确定
3．据报道，最近在太阳系外发现了首颗“宜居”行星，其质量约为地球质量的6.4倍,一个在地球表面质量为600N的人在这个行星表面的质量将变为960N。由此可推知,该行星的半径与地球半径比为 ( )
A．1：2 B．2：1
C．3：2 D．4：1
4．宇宙飞船正在离地面高地的轨道上做匀速圆周运动，飞船内一弹簧测力计下悬挂一质量为m的重物，g为地面处的重力加速度，则弹簧测力计的读数为（ ）
A．mg B．mg/2
C．mg/3 D．0
5．两颗卫星在同一轨道平面内绕地球做匀速圆周运动，地球半径为R，a卫星离地面高度等于R，b卫星离地面高度为3R。则：(1)两卫星周期之比为多少
(2)若某时刻两颗卫星恰好同时通过地面同一点的正上方，则a至少经过多少个周期两个卫星相距最远
6．3 万有引力定律
精讲精练
[例1] [思路分析] 由基本概念、万有引力定律及其应用条件判断。引力常量G值是由英国物理学家卡文迪许运用扭秤实验测量出来的，所以A正确；当r趋于零时，此公式不能直接应用，所以直接应用公式得到的万有引力趋于无穷大是错误的，所以B错；两个物体之间的万有引力是一对作用力和反作用力，它们总是大小相等、方向相反，分别作用在两个物体上．所以C正确。
答案：AC
[例2] [思路分析] 设火星质量为M1，地球质量为M2，火星半径为r1，地球半径为r2，则有万有引力定律得：
即人所受地球的吸引力约为火星表面同质量物体所受火星吸引力的2.25倍。
课内训练
1．AD
2．D
3．D
4．D
5．D
课外探究
1．ABCD
2．B
3．B
4．D
5（1）
（2）若同向转动
若反向转动
课 内 训 练
课 外 探 究
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一、牛顿的“月——地”检验
1．检验的目的：地球对月亮的力，地球对地面上物体的力，太阳对行星的力，是否是同一种力
2．基本思路：
如果是同一种力，则地面上物体的重力G∝，月球受到地球的力。
又因为地面上物体的重力产生的加速度为g，地球对月球的力提供月球作圆周运动的向心力，产生的向心加速度，有。
所以可得到：
又知月心到地心的距离是地球半径的60倍，即r=60R，则有
m/s2
3．检验的过程：
牛顿时代已测得月球到地球的距离r月地= 3.8×108 m，月球的公转周期T=27.3天，地球表面的重力加速度g=9.8 m／s2，则月球绕地球运动的向心加速度：
(字母表达式)
(数字表达式)
(结果)
4．检验的结果： 。
二、万有引力定律
1．内容：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，与它们之间的距离r的二次方成反比，引力的方向 。
2．表达式：
式中质量的单位用kg；距离的单位用m；G叫引力常量，最早由英国物理学家卡文迪许在实验室中通过对几个铅球之间万有引力的测量，比较准确的得出了G的数值，通常取G=6.67×10-11N·m2／kg2，其意义是 。
3．万有引力的普遍性：万有引力不但存在于行星和太阳之间，也存在于宇宙中的任何天体之间。但地球上的物体，由于物体间的万有引力远小于物体的重力，所以人们很难感受或观察到，往往忽略物体间的万有引力。
4．适用条件：
(1)万有引力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时，物体可视为质点。
(3)两个质量分布均匀的球体间可用万有引力公式求解，式中r即两球心之间的距离；一个质量分布均匀的球体与球外一质点之间的万有引力亦可用公式求解，r即质点到球心的距离。
精讲精练
知识点1 万有引力公式的理解
[例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是恒量，是实验测定的，而不是人为规定的
B．当r趋于零时，万有引力趋于无穷大
C．与受到的引力总是大小相等、方向相反，是一对作用力和反作用力
D．与受到的引力大小相等、方向相反，是一对平衡力
知识点2 万有引力公式的应用
[例2] 火星半径是地球半径的一半，火星质量约为地球质量的1/9。那么地球表面质量为50 kg的人受到地球的吸引力约为火星表面同质量物体受到火星引力的多少倍
教材补充
卡文迪许实验
在牛顿发现万有引力定律100年后，英国物理学家卡文迪许（H.Cavendish）于1789年巧妙地利用扭秤测出了引力常量。卡文迪许的实验装置如图所示。
在一根金属丝下倒挂着一个T形架，架的水平横梁两端各装一个质量为m的小球，T形架的竖直部分装有一面小平面镜，两个小球由于受到质量均为M的两个大球的吸引而转动，使金属丝发生扭转.当吸引力的力矩跟金属丝的扭转力矩平衡时，T形架停止不动.根据平面镜反射的光点在标尺上移动的距离可算出金属丝的扭转角度，结合事先测定的金属丝扭转角度跟扭转力矩的关系，就可以算出扭转力矩，从而算出引力F和引力常量。卡文迪许测定的引力常量G=6.754×10-11 N·m2/kg2。在以后的八九十年间，竟无人超过他的测量精度。
引力常量的测定是验证万有引力定律的一个重要实验，它使万有引力定律有了真正的实用价值。
卡文迪许把他的这个实验说成是“称地球的重量”（应该是“称地球的质量”）。有了G值后，我们还可以“称”出太阳或其他星球的质量。
学海泛舟
1．月—地检验的结果说明 （ ）
A．地面物体所受地球的引力与月球所受地球的引力是同一种性质力
B．地面物体所受地球的引力与月球所受地球的引力不是同一种类型的力
C．地面物体所受地球的引力只与物体质量有关，与地球质量无关
D．月球所受地球的引力除与月球质量有关外，还与地球质量有关
2．下列说法中正确的是 （ ）
A．万有引力定律是卡文迪许发现的
B．卡文迪许扭秤是用来验证万有引力定律是否正确的
C．被人们称为“能称出地球质量的人”是牛顿
D．万有引力常量是一个有单位的常量
3．两大小相同的实心小铁球紧靠在一起，它们之间的万有引力为F，若两个半径是小铁球2倍的实心大铁球紧靠在一起，则它们之间的万有引力为 （ ）
A．2F B．4F
C．8F D．16F
4．已知地球半径为R，将一物体从地面移到离地面高h处时，物体所受万有引力减少到原来的一半，则h为 （ ）
A．R B．2R
C．R D．（-1）R
5．两个质量均为M的星体．其连线的垂直平分线为AB，0为两星体连线的中点，如图所示，一质量为M的物体从0沿OA方向运动，则它受到的两星体万有引力的合力大小变化情况是 ( )
A．一直增大 B．一直减小
C．先减小，后增大 D．先增大，后减小
1．下列关于万有引力定律的说法正确的是 ( )
Ａ．万有引力定律是牛顿发现的
Ｂ． 中的G是一个比例常数,是有单位的
Ｃ．万有引力定律适用于质点间的相互作用
Ｄ．两个质量分布均匀的分离的球体之间的相互作用力也可以用来计算,r是两球体球心的距离
2．设想人类开发月球，不断把月球上的矿藏搬运到地球上，假定经过长时间开采后，地球仍可看作是均匀的球体，月球仍沿开采前的圆周轨道运动，则与开采前比( )
A．地球与月球间的万有引力将变大
B．地球与月球间的万有引力将变小
C．地球与月球间的万有引力将不变
D．无法确定
3．据报道，最近在太阳系外发现了首颗“宜居”行星，其质量约为地球质量的6.4倍,一个在地球表面质量为600N的人在这个行星表面的质量将变为960N。由此可推知,该行星的半径与地球半径比为 ( )
A．1：2 B．2：1
C．3：2 D．4：1
4．宇宙飞船正在离地面高地的轨道上做匀速圆周运动，飞船内一弹簧测力计下悬挂一质量为m的重物，g为地面处的重力加速度，则弹簧测力计的读数为（ ）
A．mg B．mg/2
C．mg/3 D．0
5．两颗卫星在同一轨道平面内绕地球做匀速圆周运动，地球半径为R，a卫星离地面高度等于R，b卫星离地面高度为3R。则：(1)两卫星周期之比为多少
(2)若某时刻两颗卫星恰好同时通过地面同一点的正上方，则a至少经过多少个周期两个卫星相距最远
6．3 万有引力定律
精讲精练
[例1] [思路分析] 由基本概念、万有引力定律及其应用条件判断。引力常量G值是由英国物理学家卡文迪许运用扭秤实验测量出来的，所以A正确；当r趋于零时，此公式不能直接应用，所以直接应用公式得到的万有引力趋于无穷大是错误的，所以B错；两个物体之间的万有引力是一对作用力和反作用力，它们总是大小相等、方向相反，分别作用在两个物体上．所以C正确。
答案：AC
[例2] [思路分析] 设火星质量为M1，地球质量为M2，火星半径为r1，地球半径为r2，则有万有引力定律得：
即人所受地球的吸引力约为火星表面同质量物体所受火星吸引力的2.25倍。
课内训练
1．AD
2．D
3．D
4．D
5．D
课外探究
1．ABCD
2．B
3．B
4．D
5（1）
（2）若同向转动
若反向转动
课 内 训 练
课 外 探 究