(共22张PPT)
日地月系
1
万有引力定律
粤教版必修二第三章第一节
开普勒三大定律
知识回顾
开普勒第一定律——轨道定律
所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上。
开普勒第二定律——面积定律
对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间内扫过相等的面积;
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它的公转周期的二次方的比值都相等.
太阳
行星
=
v
为什么行星会绕太阳如此和谐又有规律地运动？
伽利略：
一切物体都有合并的趋势。
笛卡儿：在行星的周围有旋转的物质(以太）使得行星绕太阳运动。
开普勒：受到了来自太阳的类似与磁力的作用。
胡克:
受到了太阳对它的引力。
重现历史：追逐科学家的脚步
他们是巨人，牛顿是站在巨人的肩上的牛人！
牛顿：物体为什么不沿直线运动呢？
物理中两大类动力学问题：
1.已知力求运动；
2.已知运动求力。
如何简化椭圆轨道的运动？
六大行星轨道数据表
行
星
轨道半长轴
a(106km)
轨道半短轴
b(106km)
水星
57.9
56.7
金星
108.2
108.1
地球
149.6
149.5
火星
227.9
226.9
木星
778.3
777.4
土星
1427.0
1424.8
建立模型
太阳
行星
r
太阳
行星
a
简化
行星绕太阳做匀速圆周运动需要向心力，那么，什么力来提供向心力呢？
太阳对行星的引力提供向心力，那么这个力的大小跟哪些因素有关呢？
F
若已知某行星做匀速圆周运动的轨道半径为r，线速度为v，质量为m。
问题1：行星绕太阳做匀速圆周运动所需要的向心力的表达式是怎样的？
问题探究
：
问题2：天文观测难以直接得到行星运动的线速度v，但可得到行星的公转周期T，线速度v与公转周期T的关系是怎样的？写出用公转周期T表示的向心力的表达式。
消去v
问题3：不同行星的公转周期是不同的，我们想探究的是引力跟太阳与行星间的距离关系，
如何消去周期T?
开普勒第三定律：
消去T
科学探究
消去v
消去T
关系式中m是受力天体还是施力天体的质量？
科学探究
探究1:
太阳对行星的引力
F
F
行星
太阳
F′
既然太阳对行星有引力，那么行星对太阳有无引力？它有怎样的定量关系？
结论一：太阳对行星的引力跟行星的质量成正比，与行星、太阳之间的距离的二次方成反比.
科学探究
探究2:
行星对太阳的引力
F′
类比法
结论二：行星对太阳的引力跟太阳的质量成正比，与行星、太阳之间的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
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
。
结论三:
太阳与行星间引力的大小与太阳的质量、行星的质量成正比，与两者距离的二次方成反比
例1
下列说法正确的是（
）
A.关于天体运动的日心说、地心说都是错误的
B.地球是一颗绕太阳运动的行星
C.地球是宇宙的中心，太阳、月亮及其他行星都绕地球转动
D.太阳是静止不动的，地球和其他行星都在绕太阳转动
A
B
随堂练习
例题2：在探究太阳与行星间的引力过程中有被用到的规律和总结是（
）
A．
牛顿第一定律
B.
牛顿第二定律
C.
牛顿第三定律
D.
开普勒三大定律
ABCD
例3、太阳对行星的引力提供了行星绕太阳做匀速圆周运动的向心力，这个引力(
)
A．就是行星对太阳的引力
B．与行星距太阳间的距离成反比
C．与行星运动的速率的平方成正比
D．与行星距太阳间的距离的平方成反比
D
随堂练习
例题4、两个行星的质量分别为m1和m2，绕太阳运行的轨道半径分别是r1和r2，若它们只受太阳引力的作用，那么这两个行星的向心加速度之比为（
）
A.
1
B.
C.
D.
D
课堂小结
今天我们学到了什么?
古人观点
牛顿思考
理论演算
总结规律
建模
理想化
类比
<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
六、拓展与练习
拓展：
1、为什么是牛顿而非别人发现了万有引力定律？
2、你在以后学习物理的过程中要怎么办？
继承前辈的宝贵遗产
执着探索
敢于创新
作业：
1、预习下一节内容，思考：重力是万有引力吗？地-月检验是怎么一回事？
2、学案课后巩固部分。(共23张PPT)
第一节
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
所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上;
开普勒第二定律——面积定律
对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间内扫过相等的面积;
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它的公转周期的二次方的比值都相等.
猜想与假设
简化模型
提出问题
演绎与推理
行星为什么绕太阳如此和谐而又有规律地做椭圆运动？
简化模型
演绎与推理
猜想与假设
提出问题
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，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。
猜想与假设
演绎与推理
简化模型
提出问题
太阳
行星
r
太阳
行星
a
行星轨道按照“圆”
来处理
建立模型
太阳
Ｍ
行星
ｍ
ｒ
Ｖ
F
猜想与假设
提出问题
简化模型
演绎与推理
F′
方向：沿着太阳与行星间的连线
。
G为比例系数，与太阳、行星无关。
古人观点
牛顿思考
理论演算
总结规律
建模
理想化
类比
<2>地球对苹果的引力能否延伸到很远的地方，会不会作用到月球上？
<1>苹果为什么落回到地面，而不是飞出地球？
<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
1.
万有引力的猜想
“天上”的力和“人间”的力可能出于同一本源，遵循相同的规律
2.
万有引力的检验
——
月—地检验
目的：验证
地球对地面上苹果的引力
地球对月球的引力
遵循
基本思路：1、假设猜想成立，理论推导
2、实际测量
若二者结果一致，则假设成立
反之不成立
假设地球对地面上苹果m果的引力和地球对月球m月的引力都遵循
。已知地球质量为M地,半径为R，月球轨道半径是地球半径的60倍。求：
万有引力定律
(1)理论推导
(1)地球对月球和苹果的引力：
相信自己一定行，认真思考哦
(2)月球和苹果的加速度之比：
已知月球绕地球的公转周期为27.3天，月球与地球的距离3.8×108m，求：
万有引力定律
(2)实际测量
(1)月球绕地球的向心加速度：
相信自己一定行，认真思考哦
(2)月球和苹果的加速度之比：
月-地检验
理论
实
际
月
球
苹
果
a与g关系
地球对地面上物体的引力
地球对月球的引力
太阳对行星的引力
是同一种性质力，
都遵循
大胆设想：
宇宙中的一切物体间都有引力:
验证结论：
（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.
（2）公式：
m1,m2
---两物体的质量，单位kg
r
---两物体间的距离，单位m
G
---比例系数，叫引力常量，适用于任何两个物体，G的国际单位
N·m2/kg2
m1
m2
F
F’
r
3、万有引力定律
卡文迪许扭秤的主要部分是一个轻而坚固的T型架，倒挂在一根金属丝的下端。T形架水平部分的两端各装一个质量是m的小球，T形架的竖直部分装一面小平面镜M，它能把射来的光线反射到刻度尺上，这样就能比较精确地测量金属丝的扭转。
卡文迪许
——引力常量G的测量实验
（3）万有引力定律的检验
1789年，即在牛顿发现万有引力定律一百多年以后，英国物理学家卡文迪许（1731－1810），巧妙地利用扭秤装置，第一次在实验室里比较准确地测出了引力常量.
微小量放大思想
引力常量：G=6.67×10－11
N·m2/kg2
我怎么没感觉……
根据万有引力定律，我们的距离越小，引力就越大，我们接触时引力是无穷大的，这样我们永远都不会分开了
（3）公式
的适用范围：
两个质点间引力大小的计算
m1
m2
F
F’
r
r
为两质点间的距离
r为物体到球心的距离
r为两球心间的距离
（4）对万有引力的理解
普遍性、相互性、宏观性、特殊性
（若两物体间的距离远大于物体本身时，物体可被看做质点，此时公式也成立。）
练习1：一颗人造卫星在地球引力作用下，绕地球做匀速圆周运动，已知地球的质量为M，地球的半径为R，卫星的质量为m，卫星离地面的高度为h，引力常量为G，则地球对卫星的万有引力大小为（
）
万有引力定律
练习题
A.
B.
C.
D.
练习2：对于万有引力定律的表达式
F=G
,下列说法正确的是（
）
万有引力定律
练习题
A.当r趋近于零时，万有引力趋近于无穷大
B.m1与m2受到的引力总是大小相等的，与m1、m2是否相等无关
C.只有当物体的质量大到一定程度时，物体之间才有万有引力
D.牛顿发现了万有引力定律并测出了万有引力常量
万有引力定律
课堂小结
太阳与行星间的引力
万有引力的猜想：
万有引力的检验：
推广：
万有引力定律的检验：
万有引力定律的得出
“天上”的力与“人间”的力是同一种力
月---地检验
宇宙中一切物体间都有引力
引力常量G的测量实验(卡文迪许）
