教科版必修二 3.2萬有引力定律 課件（46張）.ppt

3 2萬有引力定律 newton slawofuniversalgravitation 一 學(xué)習(xí)目標 1 了解萬有引力得出的思路和過程2 了解引力常量的測定方法及內(nèi)涵3 掌握萬有引力定律計算引力的方法 二 新課引入 1666年夏末一個溫暖的夜晚 在英格蘭林肯郡烏爾斯索普 一個腋下夾著一本書的年輕人走進他母親的花園 坐在一棵樹下 開始埋頭讀書 當他翻動書頁時 他頭頂?shù)臉渲χ杏袠訓(xùn)|西晃動起來 一個歷史上最著名的蘋果落了下來 正好打在23歲的牛頓頭上 恰巧在這天 牛頓正苦苦思考著一個問題 為什么這個打中他腦袋的蘋果會墜落到地上 正是從思考這一問題開始 他找到了這些問題的答案 萬有引力定律 蘋果不離開地球 是否也是由于地球?qū)μO果的引力造成的 地球?qū)μO果的引力和太陽對行星的引力是否根本就是同一種力呢 天上 的力與 人間 的力是否是同一種性質(zhì)的力 牛頓的思考 三 合作探究 問題探究 1 月 地檢驗的目的是什么 2 月 地檢驗的驗證原理是怎樣的 3 如何進行驗證 月地檢驗 檢驗?zāi)康?地球和月球之間的吸引力是否與地球吸引蘋果的力為同一種力 檢驗原理 根據(jù)牛頓第二定律 知 討論 根據(jù)下列是當時可以測量的數(shù)據(jù) 如何證明月亮受力滿足 平方反比 的關(guān)系 地表重力加速度 g 9 8m s2地球半徑 r 6400 103m月亮周期 t 27 3天 2 36 106s月亮軌道半徑 r 60r 3 84 108m 計算驗證 牛頓的月地檢驗 計算結(jié)果 月地檢驗 根據(jù)向心加速度公式 有 2 72 10 3m s2 即 驗證成功 數(shù)據(jù)表明 地面物體所受地球的引力 月球所受地球的引力 與太陽 行星間的引力本質(zhì)是同一種力 真的遵從相同的規(guī)律 思考 是否宇宙中任意兩個物體之間都有這樣的力呢 人與人之間也有這樣的力嗎 問題探究 推導(dǎo)萬有引力公式 如果認為行星繞太陽作勻速圓周運動 那么 行星受到的太陽的引力來充當向心力 其中m為行星質(zhì)量 r為行星軌道半徑 即太陽與行星的距離 也就是說 太陽對行星的引力正比于行星的質(zhì)量而反比于太陽與行星的距離的平方 而此時牛頓已經(jīng)得到他的第三定律 即作用力等于反作用力 用在這里 就是行星對太陽也有引力 同時 太陽也不是一個特殊物體 它和行星之間的引力也應(yīng)和自己的質(zhì)量m成正比 即 綜合上述結(jié)論可知 太陽與行星之間的引力 與它們質(zhì)量的乘積成正比 與它們距離的平方成反比 這就是牛頓的萬有引力定律 寫成公式為 1 定律內(nèi)容 自然界任何兩個物體都是相互吸引的 引力的大小跟這兩個物體的質(zhì)量的乘積成正比 跟它們的距離的二次方成反比 2 公式 3 方向 沿兩物體間的連線 萬有引力定律 4 萬有引力定律適用的條件 嚴格地說 萬有引力定律只適用于質(zhì)點的相互作用 兩個質(zhì)量分布均勻的球體或球殼間的相互作用 也可用萬有引力定律計算 其中r是兩個球體或球殼的球心間的距離 如果兩個物體間的距離遠遠大于物體本身的大小時 物體可看成質(zhì)點 公式可近似適用 其中r為兩物體質(zhì)心間的距離 例題 1 如圖所示 r雖大于兩球的半徑 但兩球的半徑不能忽略 而球的質(zhì)量分布均勻 大小分別為m1與m2 則兩球間萬有引力的大小為 a b c d 答案 d 討論 如圖所示 一位果農(nóng)挑著兩筐質(zhì)量均為30kg的蘋果 設(shè)兩筐蘋果質(zhì)心間的距離為2m 請用萬有引力定律計算它們之間的萬有引力 g取6 67 10 11n m2 kg2 答案 1 5 10 8n 1 萬有引力的普遍性 萬有引力不僅存在于星球間 任何客觀存在的有質(zhì)量的物體之間都存在著這種相互吸引力 2 萬有引力的相互性 兩個物體相互作用的引力是一對作用力和反作用力 它們大小相等 方向相反 分別作用在兩個物體上 3 萬有引力的宏觀性 在通常情況下 萬有引力非常小 只有在質(zhì)量巨大的星球間或天體與天體附近的物體間 它的存在才有實際的物理意義 故在分析地球表面物體受力時 不考慮其他物體對它的萬有引力 4 萬有引力的特殊性 兩個物體間的萬有引力只與它們本身的質(zhì)量有關(guān) 與它們之間的距離有關(guān) 而與所在空間的性質(zhì)無關(guān) 例題 2 你能立即回答出你對地球的引力是多大嗎 假設(shè)你身體的質(zhì)量是60kg 解析 我對地球的引力大小等于我的體重588n 因為體重為mg 60 9 8n 588n 而我的體重即我所受的重力 近似等于地球?qū)ξ业囊?又根據(jù)牛頓第三定律知 地球?qū)ξ业囊臀覍Φ厍虻囊κ且粚ψ饔昧εc反作用力 大小應(yīng)當相等 所以 我對地球的引力等于我的體重588n 答案 588n 思考 我們?nèi)伺c人之間也應(yīng)該存在萬有引力 可是為什么我們感受不到呢 舉例估算兩個質(zhì)量50kg的同學(xué)相距0 5m時之間的萬有引力約有多大 6 67 10 7n 是一粒芝麻重的幾千分之一 這么小的力人根本無法察覺到 解 1 引力常量的測量 思考 對于一個十分微小的物理量該采用什么方法測量 科學(xué)方法 放大法 實驗數(shù)據(jù)g值為6 67 10 11nm2 kg2g值的物理含義 兩個質(zhì)量為1kg的物體相距1m時 它們之間萬有引力為6 67 10 11n 卡文迪許扭稱實驗的意義 證明了萬有引力的存在 使萬有引力定律進入了真正實用的時代 開創(chuàng)了微小量測量的先河 使科學(xué)放大思想得到推廣 歲的劍橋 牛頓工作的地方 三一學(xué)院 卡文迪許實驗室 卡文迪許實驗室的座右銘 物體的重力并不等于萬有引力 但物體的重力和地球?qū)υ撐矬w的萬有引力差別很小 物體的重力是地球?qū)ξ矬w的萬有引力的一個分力 萬有引力f的另一個分力f1是使物體隨地球自轉(zhuǎn)做勻速圓周運動所需的向心力 越靠近赤道 緯度越低 如下圖所示 物體繞地軸隨地球一起運動的向心力f1就越大 重力就越小 反之 越靠近地球兩極 緯度越高 物體繞地軸隨地球一起運動的向心力f1就越小 重力就越大 在兩極 重力等于萬有引力 一般情況下 可認為重力和萬有引力相等 重力是萬有引力的一個分力 地球在自轉(zhuǎn) 分析 1 地球表面 可見 g與r是有關(guān)系的 2 地球離地面高為h 可見 g與h是有關(guān)系的 在地球表面或在地表附近 可近似認為重力等于萬有引力 即 四學(xué)生展示 下面我們請同學(xué)們進行展示 龍組和虎組的同學(xué)進行點評 給大家三分鐘時間準備 每組選出代表來展示 展示1 關(guān)于萬有引力的說法 正確的有 a 物體落到地面上 說明地球?qū)ξ矬w有引力 物體對地球沒有引力b 萬有引力定律是牛頓在總結(jié)前人研究的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)的c 地面上自由下落的蘋果和天空中運行的月亮 受到的都是地球的萬有引力d 公式中的g是一個比例常數(shù) 是沒有單位的 bc 萬有引力具有相互性 g的單位是 四川西充中學(xué)08 09學(xué)年高一下學(xué)期月考 設(shè)想人類開發(fā)月球 不斷把月球上的礦藏搬運到地球上 假定經(jīng)過長時間開采后 地球仍可看作是均勻的球體 月球仍沿開采前的圓周軌道運動 則與開采前相比 a 地球與月球間的萬有引力將變大b 地球與月球間的萬有引力將變小c 月球繞地球運動的周期將變大d 月球繞地球運動的周期將變短 解析 在地面附近的物體 所受重力近似等于物體所受到的萬有引力 取測試儀為研究對象 其先后受力如圖 甲 乙 所示 據(jù)物體的平衡條件有fn1 mg1 g1 g 廣西鴻鳴中學(xué)08 09學(xué)年高一下學(xué)期月考 所以有 地球村 概念 地球 我們共同的家園 的呼喚 都是源于人類生存環(huán)境日趨惡化 保護地球環(huán)境 開發(fā)太空城 任重而道遠 假設(shè)將來的 球狀太空城 的質(zhì)量是目前地球質(zhì)量的1 100 其直徑是目前地球直徑的1 10 那里的居民同樣享受陽光 日出而耕日落而息 和現(xiàn)在沒什么兩樣 1 請畫出 球狀太空城 與太陽 地球的位置關(guān)系并作簡要說明 2 試用有關(guān)物理知識分析那時運動員的跳高成績 投擲成績并不比現(xiàn)在更好的原因 五高考動向 近幾年來?？歼x擇題 只有2010年出現(xiàn)了萬有引力的計算題 高考方向趨向于考查萬有引力與向心力公式的綜合題 判斷或者計算周期 速率 角速度 加速度與半徑之間的關(guān)系 六課堂總結(jié) 1 縱觀萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)歷程 你覺得科學(xué)發(fā)現(xiàn)的