新教材人教版高中物理必修第二冊(cè) 7.2萬有引力定律 教學(xué)課件

1、第七章 萬有引力與宇宙航行7.2 萬有引力定律1.了解推導(dǎo)出太陽(yáng)與行星之間引力的表達(dá)式的方法。2.了解月地檢驗(yàn)的內(nèi)容和作用。3.理解萬有引力定律的內(nèi)容、含義及適用條件，應(yīng)用萬有引力定律解決實(shí)際問題。學(xué)習(xí)目標(biāo)開普勒第一定律軌道定律所有行星都分別在大小不同的橢圓軌道上圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)，太陽(yáng)是在這些橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上;對(duì)每個(gè)行星來說，行星和太陽(yáng)的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過的面積相等;開普勒第三定律周期定律所有行星的橢圓軌道的半長(zhǎng)軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的二次方的比相等。開普勒第二定律面積定律新課導(dǎo)入是什么力支配著行星繞著太陽(yáng)做如此和諧而有規(guī)律的運(yùn)動(dòng)呢？問題0304月地檢驗(yàn)萬有引力定律0102科學(xué)家的思考行星與太陽(yáng)

2、間的引力新課講解一、科學(xué)家的思考行星的運(yùn)動(dòng)是太陽(yáng)吸引的緣故，并且力的大小與到太陽(yáng)距離的平方成反比。 在行星的周圍有旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)(以太)作用在行星上，使得行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)。一切物體都有合并的趨勢(shì)，這種趨勢(shì)導(dǎo)致物體做圓周運(yùn)動(dòng)。胡克伽利略行星的運(yùn)動(dòng)是受到了來自太陽(yáng)的類似于磁力的作用 ，與距離成反比。開普勒笛卡爾一、科學(xué)家的思考 牛頓在前人對(duì)慣性研究的基礎(chǔ)上，開始思考“物體怎樣才會(huì)不沿直線運(yùn)動(dòng)”，他的回答是：以任何方式改變速度，都需要力。行星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)需要指向圓心的力，這個(gè)力應(yīng)該就是太陽(yáng)對(duì)它的引力。 二、行星與太陽(yáng)間的引力 行星的實(shí)際運(yùn)動(dòng)是橢圓運(yùn)動(dòng)，但我們還不了解橢圓運(yùn)動(dòng)規(guī)律，那應(yīng)該怎么辦？能把它簡(jiǎn)化

3、成什么運(yùn)動(dòng)呢？問題簡(jiǎn)化 行星繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)需要向心力由什么力來提供做向心力？ 這個(gè)力的方向怎么樣？問題二、行星與太陽(yáng)間的引力 行星繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)可以看做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，行星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，受到一個(gè)指向圓心（太陽(yáng)）的引力，正是這個(gè)力提供了勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力，由此可推知太陽(yáng)與行星間引力的方向沿著二者的連線。二、行星與太陽(yáng)間的引力太陽(yáng)行星rvF向心力 太陽(yáng)對(duì)行星的引力提供作為向心力，那這個(gè)力大小有什么樣定量關(guān)系？問題設(shè)太陽(yáng)質(zhì)量為M，行星質(zhì)量為m，軌道半徑為r，行星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的線速度為v，周期為T。環(huán)繞星體質(zhì)量軌道半徑三、月地檢驗(yàn)太陽(yáng)行星FF 既然太陽(yáng)對(duì)行星有引力，那么行星對(duì)太陽(yáng)有引力？

4、它有怎么樣定量的關(guān)系？問題根據(jù)牛頓第三定律三、月地檢驗(yàn)1.牛頓的思考： 地球?qū)υ虑虻囊?、地球?qū)Φ孛嫔衔矬w的引力若為同一種力，其大小的表達(dá)式滿足三、月地檢驗(yàn)2檢驗(yàn)過程：【理論分析】對(duì)月球繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由 和a月 ，可得： RrF對(duì)蘋果自由落體，由 和a蘋 得：a蘋_由r60R，可得：a蘋(a月)_三、月地檢驗(yàn)【事實(shí)檢驗(yàn)】請(qǐng)根據(jù)天文觀測(cè)數(shù)據(jù)（事實(shí)）計(jì)算月球所在處的向心加速度：當(dāng)時(shí)，已能準(zhǔn)確測(cè)量的量有：（即事實(shí)）地球表面附近的重力加速度：g = 9.8m/s2，地球半徑： R = 6.4106m，月亮的公轉(zhuǎn)周期：T =27.3天2.36106s，月亮軌道半徑： r =3.8108m 60R

5、兩者十分接近，為牛頓的假想提供了有力的事實(shí)根據(jù)。 月地檢驗(yàn)表明：地面物體所受地球的引力，與月球所受地球的引力，是同一種性質(zhì)的力。四、萬有引力定律1.內(nèi)容:自然界中任何兩個(gè)物體都相互吸引，引力的方向在它們的連線上，引力的大小與物體的質(zhì)量m1和m2的乘積成正比、與它們之間距離r 的二次方成反比。2.表達(dá)式：3.適用條件：（1）兩質(zhì)點(diǎn)間（兩物體間距遠(yuǎn)大于物體的線度） （2）兩均質(zhì)球體間（r 為兩球球心間的距離）四、萬有引力定律4.對(duì)萬有引力定律的理解：(1)普遍性：它存在于宇宙中任何客觀存在的兩個(gè)物體之間。(2)相互性：任何兩物體間的相互引力，都是一對(duì)作用力和反作用力， 符合牛頓第三定律。(3)宏觀

6、性：通常情況下，萬有引力非常小，只有在質(zhì)量巨大的天體 間或天體與天體附近的物體間，它的作用才有實(shí)際的物 理意義。（4）獨(dú)立性：萬有引力的大小只與它們的質(zhì)量和距離有關(guān)，與其他 的因素均無關(guān)。不管它們之間是否還有其他作用力。四、萬有引力定律5.發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的重要意義: 揭示了地面上物體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律和天體上物體的運(yùn)動(dòng)遵從同一規(guī)律，讓人們認(rèn)識(shí)到天體上物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律也是可以認(rèn)識(shí)的,解放了人們的思想,給人們探索自然的奧秘建立了極大信心, 對(duì)后來的物理學(xué)、天文學(xué)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)的影響。 四、萬有引力定律1686年牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律后，卻無法算出兩個(gè)天體間的引力大小。100多年以后，英國(guó)物理學(xué)家卡文迪許利用

7、扭秤裝置，第一次比較準(zhǔn)確地測(cè)出了引力常量。 卡文迪許（17311810）6.引力常量四、萬有引力定律裝置的巧妙之處：兩次放大及等效的思想 。（1）扭秤裝置把微小力通過杠桿旋轉(zhuǎn)明顯反映出來（一次放大）；（2）扭轉(zhuǎn)角度（微小形變）通過光標(biāo)的移動(dòng)來反映（二次放大），從而確定物體間的萬有引力。（3）標(biāo)準(zhǔn)值：G6.672591011Nm2/kg2， 通常取G6.671011Nm2/kg2 。6.引力常量四、萬有引力定律6.引力常量測(cè)定引力常量的重要意義（1）證明了萬有引力的存在；（2）“開創(chuàng)了測(cè)量弱力的新時(shí)代” （英國(guó)物理學(xué)家玻印廷語）；（3）使得萬有引力定律有了真正的實(shí)用價(jià)值，可測(cè)定遠(yuǎn)離地球的一些天體

8、的質(zhì)量、平均密度等。萬有引力定律科學(xué)家的思考行星與太陽(yáng)間的引力月地檢驗(yàn)理論分析事實(shí)檢驗(yàn)萬有引力定律課堂小結(jié)1.氫原子有一個(gè)質(zhì)子和圍繞質(zhì)子運(yùn)動(dòng)的電子組成，已知質(zhì)子的質(zhì)量為1.6710-27kg，電子的質(zhì)量為9.110-31kg，如果質(zhì)子與電子的距離為1.010-10m，求它們之間的萬有引力。解：根據(jù)萬有引力定律質(zhì)子與電子之間的萬有引力為當(dāng)堂小練2.下列說法正確的是（ ）A開普勒發(fā)現(xiàn)了行星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律并據(jù)此推廣出了萬有引力定律B牛頓借助萬有引力定律發(fā)現(xiàn)了海王星和冥王星C卡文迪許第一次在實(shí)驗(yàn)室里測(cè)出了萬有引力常量，因此被譽(yù)為稱量地球質(zhì)量第一人D據(jù)萬有引力公式 ，當(dāng)兩物體間的距離趨近于0時(shí)，萬有引力趨近于無窮大C3.知兩物體相距r時(shí)物體間的萬有引力大小是F，現(xiàn)使兩物體的質(zhì)量和它們之間的距離都增大為原來的2倍，此時(shí)它們之間的萬有引力是（）B4.一顆人造衛(wèi)星在地球引力作用下，繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)