第2節(jié) 萬有引力定律

第2節(jié)萬有引力定律核心素養(yǎng)導學

物理觀念(1)知道萬有引力定律的內(nèi)容、表達式和適用范圍。(2)知道萬有引力定律公式中r的物理意義，了解引力常量G?？茖W思維(1)理解萬有引力定律的推導過程。(2)會用萬有引力定律解決簡單的引力計算問題?？茖W態(tài)度與責任(1)通過萬有引力定律的推導過程，認識在科學規(guī)律發(fā)現(xiàn)過程中大膽猜想與嚴格求證的重要性。(2)知道萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)使地球上的重物下落與天體運動完成了人類認識上的統(tǒng)一。(3)知道引力常量G的測定在科學史上的重大意義。一、蘋果落地引發(fā)的思考1．牛頓假設蘋果與月球在運動中受到的是同種性質的力，都是地球對它們的_____。2．行星圍繞太陽運動的向心力也是太陽對行星的

。引力引力二、萬有引力定律的建立1．行星與太陽間的引力正比反比正比反比連線3．萬有引力定律(1)內(nèi)容：任何兩個物體之間都存在

的引力，引力的大小與這兩個物體的質量的乘積成

，與這兩個物體之間的距離的平方成

。(2)公式：F＝

。

三、引力常量1．測量者：英國物理學家

。2．數(shù)值：G＝

。(1)引力常量適用于任何兩個物體，具有普適性。(2)引力常量是自然界中少數(shù)幾個最重要的物理常量之一。

相互作用正比反比卡文迪許6.67×10－11

N·m2/kg21.行星繞太陽運行的軌道是橢圓軌道，但大多數(shù)行星的運行軌道十分接近如圖所示的圓軌道，請對以下結論作出判斷：(1)太陽對行星的引力與行星的質量成正比。

()(2)行星對太陽的引力與行星與太陽間的距離成反比。

()(3)太陽對行星的引力方向沿行星與太陽中心連線且指向太陽。

()(4)地面上兩個物體之間由于距離較小，兩物體間的萬有引力一般不能忽略。()(5)月球繞地球做勻速圓周運動的向心力是由地球對月球的引力提供的。

()√×√×√3．兩個挨得很近的人之間的萬有引力可以用萬有引力定律計算嗎？設想將一個小球放到地球的中心，小球受到的萬有引力是多少呢？提示：兩個挨得很近的人不能看作質點，不能根據(jù)萬有引力定律求他們間的萬有引力；將小球放在地球的中心，地球的各部分對小球的吸引力是對稱的，小球受到的萬有引力為零。新知學習(一)|對萬有引力定律的理解[任務驅動]如圖所示，圖甲為兩個靠近的人，圖乙為行星圍繞著太陽運行，他們都是有質量的。(1)任意兩個物體之間都存在引力嗎？(2)為什么通常兩個人之間感受不到引力？而太陽對行星(或地球對月球、人造衛(wèi)星)的引力可以使行星(或月球、人造衛(wèi)星)圍繞太陽(地球)運轉？[重點釋解]1．萬有引力的四個特性特性內(nèi)容普遍性萬有引力不僅存在于太陽與行星、地球與月球之間，宇宙間任何兩個有質量的物體之間都存在著這種相互吸引的力相互性兩個有質量的物體之間的萬有引力是一對作用力和反作用力，遵守牛頓第三定律宏觀性地面上的一般物體之間的萬有引力比較小，與其他力比較可忽略不計，但在質量巨大的天體之間或天體與其附近的物體之間，萬有引力起著決定性作用特殊性兩個物體之間的萬有引力只與它們本身的質量和它們間的距離有關，而與它們所在空間的性質無關，也與周圍是否存在其他物體無關(3)對距離r的理解r是兩個質點間的距離：①對于兩個質量均勻分布的球體，r應是兩球心間的距離。②對于一個均勻球體與球外一個質點，r應是球體球心到質點的距離。③對于兩個物體間的距離比物體本身大得多時，物體可以看成質點，r應是兩個物體間的距離。[針對訓練]1．將物體由赤道向兩極移動，則

(

)A．它的重力減小

B．它隨地球轉動的向心力增大C．它隨地球轉動的向心力減小

D．向心力方向、重力的方向都指向地心解析：地球表面上所有物體所受地球的萬有引力，按其作用效果分為重力和向心力，向心力使物體得以隨地球一起繞地軸自轉，所以說重力是地球對物體的萬有引力的一個分力。萬有引力、重力和向心力三個力遵循力的平行四邊形定則，只有萬有引力的方向指向地心，選項D錯誤。物體由赤道向兩極移動時，萬有引力大小不變，向心力減小，重力增大，當?shù)竭_兩極時，重力等于萬有引力，選項A、B錯誤，C正確。答案：C

一、好素材分享——看其他教材如何落實核心素養(yǎng)

物理觀念——牛頓哲學探索自然的推理法則1.(選自粵教版新教材“實踐與拓展”)牛頓在其著作《自然哲學的

數(shù)學原理》中，提出了哲學探索自然的四條推理法則，如圖所

示。請搜索相關資料，結合具體的案例談談這些法則在科學探

究中的應用。法則1：尋求自然事物的原因，不得超出真實和足以解釋其現(xiàn)象者。法則2：對于相同的自然現(xiàn)象，必須盡可能地尋求相同的原因。法則3：物體的特性，若其程度既不能增加也不能減少，且在實驗所及范圍內(nèi)為所有物體所共有，則應視為一切物體的普遍屬性。法則4：在實驗哲學中，我們必須將由現(xiàn)象所歸納出的命題視為完全正確的或基本正確的，而不管想象所可能得到的與之相反的種種假說，直至出現(xiàn)了其他的或可排除這些命題，或可使之變得更加精確的現(xiàn)象。

科學態(tài)度與責任——從卡文迪許的扭秤實驗到中國的引力實驗中心2．(選自粵教版新教材“資料活頁”)1687年牛頓發(fā)表了著名

的萬有引力定律，但沒有給出引力常量G的具體數(shù)值。受

到前人實驗思想的啟發(fā)，英國物理學家卡文迪許為了測

量地球質量，設計了扭秤實驗裝置(如圖所示)：借助實驗轉換法，將小球和大球之間的萬有引力測量轉化為對金屬絲扭轉角度的測量；又利用橫桿與光學儀器，將金屬絲扭轉角度的測量轉化為對光斑在刻度尺上移動距離的測量；再借助實驗放大法，通過光路放大光斑在刻度尺上移動的距離，以提高測量精度。終于，卡文迪許在1797～1798年間測得地球質量，并推算得到當時精確度很高的引力常量G＝6.75×10－11N·m2/kg2，成為對牛頓萬有引力定律普適性的有力證明?？茖W在繼承中發(fā)展，我國華中科技大學引力中心三十年如一日，利用精密扭秤弱力檢測技術開展引力測量研究，將卡文迪許扭秤實驗中的智慧之光進一步發(fā)揚和創(chuàng)新?！皩嶒灎顟B(tài)記錄要翔實，不準含糊遺漏；實驗流程安排要論證，不準隨心所欲……”在引力中心的墻上，隨處可見實驗室“十要十不準”。秉承著“規(guī)范只是約束行為，但不禁錮思想，必須堅持學術自由的精神”的理念，在引力中心，學術思想的討論從來都非常開放，為了一個學術問題，學生經(jīng)常和老師爭得面紅耳赤。對引力常量G的研究正是在這樣嚴謹?shù)目茖W準則和鼓勵創(chuàng)新的氛圍下進行的。2009年，該研究團隊將G的測量精度提高到26ppm(1ppm即百萬分之一)，突破了當時國際上采用扭秤周期法測得的最高精度。引力中心也被外國專家稱為“世界的引力中心”。投入如此大的精力來測量引力常量，一方面是為了檢驗萬有引力定律是否精確成立，另一方面通過精確的地面重力測量，能夠了解地下物質密度分布，從而了解地下礦藏的大致分布，甚至能測繪海洋、水文、冰川出現(xiàn)的變化。而在不斷提高G值測量精度的過程中，一批高精端的儀器設備被研發(fā)出來，在地球重力場的測量、地質勘探等方面發(fā)揮重要作用。這其中的很多關鍵技術也為由中國主導的空間引力波探測計劃——“天琴計劃”奠定了基礎?；A科學研究漫長而艱辛，引力中心研究團隊數(shù)十年如一日堅持不懈地進行著地球科學基礎研究和精密重力儀器研制、測量與應用研究，朝著當今世界引力研究最前沿不斷前進，攀登科學研究新高峰，為解決固體地球演化、海洋與氣候變化、水資源分布和地質災害研究中的科學問題提供重要支撐，為建設世界科技強國貢獻一份力量！二、新題目精選

——品立意深處所蘊含的核心價值1．(2022·全國乙卷)2022年3月，中國航天員翟志剛、王亞平、葉光富在離地球表面約400km的“天宮二號”空間站上通過天地連線，為同學們上了