認(rèn)識(shí)萬(wàn)有引力定律+高一下學(xué)期物理粵教版（2019）必修第二冊(cè)

第三章

萬(wàn)有引力定律第2節(jié)

認(rèn)識(shí)萬(wàn)有引力定律1.知道太陽(yáng)與行星間存在引力是行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的原因。2.理解萬(wàn)有引力定律推導(dǎo)過(guò)程，知道牛頓運(yùn)動(dòng)定律在推導(dǎo)太陽(yáng)與行星間引力時(shí)的作用。3.知道萬(wàn)有引力的表達(dá)式和適用范圍。4.知道萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)使地球上的重物下落與天體運(yùn)動(dòng)完成了人類認(rèn)識(shí)上的統(tǒng)一。5.會(huì)用萬(wàn)有引力定律解決簡(jiǎn)單的引力計(jì)算問(wèn)題。知道萬(wàn)有引力定律公式中r的物理意義，了解引力常量G的測(cè)定在科學(xué)史上的重大意義。6.了解萬(wàn)有引力定律發(fā)現(xiàn)的意義，體會(huì)在科學(xué)規(guī)律發(fā)現(xiàn)過(guò)程中猜想與求證的重要性。

是什么原因使行星繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)？是什么原因是使月球繞地球公轉(zhuǎn)？一、行星繞日運(yùn)動(dòng)原因的探索

伽利略的觀點(diǎn)：行星的運(yùn)動(dòng)與地面物體的運(yùn)動(dòng)遵循不同的規(guī)律，行星運(yùn)動(dòng)是由“慣性”自行維持的

開(kāi)普勒的觀點(diǎn)：行星的運(yùn)動(dòng)是由于太陽(yáng)磁力吸引的緣故，磁力與距離成反比。

笛卡爾的觀點(diǎn)：太陽(yáng)的旋渦帶動(dòng)行星和衛(wèi)星一起運(yùn)動(dòng)

胡克的觀點(diǎn)：行星的運(yùn)動(dòng)是太陽(yáng)引力的緣故，并且力的大小與到太陽(yáng)距離的平方成反比。重力是由地球引力引起的科學(xué)家對(duì)行星運(yùn)動(dòng)的各種猜想一、行星繞日運(yùn)動(dòng)原因的探索思考1：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)化成什么運(yùn)動(dòng)呢？思考2：既然把行星繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化為圓周運(yùn)動(dòng)。那么行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)可看成勻速圓周運(yùn)動(dòng)還是變速圓周運(yùn)動(dòng)？太陽(yáng)行星a太陽(yáng)行星r簡(jiǎn)化太陽(yáng)行星r一、行星繞日運(yùn)動(dòng)原因的探索思考3：行星繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)需要向心力，那什么力來(lái)提供做向心力？這個(gè)力的方向怎么樣？思考4：太陽(yáng)對(duì)行星的引力提供向心力，那這個(gè)力大小有什么樣定量關(guān)系？F太陽(yáng)Ｍ行星ｍｒＶ

問(wèn)題：不同行星的公轉(zhuǎn)周期是不同的，引力跟太陽(yáng)與行星間的距離關(guān)系的表達(dá)式中不應(yīng)出現(xiàn)周期T，如何消去周期T?消去T開(kāi)普勒第三定律關(guān)系式中m是受力天體還是施力天體的質(zhì)量？一、行星繞日運(yùn)動(dòng)原因的探索

太陽(yáng)對(duì)行星的引力跟行星的質(zhì)量成正比，與行星、太陽(yáng)之間的距離的二次方成反比。結(jié)論一：結(jié)論二：

行星對(duì)太陽(yáng)的引力跟太陽(yáng)的質(zhì)量成正比，與行星、太陽(yáng)之間的距離的二次方成反比。

即：二、萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)

結(jié)論三:太陽(yáng)與行星間引力的大小與太陽(yáng)的質(zhì)量、行星的質(zhì)量成正比，與兩者距離的二次方成反比作用力和反作用力二、萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)牛頓的疑問(wèn)：天體受到的引力與地面上的重力是否性質(zhì)相同？天上的力學(xué)和地面上的力學(xué)能否統(tǒng)一起來(lái)？二、萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)牛頓設(shè)想：(一）牛頓“平拋石頭”思想實(shí)驗(yàn)從山頂水平拋出一塊石頭，由于重力的作用，石頭會(huì)驗(yàn)證彎曲的路徑落到地上，并且石頭的拋出速度越大，石頭飛行的距離越遠(yuǎn)。當(dāng)石頭拋出的速度足夠大時(shí)，它將繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)而不在落向地面。拋出石頭的山越來(lái)越高，甚至達(dá)到月球軌道的高度，此處石頭仍然受到重力的作用。把石頭以足夠大的速度拋出，它將會(huì)像月球那樣圍繞地球運(yùn)動(dòng)。(地球表面物體受到的重力與地球?qū)υ虑虻奈κ峭环N性質(zhì)的力)牛頓推想：牛頓假設(shè)：二、萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)（二）牛頓數(shù)學(xué)推理、論證類比推理：太陽(yáng)吸引行星的力，地球吸引月球的力（月球繞地球運(yùn)動(dòng)的引力）、地球吸引石頭的力（重力），都遵從平方反比定律，“天上”的力與“地面”的力應(yīng)同源。①驗(yàn)證、比較力所產(chǎn)生的加速度→驗(yàn)證力；②驗(yàn)證月球自由下落的位移→驗(yàn)證力。遷移類比：二、萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)月—地檢驗(yàn)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=6.4×106m月亮的公轉(zhuǎn)周期：T=27.3天≈2.36×106s月亮軌道半徑：

r=3.8×108m≈60R

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。二、萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)（二）牛頓數(shù)學(xué)推理、論證定性分析：根據(jù)牛頓第二定律

得：通過(guò)具體數(shù)據(jù)計(jì)算驗(yàn)證位移比為1:3600。定量求證：（二）牛頓數(shù)學(xué)推理、論證二、萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)假設(shè)得證，月球繞地球的引力與重力是同一性質(zhì)的力。推廣到所有行星，乃至所有物體之間。發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力定律。（二）牛頓數(shù)學(xué)推理、論證二、萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)當(dāng)年牛頓在前人研究的基礎(chǔ)上，并憑借其超凡的數(shù)學(xué)能力和堅(jiān)定的信念，深入研究，最終發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力定律。牛頓在1676年給友人的信中寫道：

如果說(shuō)我看的比別人更遠(yuǎn)，那是因?yàn)槲艺驹诰奕说募绨蛏?。牛頓(1643—1727)英國(guó)著名的物理學(xué)家二、萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)宇宙間的一切物體都是互相吸引的，兩個(gè)物體間引力的方向在它們的連線上，引力的大小跟它們的質(zhì)量的乘積成正比，跟它們的距離的二次方成反比。2、表達(dá)式：G=6.67×10-11Nm2/kg2三、萬(wàn)有引力定律的表達(dá)式1、萬(wàn)有引力定律的內(nèi)容：3、方向：在兩個(gè)物體的連線上。萬(wàn)有引力常量：由英國(guó)科學(xué)家卡文迪許利用扭秤實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)出4、適用條件:⑴對(duì)于可以看做質(zhì)點(diǎn)的物體，r為兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)之間的距離．m1m2r⑵對(duì)于質(zhì)量分布均勻的球體，r為兩個(gè)球心之間的距離.三、萬(wàn)有引力定律的表達(dá)式（1）普遍性：萬(wàn)有引力存在于任何兩個(gè)物體之間；（2）相互性：作用力和反作用力；（3）特殊性：兩個(gè)物體間的萬(wàn)有引力與物體所在空間和其他物體無(wú)關(guān)；5、理解：三、萬(wàn)有引力定律的表達(dá)式1.1686年牛頓發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力定律后，曾經(jīng)設(shè)想過(guò)幾種測(cè)定引力常量的方法，卻沒(méi)有成功.2.其間又有科學(xué)家進(jìn)行引力常量的測(cè)量也沒(méi)有成功.3.直到1789年，英國(guó)物理學(xué)家卡文迪許巧妙地利用了扭秤裝置，第一次在實(shí)驗(yàn)室里對(duì)兩個(gè)物體間的引力大小作了精確的測(cè)量和計(jì)算，比較準(zhǔn)確地測(cè)出了引力常量．引力常量的測(cè)量G值的測(cè)量：卡文迪許扭秤實(shí)驗(yàn)卡文迪許是“能稱出地球質(zhì)量的人”引力常量的測(cè)量1.靜止在地球表面跟隨地球自轉(zhuǎn)的物體，一共受到以下哪組力的作用（）A、萬(wàn)有引力、彈力、向心力B、萬(wàn)有引力、彈力C、萬(wàn)有引力、向心力、重力D、萬(wàn)有引力、重力、彈力B課堂練習(xí)

C

C4.(多選)關(guān)于引力常量G，下列說(shuō)法中正確的是A.在國(guó)際單位制中，引力常量G的單位是N·m2/kg2B.引力常量G的大小與兩物體質(zhì)量的乘積成反比，與兩物體間距離的平

方成正比C.引力常量G在數(shù)值上等于兩個(gè)質(zhì)量都是1kg的可視為質(zhì)點(diǎn)的物體相距

1m時(shí)的相互吸引力的大小D.引力常量G是不變的，其數(shù)值大小由卡文迪許測(cè)出，與單位制的選擇

無(wú)關(guān)AC5.

地球質(zhì)量大約是月球質(zhì)量的81倍，一飛行器位于地球與月球之間，當(dāng)?shù)厍驅(qū)λ囊驮虑驅(qū)λ囊Υ笮∠嗟葧r(shí)，飛行器距月球球心的距離與月球球心距地球球心的距離