202X學(xué)年高中物理第5章萬有引力定律及其應(yīng)用第1節(jié)萬有引力定律及引力常量的測定課件魯科版必修2

1、第1節(jié)萬有引力定律及引力常量的測定學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)核心提煉核心提煉1.了解開普勒三定律的內(nèi)容。了解開普勒三定律的內(nèi)容。2.掌握萬有引力定律的內(nèi)容、表達(dá)式及適用掌握萬有引力定律的內(nèi)容、表達(dá)式及適用條件，并會(huì)用其解決簡單的問題。條件，并會(huì)用其解決簡單的問題。3.了解引力常量了解引力常量G，知道其測定方法及意義。，知道其測定方法及意義。4.會(huì)用萬有引力定律計(jì)算天體質(zhì)量。會(huì)用萬有引力定律計(jì)算天體質(zhì)量。4個(gè)定律個(gè)定律開普勒第一、二、三定開普勒第一、二、三定律，萬有引力定律律，萬有引力定律1種方法種方法“月月地地”檢驗(yàn)檢驗(yàn)1個(gè)常量個(gè)常量萬有引力常量萬有引力常量G6.671011 m3/(kgs2)一、行星

2、運(yùn)動(dòng)的規(guī)律一、行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律閱讀教材第閱讀教材第8990頁頁“行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律局部，知道開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律的內(nèi)容。行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律局部，知道開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律的內(nèi)容。開普勒行星運(yùn)動(dòng)的三個(gè)定律開普勒行星運(yùn)動(dòng)的三個(gè)定律一個(gè)焦點(diǎn)一個(gè)焦點(diǎn)定律名稱定律名稱內(nèi)容內(nèi)容對應(yīng)圖示對應(yīng)圖示第一定律第一定律(軌道定律軌道定律)所有行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓，太陽位所有行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓，太陽位于橢圓的于橢圓的_上上第二定律第二定律(面積定律面積定律)太陽與任何一個(gè)行星的連線太陽與任何一個(gè)行星的連線(矢徑矢徑)在相等的時(shí)在相等的時(shí)間內(nèi)掃過的間內(nèi)掃過的_第三定律第三定律(周期定律周期定律)行星繞太陽運(yùn)行軌道半長

3、軸行星繞太陽運(yùn)行軌道半長軸r的立方與其公轉(zhuǎn)周的立方與其公轉(zhuǎn)周期期T的平方成正比。數(shù)學(xué)表達(dá)式：的平方成正比。數(shù)學(xué)表達(dá)式：_面積相等面積相等思維拓展思維拓展如圖如圖1所示為地球繞太陽運(yùn)動(dòng)的示意圖及春分、夏至、秋分、冬至?xí)r地球所在的位置。所示為地球繞太陽運(yùn)動(dòng)的示意圖及春分、夏至、秋分、冬至?xí)r地球所在的位置。圖圖1(1)太陽是否在軌道平面的中心？夏至、冬至?xí)r地球到太陽的距離是否一樣？太陽是否在軌道平面的中心？夏至、冬至?xí)r地球到太陽的距離是否一樣？(2)一年之內(nèi)秋、冬兩季比春、夏兩季為什么要少幾天？一年之內(nèi)秋、冬兩季比春、夏兩季為什么要少幾天？答案答案(1)不是不一樣不是不一樣(2)秋、冬兩季比春、夏兩

4、季地球運(yùn)動(dòng)的快。秋、冬兩季比春、夏兩季地球運(yùn)動(dòng)的快。二、萬有引力定律二、萬有引力定律閱讀教材第閱讀教材第9093頁頁“萬有引力定律局部，知道萬有引力定律的內(nèi)容及表達(dá)式。萬有引力定律局部，知道萬有引力定律的內(nèi)容及表達(dá)式。1.萬有引力定律萬有引力定律內(nèi)容內(nèi)容自然界中任何兩個(gè)物體都是相互吸引的，引力的方向沿兩物體的連線，引自然界中任何兩個(gè)物體都是相互吸引的，引力的方向沿兩物體的連線，引力的大小力的大小F與這兩個(gè)物體質(zhì)量的乘積與這兩個(gè)物體質(zhì)量的乘積m1m2成成_，與這兩個(gè)物體間距離，與這兩個(gè)物體間距離r的的_成反比成反比公式公式F_，G_，r指兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)間的距離，對于指兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)間的距離，對于勻質(zhì)球體，就

5、是兩勻質(zhì)球體，就是兩_間的距離間的距離條件條件適用于兩質(zhì)點(diǎn)間的相互作用適用于兩質(zhì)點(diǎn)間的相互作用正比正比平方平方球心球心2.“月月地檢驗(yàn)地檢驗(yàn)證明了地球與物體間的引力和天體間的引力具有證明了地球與物體間的引力和天體間的引力具有_，遵循，遵循_。一樣性質(zhì)一樣性質(zhì)同樣的規(guī)律同樣的規(guī)律思維拓展思維拓展天體是有質(zhì)量的，人是有質(zhì)量的，地球上的其他物體也是有質(zhì)量的。請思考：天體是有質(zhì)量的，人是有質(zhì)量的，地球上的其他物體也是有質(zhì)量的。請思考：圖圖2(1)任意兩個(gè)物體之間都存在萬有引力嗎？任意兩個(gè)物體之間都存在萬有引力嗎？“兩個(gè)物體之間的距離兩個(gè)物體之間的距離r指物體哪兩局部指物體哪兩局部間的距離？間的距離？(

6、2)地球?qū)θ说娜f有引力與人對地球的萬有引力大小相等嗎？地球?qū)θ说娜f有引力與人對地球的萬有引力大小相等嗎？答案答案(1)都存在質(zhì)心間距離都存在質(zhì)心間距離(2)相等相等三、引力常量的測定及其意義三、引力常量的測定及其意義閱讀教材第閱讀教材第9395頁頁“引力常量的測定及其意義局部，知道引力常量的測定方法，引力常量的測定及其意義局部，知道引力常量的測定方法，了解其意義。了解其意義。1.測定：在測定：在1798年，英國物理學(xué)家年，英國物理學(xué)家_利用利用_實(shí)驗(yàn)，較準(zhǔn)確地測出了引實(shí)驗(yàn)，較準(zhǔn)確地測出了引力常量。力常量。2.意義：使意義：使_能進(jìn)展定量運(yùn)算，顯示出其真正的實(shí)用價(jià)值。能進(jìn)展定量運(yùn)算，顯示出其真正

7、的實(shí)用價(jià)值。3.知道知道G的值后，利用萬有引力定律可以計(jì)算出天體的質(zhì)量，卡文迪許也因此被稱為的值后，利用萬有引力定律可以計(jì)算出天體的質(zhì)量，卡文迪許也因此被稱為“_?？ㄎ牡显S卡文迪許扭秤扭秤萬有引力定律萬有引力定律能稱出地球質(zhì)量的人能稱出地球質(zhì)量的人對開普勒定律的認(rèn)識(shí)對開普勒定律的認(rèn)識(shí)要點(diǎn)歸納要點(diǎn)歸納1.從空間分布上認(rèn)識(shí)：從空間分布上認(rèn)識(shí)：行星的軌道都是橢圓，不同行星軌道的半長軸不同，即各行星行星的軌道都是橢圓，不同行星軌道的半長軸不同，即各行星的橢圓軌道大小不同，但所有軌道都有一個(gè)共同的焦點(diǎn)，太陽在此焦點(diǎn)上。因此開的橢圓軌道大小不同，但所有軌道都有一個(gè)共同的焦點(diǎn)，太陽在此焦點(diǎn)上。因此開普勒第一

8、定律又叫焦點(diǎn)定律。普勒第一定律又叫焦點(diǎn)定律。2.對速度大小的認(rèn)識(shí)對速度大小的認(rèn)識(shí)(1)如圖如圖3所示，如果時(shí)間間隔相等，即所示，如果時(shí)間間隔相等，即t2t1t4t3，由開普勒第二定律，面積，由開普勒第二定律，面積SASB，可見離太陽越近，行星在相等時(shí)間內(nèi)經(jīng)過的弧長越長，即行星的速率越大。因，可見離太陽越近，行星在相等時(shí)間內(nèi)經(jīng)過的弧長越長，即行星的速率越大。因此開普勒第二定律又叫面積定律。此開普勒第二定律又叫面積定律。圖圖3(2)近日點(diǎn)、遠(yuǎn)日點(diǎn)分別是行星距離太陽的最近點(diǎn)、最遠(yuǎn)點(diǎn)，所以同一行星在近日點(diǎn)近日點(diǎn)、遠(yuǎn)日點(diǎn)分別是行星距離太陽的最近點(diǎn)、最遠(yuǎn)點(diǎn)，所以同一行星在近日點(diǎn)速度最大，在遠(yuǎn)日點(diǎn)速度最小。

9、速度最大，在遠(yuǎn)日點(diǎn)速度最小。3.對周期長短的認(rèn)識(shí)對周期長短的認(rèn)識(shí)(1)行星公轉(zhuǎn)周期跟軌道半長軸之間有依賴關(guān)系，橢圓軌道半長軸越長的行星，其公行星公轉(zhuǎn)周期跟軌道半長軸之間有依賴關(guān)系，橢圓軌道半長軸越長的行星，其公轉(zhuǎn)周期越長；反之，其公轉(zhuǎn)周期越短。轉(zhuǎn)周期越長；反之，其公轉(zhuǎn)周期越短。(2)該定律不僅適用于行星，也適用于其他天體。例如，繞某一行星運(yùn)動(dòng)的不同衛(wèi)星。該定律不僅適用于行星，也適用于其他天體。例如，繞某一行星運(yùn)動(dòng)的不同衛(wèi)星。4.開普勒定律的近似處理：開普勒定律的近似處理：實(shí)際上，行星的軌道與圓十分接近，所以在中學(xué)階段的研實(shí)際上，行星的軌道與圓十分接近，所以在中學(xué)階段的研究中能夠按圓處理。也就是

10、說：究中能夠按圓處理。也就是說：(1)行星繞太陽運(yùn)行的軌道十分接近圓，太陽處在圓心。行星繞太陽運(yùn)行的軌道十分接近圓，太陽處在圓心。(2)對某一行星來說，它繞太陽做圓周運(yùn)動(dòng)的角速度對某一行星來說，它繞太陽做圓周運(yùn)動(dòng)的角速度(或線速度大小或線速度大小)不變，即行星做不變，即行星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。勻速圓周運(yùn)動(dòng)。精典例如精典例如例例1 關(guān)于行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的以下說法中正確的選項(xiàng)是關(guān)于行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的以下說法中正確的選項(xiàng)是()A.所有行星都在同一橢圓軌道上繞太陽運(yùn)動(dòng)所有行星都在同一橢圓軌道上繞太陽運(yùn)動(dòng)B.行星繞太陽運(yùn)動(dòng)時(shí)，太陽位于行星軌道的中心處行星繞太陽運(yùn)動(dòng)時(shí)，太陽位于行星軌道的中心處C.行星在橢圓軌道上

11、繞太陽運(yùn)動(dòng)的過程中，其速度與行星和太陽之間的距離有關(guān)，行星在橢圓軌道上繞太陽運(yùn)動(dòng)的過程中，其速度與行星和太陽之間的距離有關(guān)，距離小時(shí)速度小，距離大時(shí)速度大距離小時(shí)速度小，距離大時(shí)速度大D.離太陽越近的行星運(yùn)動(dòng)周期越短離太陽越近的行星運(yùn)動(dòng)周期越短D答案答案D萬有引力定律的理解及其應(yīng)用萬有引力定律的理解及其應(yīng)用(1)兩質(zhì)量分布均勻的球體間的萬有引力，可用公式計(jì)算，此時(shí)兩質(zhì)量分布均勻的球體間的萬有引力，可用公式計(jì)算，此時(shí)r是兩個(gè)球體球心是兩個(gè)球體球心的距離。的距離。(2)個(gè)質(zhì)量分布均勻球體與球外一個(gè)質(zhì)點(diǎn)間的萬有引力，可用公式計(jì)算，個(gè)質(zhì)量分布均勻球體與球外一個(gè)質(zhì)點(diǎn)間的萬有引力，可用公式計(jì)算，r為球?yàn)榍?/p>

12、心到質(zhì)點(diǎn)間的距離。心到質(zhì)點(diǎn)間的距離。(3)兩個(gè)物體間的距離遠(yuǎn)大于物體本身的大小時(shí)，公式也適用。兩個(gè)物體間的距離遠(yuǎn)大于物體本身的大小時(shí)，公式也適用。2.萬有引力的萬有引力的“四性四性特點(diǎn)特點(diǎn)內(nèi)容內(nèi)容普遍性普遍性萬有引力是普遍存在于宇宙中任何有質(zhì)量的物體萬有引力是普遍存在于宇宙中任何有質(zhì)量的物體(大到天體，小到微觀粒大到天體，小到微觀粒子子)間的相互吸引力，它是自然界中物體間的基本相互作用之一間的相互吸引力，它是自然界中物體間的基本相互作用之一相互性相互性 兩個(gè)物體相互作用的引力是一對作用力與反作用力，符合牛頓第三定律兩個(gè)物體相互作用的引力是一對作用力與反作用力，符合牛頓第三定律宏觀性宏觀性通常情

13、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物體通常情況下，萬有引力非常小，只有在質(zhì)量巨大的天體間或天體與物體間，它的存在才有宏觀的物理意義。在微觀世界中，粒子的質(zhì)量都非常間，它的存在才有宏觀的物理意義。在微觀世界中，粒子的質(zhì)量都非常小，粒子間的萬有引力可以忽略不計(jì)小，粒子間的萬有引力可以忽略不計(jì)特殊性特殊性兩個(gè)物體間的萬有引力，只與它們本身的質(zhì)量、它們之間的距離有關(guān)，兩個(gè)物體間的萬有引力，只與它們本身的質(zhì)量、它們之間的距離有關(guān)，和所在空間的性質(zhì)無關(guān)，和周圍有無其他物體的存在無關(guān)和所在空間的性質(zhì)無關(guān)，和周圍有無其他物體的存在無關(guān)A.公式中的公式中的G是引力常量，它是由實(shí)驗(yàn)得出的，而不是

14、人為規(guī)定的是引力常量，它是由實(shí)驗(yàn)得出的，而不是人為規(guī)定的B.當(dāng)兩個(gè)物體間的距離當(dāng)兩個(gè)物體間的距離r趨于零時(shí)，萬有引力趨于無窮大趨于零時(shí)，萬有引力趨于無窮大C.m1和和m2所受引力大小總是相等的所受引力大小總是相等的D.兩個(gè)物體間的引力總是大小相等、方向相反的，是一對平衡力兩個(gè)物體間的引力總是大小相等、方向相反的，是一對平衡力答案答案AC答案答案ABC萬有引力與重力的關(guān)系萬有引力與重力的關(guān)系要點(diǎn)歸納要點(diǎn)歸納1.地球外表上的重力與萬有引力的關(guān)系地球外表上的重力與萬有引力的關(guān)系圖圖42.重力與緯度的關(guān)系重力與緯度的關(guān)系3.重力、重力加速度與高度的關(guān)系重力、重力加速度與高度的關(guān)系精典例如精典例如例例3

15、 地球外表重力加速度為地球外表重力加速度為g，忽略地球自轉(zhuǎn)的影響，在距地面高度為，忽略地球自轉(zhuǎn)的影響，在距地面高度為h的空中重力加的空中重力加速度是地面上重力加速度的幾倍？地球半徑為速度是地面上重力加速度的幾倍？地球半徑為R。針對訓(xùn)練針對訓(xùn)練3 (2021佳木斯高一檢測佳木斯高一檢測)某行星的質(zhì)量與地球的質(zhì)量比為某行星的質(zhì)量與地球的質(zhì)量比為a，半徑比為，半徑比為b，那，那么該行星外表與地球外表的重力加速度之比為么該行星外表與地球外表的重力加速度之比為()答案答案B要點(diǎn)歸納要點(diǎn)歸納1.天體質(zhì)量的計(jì)算天體質(zhì)量的計(jì)算天體質(zhì)量和密度的計(jì)算天體質(zhì)量和密度的計(jì)算2.天體密度的計(jì)算天體密度的計(jì)算精典例如精典例如例例4 我國航天技術(shù)飛速開展，設(shè)想數(shù)年后宇航員登上了某星球外表。宇航員從距該星我國航天技術(shù)飛速開展，設(shè)想數(shù)年后宇航員登上了某星球外表。宇航員從距該星球外表高度為球外表高度為h處，沿水平方向以初速度處，沿水平方向以初速度v拋出一小球，測得小