2020版高中物理人教必修二課件：6.3萬有引力定律

1、2020版高中物理人教必修二課件：62020版高中物理人教必修二課件：62020版高中物理人教必修二課件：61.對“月地”檢驗的認識:(1)月球軌道半徑約為地球半徑的60倍,若遵從“平方反比” 的規(guī)律,在月球軌道上的物體受到的引力是在地面附近受到的引力的_。1.對“月地”檢驗的認識:(2)月地檢驗證明,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,都遵從_。相同的規(guī)律(2)月地檢驗證明,地面物體所受地球的引力、月球相同的規(guī)律2.萬有引力定律:任務驅動當兩個物體間的距離趨于零時,萬有引力趨于無窮大,這種說法正確嗎?提示:不正確。當r=0時,兩個物體不能看作質點,萬有引力定律公式

2、不適用。2.萬有引力定律:(1)自然界中任何兩個物體都能相互_,引力的方向在它們的_,引力的大小與物體的質量m1和m2的乘積成_、與它們之間的距離r的二次方成_。(2)表達式為_。(3)引力常量G適用于任何兩個物體,通常情況下G= _。吸引連線上正比反比6.6710-11 Nm2 /kg2(1)自然界中任何兩個物體都能相互_,引力的方吸引連主題一對“月地”檢驗的認識 【問題探究】探究點1牛頓的思考太陽的吸引力使得行星不能飛離太陽,那么,是什么力使得地面上的物體不能飛離地球呢?它們是同一種力嗎?能用事實驗證嗎?主題一對“月地”檢驗的認識 提示:拉住月球使它圍繞地球運動,與拉著蘋果下落的力,以及太

3、陽對行星的吸引力,或許真的遵循相同的規(guī)律,可以用 “月地”之間的觀測數(shù)據(jù)加以檢驗。提示:拉住月球使它圍繞地球運動,與拉著蘋果下落的力,以及太陽探究點2“月地”檢驗(1)月球繞地球轉動的向心力由誰提供?提示:地球對月球的引力。探究點2“月地”檢驗(2)根據(jù)實際測量的數(shù)據(jù):地面附近的重力加速度g=9.8 m/s2,月球繞地球運動的周期為27.3天,月球繞地球的轉動半徑r為地球半徑R的60倍。請結合已學的知識推導物體在月球軌道上運動的加速度。 (2)根據(jù)實際測量的數(shù)據(jù):提示:由向心加速度公式得a=2r= =2.710-3m/s2。提示:由向心加速度公式得a=2r= (3)根據(jù)引力公式,理論推導月球運

4、動的加速度提示:根據(jù)上述引力公式,對于“月地系統(tǒng)”和地面上的物體分別可得到G =m月a月,G =m物a物=m物g,兩式相比,得月球繞地球運動的向心力加速度a月=( )2g,因為地球和月球之間的距離r地月約為地球半徑r地的60倍,所以a月=( )2g= 9.8 m/s2=2.710-3m/s2。(3)根據(jù)引力公式,理論推導月球運動的加速度(4)根據(jù)第(2)(3)的結果,能推出什么結論?提示:由a= 得到 ,說明地面上物體所受地球引力,與月球所受地球的引力是同一種性質的力。(4)根據(jù)第(2)(3)的結果,能推出什么結論?【探究總結】“月地”檢驗證明:“地面上的物體所受地球的引力”與“月球所受地球的

5、引力”和“太陽與行星間的引力”是同一種性質的力,遵從相同的規(guī)律?！咎骄靠偨Y】【典例示范】(2018北京高考)若想檢驗“使月球繞地球運動的力”與“使蘋果落地的力”遵循同樣的規(guī)律,在已知月地距離約為地球半徑60倍的情況下,需要驗證()A.地球吸引月球的力約為地球吸引蘋果的力的1/602B.月球公轉的加速度約為蘋果落向地面加速度的1/602【典例示范】C.自由落體在月球表面的加速度約為地球表面的1/6D.蘋果在月球表面受到的引力約為在地球表面的1/60C.自由落體在月球表面的加速度約為地球表面的1/6【解析】選B。設月球的質量為M月,地球的質量為M,蘋果的質量為m,則月球受到的萬有引力為F月= ,蘋

6、果受到的萬有引力為F= ,由于月球質量和蘋果質量之間的關系未知,故二者之間萬有引力的關系無法確定,故A錯誤;根據(jù)牛頓第二定律 =M月a月, =ma,整理可得a月= a,故B正確;在月球表面【解析】選B。設月球的質量為M月,地球的質量為M,蘋處 =mg月,由于月球本身的半徑大小及其質量與地球的質量、半徑關系未知,故無法求出月球表面和地球表面重力加速度的關系,故C錯誤;蘋果在月球表面受到的引力為F= ,由于月球本身的半徑大小及其質量與地球的質量、半徑關系未知,故無法求出蘋果在月球表面受到的引力與在地球表面受到的引力之間的關系,故D錯誤。處 =mg月,由于月球本身的半徑大小及其質量【探究訓練】1.(

7、多選)(2019延安高一檢測)在討論地球潮汐成因時,地球繞太陽運行軌道與月球繞地球運行軌道可視為圓軌道。已知太陽質量約為月球質量的2.7107倍。地球繞太陽運行的軌道半徑約為月球繞地球運行的軌道半徑的400倍。關于太陽和月球對地球上相同質量海水的引力。以下說法正確的是()【探究訓練】A.太陽引力遠大于月球引力 B.太陽引力與月球引力相差不大 C.月球對不同區(qū)域海水的吸引力大小相等 D.月球對不同區(qū)域海水的吸引力大小有差異A.太陽引力遠大于月球引力 【解析】選A、D。根據(jù)萬有引力定律得:太陽引力F1= ,月球引力F2= ,代入數(shù)據(jù)得: =168.75,故A正確,B錯誤;由于月心到不同區(qū)域海水的距

8、離不同,所以引力大小有差異,地球潮汐是由于月球對海水不同程度的吸引造成的,故C錯誤,D正確。【解析】選A、D。根據(jù)萬有引力定律得:太陽引力2.地球的質量大約是月球質量的81倍,一飛行器在地球和月球之間,當?shù)厍驅λ囊驮虑驅λ囊ο嗟葧r,這飛行器距地心的距離與距月心的距離之比為() A.11B.31C.61D.912.地球的質量大約是月球質量的81倍,一飛行器在地球和月球之【解題指南】解答本題應把握以下兩點:(1)理清研究對象以及地球和月球間的質量關系。(2)利用萬有引力公式,列方程求解。【解題指南】解答本題應把握以下兩點:【解析】選D。設月球中心離飛行器的距離為r1,月球的質量為m1;地

9、球中心離飛行器的距離為r2,地球的質量為m2。飛行器的質量為m,則萬有引力的公式為F月= ,而F地= 。由于F月=F地,則 ,故 ,故D正確,A、B、C錯誤?！窘馕觥窟xD。設月球中心離飛行器的距離為r1,月球【補償訓練】(多選)“月地”檢驗的結果說明()A.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的力B.地面物體所受地球的引力與月球所受地球的引力不是同一種類型的力【補償訓練】C.地面物體所受地球的引力只與物體質量有關,即G=mgD.月球所受地球的引力除與月球質量有關外,還與地球質量有關C.地面物體所受地球的引力只與物體質量有關,即G=mg【解析】選A、D?！霸碌亍睓z驗的結果說明地

10、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的力,都是萬有引力,A對、B錯;地面物體所受地球的引力不但與物體質量有關,還與地球的質量有關,C錯;月球所受地球的引力除與月球質量有關外,還與地球質量有關,D對?！窘馕觥窟xA、D。“月地”檢驗的結果說明地面物體所受地球的主題二萬有引力定律 【問題探究】1.把太陽與行星之間、地球與月球之間、地球與地面物體之間的引力遵從的規(guī)律推廣到宇宙萬物之間,你覺得合適嗎?主題二萬有引力定律 提示:萬有引力是普遍存在于宇宙中任何有質量的物體之間的相互吸引力。日對地、地對月、地對地面上物體的引力都是其實例。提示:萬有引力是普遍存在于宇宙中任何有質量的物體之間的相

11、互吸2.若兩個物體間有引力作用,為何我們感受不到?提示:由F 知,地面上的物體質量比起天體來說太小了,所以我們感受不到。2.若兩個物體間有引力作用,為何我們感受不到?3.萬有引力定律的內容是什么?寫出表達式,并注明每個符號的單位和物理意義。提示:萬有引力定律的內容:自然界中任何兩個物體都相互吸引,引力的方向在它們的連線上,引力大小與物體的質量的乘積成正比,跟它們之間距離的平方成反比。3.萬有引力定律的內容是什么?寫出表達式,并注明每個符號的單公式:F= 式中各物理量的含義及單位:F為兩個物體間的引力,單位:Nm1、m2分別表示兩個物體的質量,單位:kgr為兩個物體間的距離,單位:m公式:F=

12、G為萬有引力常量:G=6.6710-11 Nm2/kg2,它在數(shù)值上等于兩個質量是1 kg的物體相距1 m時的相互作用力,單位:Nm2/kg2。G為萬有引力常量:G=6.6710-11 Nm2/kg2【探究總結】1.萬有引力公式的適用條件:(1)F= 只適用于質點間的相互作用,但當兩物體間的距離遠大于物體本身的大小時,物體可視為質點,公式也近似成立。【探究總結】(2)當兩物體是質量分布均勻的球體時,它們之間的引力也可直接用公式計算,但式中的r是指兩球心間的距離。(2)當兩物體是質量分布均勻的球體時,它們之間的引力也可直接2.萬有引力的特點:(1)普遍性:萬有引力不僅存在于太陽與行星、地球與月球

13、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。(2)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,它們總是大小相等、方向相反,作用在兩個物體上。2.萬有引力的特點:(3)宏觀性:地面上的物體之間的萬有引力一般比較小,與其他力相比可忽略不計,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的作用。(4)特殊性:兩個物體之間的萬有引力只與它們的質量和距離有關,而與它們所在空間的性質及周圍是否存在其他物體無關。(3)宏觀性:地面上的物體之間的萬有引力一般比較小,與其他力【拓展延伸】引力常量的測定(1)卡文迪許扭秤實驗的工作原理是利用大球和小球間產(chǎn)生

14、力矩,如圖所示,此力矩與金屬絲力矩平衡,萬有引力力矩使T形架轉動,T形架轉動時帶動平面鏡也發(fā)生轉動,進而使在鏡面上反射出的光線發(fā)生偏轉,從刻度尺上讀出光線偏轉時光點移動的距離,進而計算偏轉角度,【拓展延伸】引力常量的測定利用金屬絲扭轉力矩和扭轉角度的關系,求出扭轉力矩,從而求出大球和小球間的萬有引力,利用G ,即G= ,比較準確地得出了G的數(shù)值,目前推薦的標準值為G=6.672 5910-11 Nm2/kg2,通常取G=6.6710-11 Nm2/kg2。利用金屬絲扭轉力矩和扭轉角度的關系,求出扭轉力矩,(2)卡文迪許扭秤實驗利用了“放大法”。(2)卡文迪許扭秤實驗利用了“放大法”?！镜淅痉?/p>

15、】(2019鄭州高一檢測)如圖所示為一質量為M的球形物體,密度均勻,半徑為R,在距球體球心為2R處有一質量為m的質點,若將球體挖去一個半徑為 的小球(兩球心和質點在同一直線上,且兩球表面相切),則剩下部分對質點的萬有引力的大小是多少?【典例示范】(2019鄭州高一檢測)如圖【解題指南】解答本題注意以下兩點:(1)萬有引力定律適用于求兩質點間的萬有引力。(2)本題為滿足定律的適用條件,應用等效填補法,先將被挖去部分補上?！窘忸}指南】解答本題注意以下兩點:【解析】小球未被挖去時,大球對質點的萬有引力為F1= ,由體積公式知被挖去的小球質量M= M。它在被挖去前對質點的引力為F2=G , 因此小球被

16、挖去后剩余部分對質點的萬有引力為F=F1-F2= 。答案: 【解析】小球未被挖去時,大球對質點的萬有引力為【規(guī)律方法】填補法解決萬有引力問題的思路(1)把從均勻球體上挖去的部分補上。(2)計算完整球體所受的萬有引力。(3)計算補上部分所受萬有引力,則兩者之差即為所求球體剩余部分所受的萬有引力。 【規(guī)律方法】填補法解決萬有引力問題的思路【探究訓練】1.(2019福州高一檢測)下列說法正確的是()A.萬有引力定律僅對質量較大的天體適用,對質量較小的物體不適用B.根據(jù)公式F= 可知,當r趨近于零時,萬有引力將趨于無窮大【探究訓練】C.牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律,卡文迪許測出了萬有引力常量GD.兩物體間相

17、互吸引的一對萬有引力是一對平衡力C.牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律,卡文迪許測出了萬有引力常量G【解析】選C。萬有引力定律對大到天體,小到微觀粒子都適用,A錯誤;當r趨近于零時,兩物體不能看作質點,則萬有引力定律不再適用,B錯誤;牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律,卡文迪許測出了萬有引力常量G,C正確;兩物體間相互吸引的一對萬有引力是一對作用力與反作用力,D錯誤?！窘馕觥窟xC。萬有引力定律對大到天體,小到微觀粒子都適用,A2.兩個大小相同的實心小鐵球緊靠在一起,它們之間的萬有引力為F,若兩個半徑是小鐵球2倍的實心大鐵球緊靠在一起,則它們之間的萬有引力為()A.2FB.4FC.8FD.16F2.兩個大小相同的實心小

18、鐵球緊靠在一起,它們之間的萬有引力為【解題指南】解答該題應注意以下兩點:(1)r為兩球心間的距離。(2)半徑發(fā)生變化時質量也隨之改變?！窘忸}指南】解答該題應注意以下兩點:【解析】選D。小鐵球之間的萬有引力 大鐵球半徑是小鐵球的2倍,小鐵球的質量m=V= r3大鐵球的質量M=V= =8 r3=8m故兩個大鐵球間的萬有引力F= =16F,故選D?！窘馕觥窟xD。小鐵球之間的萬有引力 【補償訓練】1.關于萬有引力,下列說法正確的是()A.萬有引力只有在天體與天體之間才能明顯表現(xiàn)出來B.一個蘋果由于其質量很小,所以它受的萬有引力幾乎可以忽略【補償訓練】C.地球對人造衛(wèi)星的萬有引力遠大于衛(wèi)星對地球的萬有引

19、力D.地球表面的大氣層是因為萬有引力的約束而存在于地球表面附近C.地球對人造衛(wèi)星的萬有引力遠大于衛(wèi)星對地球的萬有引力【解析】選D。由月地檢驗可知:自然界中任何兩個物體間都有相同的引力作用,故A錯;蘋果質量雖小,但由于地球質量很大,故引力不可忽略,B錯;物體間的引力是相互的,由牛頓第三定律知應等大,故C錯;地球表面的大氣層由于與地球之間存在萬有引力,而被約束在地球表面,D選項正確。【解析】選D。由月地檢驗可知:自然界中任何兩個物體間都有相2.(多選)對于萬有引力定律的表達式F= ,下列說法中正確的是()A.公式中G為引力常量,與兩個物體的質量無關B.當r趨近于零時,萬有引力趨近于無窮大2.(多選

20、)對于萬有引力定律的表達式F= ,下列C.m1與m2受到的引力大小總是相等的,方向相反,是一對平衡力D.m1與m2受到的引力大小總是相等的,而與m1、m2是否相等無關C.m1與m2受到的引力大小總是相等的,方向相反,是一對平衡【解析】選A、D。公式中的G為比例系數(shù),稱作引力常量,與兩個物體的質量無關,A對;當兩物體表面距離r越來越小,直至趨近于零時,物體不能再看作質點,表達式F= 已不再適用于計算它們之間的萬有引力,B錯;m1與m2受到彼此的引力為作用力與反作用力,此二力總是大小相等、方向相反、與m1、m2是否相等無關,C錯,D對?！窘馕觥窟xA、D。公式中的G為比例系數(shù),稱作引力常3.(多選)關于萬有引力和萬有引力定律,下列理解正確的有()A.不能看作質點的兩物體之間不存在相互作用的引力B.可看作質點的兩物體間的引力可用F= 計算C.由F= 知,兩物體間距離r減小時,它們之間的引力增大,緊靠在一起時,萬有引力無窮大3.(多選)關于萬有引力和萬有引力定律,下列理解正確D.引力常量的大小首先是由卡文迪許測出來的,約等于6.6710-11 Nm2/kg2D.引力常量的大小首先是由卡文迪許測出來的,