【課件】萬(wàn)有引力定律 課件-2022-2023學(xué)年高一下學(xué)期物理人教版（2019）必修第二冊(cè)

萬(wàn)有引力

定律人教版高中物理必修2第七章

萬(wàn)有引力與宇宙航行

復(fù)習(xí)：行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)遵循什么規(guī)律？思考：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？開(kāi)普勒指出所有行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓，行星繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)不是完美的正圓，這打破了天體運(yùn)動(dòng)的神圣性，促使人們開(kāi)始思考行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的原因。合并趨勢(shì)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)。伽利略的觀點(diǎn)受到了來(lái)自太陽(yáng)的類似于磁力的作用。類磁力開(kāi)普勒的觀點(diǎn)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)。(以太）作用笛卡爾的觀點(diǎn)行星受到了太陽(yáng)對(duì)它的引力，證明了如果行星的軌道是圓形的，其所受的引力大小跟行星到太陽(yáng)的距離的二次方成反比，但沒(méi)法證明在橢圓軌道規(guī)律也成立。F胡克與哈雷的觀點(diǎn)

他的回答是：以任何方式改變速度，都需要力。使行星沿圓或橢圓運(yùn)動(dòng)，需要指向圓心或橢圓焦點(diǎn)的力，這個(gè)力應(yīng)該就是太陽(yáng)對(duì)行星的引力。牛頓的觀點(diǎn)

牛頓在前人對(duì)慣性研究的基礎(chǔ)上，開(kāi)始思考“物體怎樣才會(huì)不沿直線運(yùn)動(dòng)”？牛頓利用他發(fā)現(xiàn)的“牛頓運(yùn)動(dòng)定律”把行星的向心加速度與太陽(yáng)對(duì)它的引力聯(lián)系了起來(lái)。本節(jié)課我們根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律及開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律來(lái)討論太陽(yáng)與行星之間的引力。太陽(yáng)行星a太陽(yáng)行星r簡(jiǎn)化(1)勻速圓周運(yùn)動(dòng)模型：行星繞太陽(yáng)做橢圓運(yùn)動(dòng)的軌跡的兩個(gè)焦點(diǎn)靠得很近，行星的運(yùn)動(dòng)軌跡非常接近圓，所以將行星的運(yùn)動(dòng)看成以太陽(yáng)為圓心的勻速圓周運(yùn)動(dòng)。(2)太陽(yáng)對(duì)行星的引力提供行星做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力。行星繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)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。1、太陽(yáng)對(duì)行星的引力一、行星與太陽(yáng)間的引力上一章我們已學(xué)習(xí)了向心力的規(guī)律，那么我們能否從向心力出發(fā)得到引力遵循的規(guī)律呢？消去T即太陽(yáng)對(duì)不同行星的引力，與行星的質(zhì)量m成正比，與r2成反比。F行星太陽(yáng)F′2.行星對(duì)太陽(yáng)的引力太陽(yáng)和行星的引力是相互的，行星和太陽(yáng)的地位對(duì)等的，太陽(yáng)對(duì)行星的引力與行星質(zhì)量成正比，由類比法可得行星對(duì)太陽(yáng)的引力與太陽(yáng)的質(zhì)量成正比。類比法牛三牛三F和F′是一對(duì)作用力和反作用力，所以F的大小既和太陽(yáng)質(zhì)量M成正比、也和行星質(zhì)量m成正比。3、太陽(yáng)與行星間的引力（1）G是與太陽(yáng)和行星質(zhì)量均無(wú)關(guān)的常量。（2）太陽(yáng)與行星間引力的方向沿著二者的連線。最早發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)和行星之間引力和距離的二次方成反比規(guī)律的應(yīng)該是胡克，但從數(shù)學(xué)上證明引力的平方反比率，并將引力推廣到一切物體的則是牛頓。根據(jù)牛頓的朋友對(duì)他晚年談話的回憶，當(dāng)牛頓思考月亮繞地球運(yùn)動(dòng)的原因時(shí)，蘋果的偶然落地引起了他的遐想，于是人們便樂(lè)于相信是蘋果落地使牛頓發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力定律。蘋果落地的故事牛頓是否從蘋果落地中得到啟發(fā)，已無(wú)從考證。但可以肯定的是：牛頓確實(shí)把“地球吸引月球的力”和“地球吸引蘋果的力”進(jìn)行過(guò)對(duì)比，這就是著名的“月—地檢驗(yàn)”蘋果落地的故事蘋果落地的故事非常有趣，為人們所津津樂(lè)道，但它把人類歷史上最偉大的發(fā)現(xiàn)降格為靈機(jī)一動(dòng)的聰明之舉，這是對(duì)科學(xué)的不尊重，對(duì)歷史的不尊重。牛頓在發(fā)現(xiàn)了太陽(yáng)與行星之間引力所遵循的規(guī)律后，做了上述思考。

如果這兩種力是性質(zhì)相同的力，那么它們將遵循相同的規(guī)律，如何檢驗(yàn)它們是否遵循相同的規(guī)律呢？即解：

太陽(yáng)對(duì)行星的引力地球?qū)υ虑虻囊Φ厍驅(qū)Φ孛嫔咸O果的引力是同一種性質(zhì)的力，遵從相同規(guī)律“天上”的力“人間”的力是同種性質(zhì)的力二、月-地檢驗(yàn)既然太陽(yáng)與行星之間、地球與月球之間、地球與物體之間都有引力，那么是不是任何兩個(gè)有質(zhì)量的物體之間都有這樣的引力呢？是否遵守

牛頓又大膽猜想，最終推廣到任何兩個(gè)物體之間的都存在這樣的引力事實(shí)上，自然界中任何兩個(gè)有質(zhì)量的物體間都存在引力。1687年牛頓發(fā)現(xiàn)萬(wàn)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F與物體的質(zhì)量m1和m2的乘積成正比，與它們的距離r的二次方成反比。2.公式：m1,m2---兩物體的質(zhì)量r---兩物體間的距離G---比例系數(shù)，叫引力常量，適用于任何物體。三、萬(wàn)有引力定律(1)理想情況：僅適用于兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)間引力大小的計(jì)算3.萬(wàn)有引力公式的適用條件(2)實(shí)際情況：

①若兩個(gè)物體間的距離遠(yuǎn)大于物體本身大小時(shí)，兩個(gè)物體可近似看成質(zhì)點(diǎn)。如：太陽(yáng)與行星間

地球與月球間r

為兩質(zhì)點(diǎn)間的距離rFm2m1F?FrMmF?r

為兩天體中心的距離②質(zhì)量分布均勻的兩個(gè)球體，可視為質(zhì)量集中于球心。rFF?r

為兩球心間的距離③質(zhì)點(diǎn)與質(zhì)量分布均勻的球體，r

為質(zhì)點(diǎn)到球心的距離。rFm2m1F?④對(duì)于地面上（或地球表面附近）的物體，可近似視為質(zhì)點(diǎn)。FrOr為地球的球半徑（或物體到地心的距離）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(lái)的物理學(xué)、天文學(xué)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)的影響。

4.萬(wàn)有引力定律的意義:⑤當(dāng)r0時(shí),萬(wàn)有引力公式已不再適用，不能認(rèn)為引力F趨于無(wú)窮大。1、一名宇航員來(lái)到一個(gè)星球上，如果該星球的質(zhì)量是地球質(zhì)量的一半，它的直徑也是地球直徑的一半，那么這名宇航員在該星球上所受的萬(wàn)有引力大小是他在地球上所受萬(wàn)有引力大小的(

)A.0.25倍B.0.5倍C.2.0倍D.4.0倍C2．對(duì)于萬(wàn)有引力定律的表達(dá)式F＝，下面說(shuō)法中正確的是(

)A．當(dāng)r趨近于零時(shí)，萬(wàn)有引力趨于無(wú)窮大B．公式中G為引力常量，它是由實(shí)驗(yàn)測(cè)得的，而不是人為規(guī)定的C．若m1>m2，則m1受到的引力大于m2受到的引力D．m1與m2受到的引力大小相等，是一對(duì)平衡力B

卡文迪許扭秤實(shí)驗(yàn)四、引力常量1、卡文迪許扭秤實(shí)驗(yàn)①一次放大：扭秤裝置把微小力通過(guò)杠桿旋轉(zhuǎn)(力矩)明顯反映出來(lái)；②二次放大：扭轉(zhuǎn)角度（微小形變）通過(guò)光標(biāo)的移動(dòng)來(lái)反映。2、標(biāo)準(zhǔn)值：G＝6.67259×10－11N·m2/kg2