人教版高中物理必修二 （萬(wàn)有引力定律）萬(wàn)有引力與宇宙航行教學(xué)課件

7.2萬(wàn)有引力定律

(1)理解太陽(yáng)與行星間引力的存在;(2)能根據(jù)開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律和牛頓第三定律推導(dǎo)出太陽(yáng)與行星間的引力表達(dá)式;(3)了解萬(wàn)有引力定律得出的思路和過程，理解萬(wàn)有引力定律的含義，掌握萬(wàn)有引力定律的公式;(4)知道任何物體間都存在著萬(wàn)有引力，且遵循相同的規(guī)律。學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)回顧：開普勒三定律開普勒第一定律——軌道定律所有行星都分別在大小不同的橢圓軌道上圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)，太陽(yáng)是在這些橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上;開普勒第二定律——面積定律對(duì)每個(gè)行星來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)和行星的連線在相等的時(shí)間掃過相等的面積;開普勒第三定律——周期定律所有行星的軌道的半長(zhǎng)軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等.太陽(yáng)行星ba問題探究:行星為什么繞太陽(yáng)如此和諧而又有規(guī)律地做橢圓運(yùn)動(dòng)？

科學(xué)足跡伽利略一切物體都有合并的趨勢(shì)。行星的運(yùn)動(dòng)是受到了來(lái)自太陽(yáng)的類似于磁力的作用，與距離成反比。開普勒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)笛卡爾胡克行星的運(yùn)動(dòng)是太陽(yáng)吸引的緣故，并且力的大小與到太陽(yáng)距離的平方成反比。牛頓：牛頓(1643—1727)英國(guó)著名的物理學(xué)家當(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?。建立模型：太?yáng)行星a誘思：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？太陽(yáng)行星a簡(jiǎn)化太陽(yáng)行星r誘思：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)？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？F太陽(yáng)Ｍ行星ｍｒＶ誘思：太陽(yáng)對(duì)行星的引力提供向心力，那這個(gè)力大小有什么樣的定量關(guān)系呢？消去v行星運(yùn)行速度v不容易觀測(cè)？怎么辦？消去T討論科學(xué)探究：太陽(yáng)對(duì)行星的引力:關(guān)系式中m是受力天體還是施力天體的質(zhì)量？結(jié)論：太陽(yáng)對(duì)行星的引力跟受力星體的質(zhì)量成正比，與行星、太陽(yáng)距離的二次方成反比.行星對(duì)太陽(yáng)的引力:太陽(yáng)對(duì)行星的引力跟受力星體的質(zhì)量成正比，與行星、太陽(yáng)距離的二次方成反比.類比法牛三行星對(duì)太陽(yáng)的引力F′跟太陽(yáng)的質(zhì)量成正比，與行星、太陽(yáng)距離的二次方成反比.F行星太陽(yáng)F′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，引力的大小跟這兩個(gè)物體的質(zhì)量m1和m2的乘積成正比，跟它們的距離r的二次方成反比。2、公式其中G=6.67×10-11N·m2/kg2——引力常量引力恒量的測(cè)定:裝置介紹:T形架、石英絲、鏡尺、M球和m球⑵測(cè)量原理介紹:扭秤達(dá)到平衡時(shí),引力矩等于石英絲的阻力矩.石英絲轉(zhuǎn)角可由鏡尺測(cè)出,由石英絲轉(zhuǎn)角可知扭力矩等于引力矩,從而可測(cè)得萬(wàn)有引力,進(jìn)而可測(cè)引力恒量G.公式的適用條件：1.萬(wàn)有引力存在于一切物體之間，但萬(wàn)有引力公式適用于質(zhì)點(diǎn)間的引力大小的計(jì)算.r為質(zhì)點(diǎn)間的距離，兩物體的形狀和大小對(duì)其間距的影響可忽略不計(jì)，r?R;2.兩質(zhì)量分布均勻的球體之間的引力，也可用上述公式計(jì)算，且r為兩球心間距離；3.一個(gè)質(zhì)量分布均勻的球體與球外一個(gè)質(zhì)點(diǎn)間的萬(wàn)有引力，r為球心到質(zhì)點(diǎn)間的距離。m1m2r萬(wàn)有引力的性質(zhì)：1.普遍性萬(wàn)有引力存在于任何兩個(gè)有質(zhì)量的物體之間,它是自然界中物質(zhì)間基本的相互作用之一2.宏觀性一般物體之間雖然存在萬(wàn)有引力，但是很小，只有天體與物體之間或天體之間萬(wàn)有引力才比較顯著，因此，涉及天體運(yùn)動(dòng)時(shí)。才考慮萬(wàn)有引力3.相互性萬(wàn)有引力的作用是相互的，符合牛頓第三定律4.獨(dú)立性兩物體間的萬(wàn)有引力只與它們本身的質(zhì)量和它們間的距離有關(guān)，與周圍有無(wú)其他物質(zhì)無(wú)關(guān)題1［2019?廣東仲元中學(xué)高一檢測(cè)］為了將天上的力和地上的力統(tǒng)一起來(lái)，牛頓進(jìn)行了著名的“月—地檢驗(yàn)”?！霸隆貦z驗(yàn)”比較的是（）A.月球表面上物體的重力加速度和地球公轉(zhuǎn)的向心加速度B.月球表面上物體的重力加速度和地球表面上物體的重力加速度C.月球公轉(zhuǎn)的向心加速度和地球公轉(zhuǎn)的向心加速度D.月球公轉(zhuǎn)的向心加速度和地球表面上物體的重力加速度【解析】“月—地檢驗(yàn)”比較的是月球繞地球公轉(zhuǎn)的向心加速度和地球表面上物體的重力加速度，得出天上的力和地上的力是統(tǒng)一的?！敬鸢浮緿【點(diǎn)評(píng)】知道物理學(xué)史，知道物理學(xué)家在對(duì)應(yīng)科學(xué)研究中的主要步驟和采用的物理方法。?？碱}型題組一月----地檢驗(yàn)題2［2018·北京卷］若想檢驗(yàn)“使月球繞地球運(yùn)動(dòng)的力”與“使蘋果落地的力”是否遵循同樣的規(guī)律，在已知月地距離約為地球半徑60倍的情況下，需要驗(yàn)證（）A.地球吸引月球的力約為地球吸引蘋果的力的

B.月球公轉(zhuǎn)的加速度約為蘋果落向地面加速度的

C.自由落體在月球表面的加速度約為地球表面的

D.蘋果在月球表面受到的引力約為在地球表面的

B題3［2019?廣東潮陽(yáng)實(shí)驗(yàn)學(xué)校高一檢測(cè)］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.公式中G為引力常量，它不是由實(shí)驗(yàn)測(cè)得的，而是人為規(guī)定的B.當(dāng)兩物體表面距離r趨于零時(shí)，萬(wàn)有引力趨于無(wú)窮大C.m1、m2受到彼此的引力總是大小相等的，而與m1、m2是否相等無(wú)關(guān)D.m1、m2受到彼此的引力總是大小相等、方向相反的，是一對(duì)平衡力【解析】

A錯(cuò)：公式中G為引力常量，它不是人為規(guī)定的，而是由實(shí)驗(yàn)測(cè)得的。B錯(cuò)：萬(wàn)有引力定律只適用于質(zhì)點(diǎn)間的作用，當(dāng)兩物體表面距離r趨于零時(shí)，萬(wàn)有引力定律不再成立。C對(duì)，D錯(cuò)：m1、m2受到彼此的引力是作用力與反作用力，不是平衡力，總是大小相等、方向相反，與m1、m2是否相等無(wú)關(guān)?！敬鸢浮?/p>

C題組二

對(duì)萬(wàn)有引力定律的理解題4［2019·全國(guó)Ⅱ卷］2019年1月，我國(guó)嫦娥四號(hào)探測(cè)器成功在月球背面軟著陸。在探測(cè)器“奔向”月球的過程中，用h表示探測(cè)器與地球表面的距離，F(xiàn)表示它所受的地球引力，能夠描述F隨h變化關(guān)系的圖象是（）

A

B

CDD題5［2019·河北波峰中學(xué)高一檢測(cè)］如圖所示，兩球間距離為r，兩球質(zhì)量分布均勻，大小分別為m1、m2，半徑分別為r1、r2，則兩球間的萬(wàn)有引力的大小為（）A.

B.

C.

D.

D題組三萬(wàn)有引力定律的簡(jiǎn)單應(yīng)用題6［2019?河南周口中英文學(xué)校高一檢測(cè)］一名航天員來(lái)到一個(gè)星球上，如果星球的質(zhì)量是地球質(zhì)量的一半，它的直徑是地球直徑的一半，那么這名航天員在該星球上所受到的萬(wàn)有引力的大小是他在地球上所受萬(wàn)有引力大小的（）A. B. C.2.0倍 D.4.0倍【解析】設(shè)地球質(zhì)量為M，半徑為R，航天員的質(zhì)量為m，可知地球?qū)教靻T的萬(wàn)有引力，該星球?qū)教靻T的萬(wàn)有引力=2G=2F?！敬鸢浮?/p>

C題7.如圖所示，一個(gè)質(zhì)量分布均勻的半徑為R的球體對(duì)球外質(zhì)點(diǎn)P的萬(wàn)有引力為F。如果在球體中央挖去半徑為r的一部分球體，且r=，則球體剩余部分對(duì)質(zhì)點(diǎn)P的萬(wàn)有引力變?yōu)椋ǎ?/p>

A. B. C. D.【解析】利用填補(bǔ)法來(lái)分析此題。原來(lái)物體間的萬(wàn)有引力為F，挖去的半徑為的球體的質(zhì)量為原來(lái)球體的質(zhì)量的，其他條件不變，所以挖去的球體對(duì)質(zhì)點(diǎn)P的萬(wàn)有引力為，故剩余部分對(duì)質(zhì)點(diǎn)P的萬(wàn)有引力為F-=。【答案】

C題8［2019·廣東仲元中學(xué)高一檢測(cè)］地球的半徑為R，某衛(wèi)星在地球表面附近所受萬(wàn)有引力為F，則該衛(wèi)星在離地面高度約6R的軌道上受到的萬(wàn)有引力約為（）A.6F B.7F

C. D.

D題9

兩個(gè)質(zhì)量分布均勻、密度相同且大小相同的實(shí)心小球緊靠在一起，它們之間的萬(wàn)有引力為F，如圖所示?，F(xiàn)將其中一個(gè)小球挖去半徑為原球半徑的球，并按如圖所示的方式緊靠在一起（三個(gè)球心在一條直線上），試計(jì)算它們之間的萬(wàn)有引力大小。

題組四萬(wàn)有引力和重力的關(guān)系

【特別提醒】地面上的物體所受的重力近似等于萬(wàn)有引力；離地面有一定高度的物體所受重力等于萬(wàn)有引力。利用=mg分析計(jì)算，其中r是物體到地心的距離，而不是到地面的距離。題11［2019·北京西城區(qū)高一檢測(cè)］航天員在地球表面以一定初速度豎直上拋一小球，經(jīng)過時(shí)間t，小球落回原處；若他在某星球表面以相同的初速度豎直上拋同一小球，需經(jīng)過時(shí)間5t落回原處。（地球表面重力加速度g取10m/s2，空氣阻力不計(jì)）（1）求該星球表面附近的重力加速度g′；（2）已知該星球的半徑與地球半徑之比為R星∶R地=1∶4，求該星球的質(zhì)量與地球質(zhì)量之比M星∶M地。（1）2m/s2;（2）1/80求重力加速度的三種情形（1）繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，其圓周運(yùn)動(dòng)的向心加速度等于重力加速度，即=ma=mg。（2）忽略自轉(zhuǎn)影響時(shí)，在天體表面處，萬(wàn)有引力等于或近似等于重力，則=mg，所以g=（R為星球半徑，M為星球質(zhì)量）。兩個(gè)不同天體表面重力加速度的關(guān)系為=?。（3）離天體表面高h(yuǎn)處的重力加速度為gh=。天體表面和某高度處的重力加速度的關(guān)系為

=。（4）設(shè)離天體表面深d處的重力加速度為gd，則gd=?==題12［2019·湖南期中聯(lián)考］已知在太陽(yáng)系外某“宜居”行星的質(zhì)量約為地球質(zhì)量的6.4倍，一個(gè)在地球表面重力為600N的人在這個(gè)行星表面的重力將變?yōu)?60N。由此可推知，該行星的半徑與地球半徑之比約為（）A.1∶2

B.2∶1

C.3∶2

D.4∶1B題13［2019?山東泰安高三模擬］某一行星表面附近有顆衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)行周期為T。假設(shè)航天員在該行星表面上用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量一質(zhì)量為m的物體重力。物體靜止時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為N，則這顆行星的半徑為（）B. C. D.A題14［2019·河南洛陽(yáng)高一檢測(cè)］載人火箭豎直升空的加速度為a=50m/s2，某時(shí)刻運(yùn)載艙中質(zhì)量m=60kg的航天員對(duì)座椅的壓力測(cè)量值為3060N，已知地球表面的重力加速度為10m/s2，

，設(shè)地球半徑為R，以下判斷正確的有（）A.此時(shí)火箭距地面的高度約為3RB.此時(shí)火箭內(nèi)的航天員處于完全失重狀態(tài)C.此時(shí)航天員所處位置的重力加速度為1m/s2D.此時(shí)航天員受到地球的引力為3060N

C萬(wàn)有引力定律

1、開普勒第一定律（軌道定律）

2、開普勒第二定律（面積定律）3、開普勒第三定律（周期定律）a3T2=k內(nèi)容回顧在自然界中，當(dāng)以一定的初速度將物體拋出后，物體總會(huì)落到地面上。是什么原因？既然是太陽(yáng)與行星之間的引力使得行星不能飛離太陽(yáng)，那么，太陽(yáng)與地球之間的吸引力與地球吸引物體（蘋果）的力是否是同一種力呢?即使在最高的建筑物上和最高的山頂上，都不會(huì)發(fā)現(xiàn)重力有明顯的減弱，那么，這個(gè)力會(huì)不會(huì)延伸作用到月球上?拉住月球圍繞地球運(yùn)動(dòng)？上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了，行星圍繞太陽(yáng)做近似的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，圓周運(yùn)動(dòng)的向心力的誰(shuí)提供的？這個(gè)又是什么力呢？行星運(yùn)動(dòng)需要的力是哪個(gè)天體對(duì)它產(chǎn)生的力？行星與太陽(yáng)間的引力m日

太陽(yáng)對(duì)行星產(chǎn)生力研究F與r、m的關(guān)系向心力開普勒第三定律F與r、m的關(guān)系F與m成正比F與r2成反比引力F與太陽(yáng)質(zhì)量的關(guān)系引力牛頓第三定律作用力=反作用力月-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 請(qǐng)根據(jù)天文觀測(cè)數(shù)據(jù)（事實(shí)）計(jì)算月球所在處的向心加速度：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。萬(wàn)有引力定律：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，引力的大小與物體的質(zhì)量m1、m2的乘積成正比、與它們之間的距離r的二次方成反比公式：其中G為引力常量，r為兩物體的中心距離，m為物體的質(zhì)量。①嚴(yán)格地說(shuō)，萬(wàn)有引力定律只適用于質(zhì)點(diǎn)間的相互作用。②對(duì)兩個(gè)質(zhì)量分布均勻的球體間相互作用，也可用此定律來(lái)計(jì)算。此時(shí)，r是兩個(gè)球體球心間的距離。③對(duì)一個(gè)均勻球體與球外一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的萬(wàn)有引力也適用，其中r為球心到質(zhì)點(diǎn)間的距離。④兩個(gè)物體間距離遠(yuǎn)大于物體本身大小時(shí)，公式也近似適用，其中r為兩物體質(zhì)心間的距離．萬(wàn)有引力定律適用的條件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．⑵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.m1m2r兩物體的距離r指“哪兩部分距離”？對(duì)萬(wàn)有引力定律的理解(1)普遍性：它存在于宇宙中任何有質(zhì)量的物體之間，不管它們之間是否還有其他作用力。(2)普適性：G是一個(gè)僅和m、r、F單位選擇有關(guān)，而與物體性質(zhì)無(wú)關(guān)的恒量。(3)相互性：兩物體間的相互引力，是一對(duì)作用力和反作用力，符合牛頓第三定律。(4)宏觀性：通常情況下，萬(wàn)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，它的作用才有宏觀的意義。(5)特殊性：萬(wàn)有引力的大小只與它們的質(zhì)量有關(guān)，與它們間的距離有關(guān)。與其他的因素均無(wú)關(guān)。引力常量卡文迪許扭秤實(shí)驗(yàn)①數(shù)值：G=6.67×10-11Nm2/kg2②G值的物理含義：兩個(gè)質(zhì)量為1kg的物體相距1m時(shí)，它們之間萬(wàn)有引力為6.67×10-11N關(guān)于萬(wàn)有引力，下列說(shuō)法中正確得是：()A.萬(wàn)有引力只有在天體之間才體現(xiàn)出來(lái)B.一個(gè)蘋果由于其質(zhì)量很小，它受到地球的萬(wàn)有引力幾乎可以忽略C.地球?qū)θ嗽煨l(wèi)星的萬(wàn)有引力遠(yuǎn)大于衛(wèi)星對(duì)地球的萬(wàn)有力D.地球表面的大氣層是因?yàn)槿f(wàn)有引力的約束而存在于地球表面附近D古人對(duì)天體運(yùn)動(dòng)存在哪些看法?

“地心說(shuō)”和“日心說(shuō)”．哥白尼提出的“日心說(shuō)”能更完美地解釋天體的運(yùn)動(dòng)．“日心說(shuō)”認(rèn)為太陽(yáng)是靜止不動(dòng)的，地球和其他行星都繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)．下列說(shuō)法正確的是()A、地球是宇宙的中心，太陽(yáng)、月亮及其他行星都繞地球運(yùn)動(dòng)B、太陽(yáng)是宇宙的中心，所有天體都繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)C、太陽(yáng)是靜止不動(dòng)的，地球和其他行星都繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)D、“地心說(shuō)”和哥白尼提出的“日心說(shuō)”現(xiàn)在看來(lái)都是不正確的D關(guān)于萬(wàn)有引力定律的適用范圍，下列說(shuō)法中正確的有()A．只適用于天體，不適用于地面的物體B．只適用于球形物體，不適用于其他形狀的物體C．只適用于質(zhì)點(diǎn)，不適用于實(shí)際物體D．適用于自然界中任何兩個(gè)物體之間D關(guān)于萬(wàn)有引力的說(shuō)法，正確的有()A．物體落到地面上，說(shuō)明地球?qū)ξ矬w有引力，物體對(duì)地球沒有引力B．萬(wàn)有引力定律是牛頓在總結(jié)前人研究的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)的C．地面上自由下落的蘋果和天空中運(yùn)行的月亮，受到的都是地球的萬(wàn)有引力D．F=Gm1m2/r2中的G是一個(gè)比例常數(shù)，是沒有單位的BC某實(shí)心均勻球半徑