萬(wàn)有引力定律 課件-2023-2024學(xué)年高一下學(xué)期物理人教版（2019）必修第二冊(cè)

§7.2萬(wàn)有引力定律【新課導(dǎo)入】思考1：各行星都圍繞著太陽(yáng)運(yùn)行，說(shuō)明太陽(yáng)與行星之間的引力是使行星如此運(yùn)動(dòng)的主要原因。這種引力有什么特點(diǎn)？引力的大小和方向能確定嗎？【歷史的回顧】伽利略一切的物體都有合并的趨勢(shì)開(kāi)普勒行星的運(yùn)動(dòng)是受到了來(lái)自太陽(yáng)的類似于磁力的作用，與距離是成反比的笛卡爾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)胡克哈雷FF太陽(yáng)引力胡克、哈雷等人認(rèn)為行星受到了太陽(yáng)對(duì)它的引力，甚至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)的距離的平方成反比。牛頓(1643—1727)英國(guó)著名的物理學(xué)家

如果太陽(yáng)和行星間的引力與距離的二次方成反比，則行星的軌跡是橢圓。并且闡述了普遍意義下的萬(wàn)有引力定律?！救f(wàn)有引力定律的理論推導(dǎo)】太陽(yáng)行星a思考2：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)的規(guī)律，那應(yīng)該怎么辦？能把它簡(jiǎn)化成什么運(yùn)動(dòng)呢？建立模型一.太陽(yáng)與行星之間的引力思考3：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)的運(yùn)動(dòng)可看成勻速圓周運(yùn)動(dòng)還是變速圓周運(yùn)動(dòng)？思考4：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)提供向心力？這個(gè)力的方向怎么樣？思考5：太陽(yáng)對(duì)行星的引力提供向心力，那這個(gè)力的大小有什么樣的定量關(guān)系？太陽(yáng)對(duì)行星的引力推導(dǎo)過(guò)程思考6：行星運(yùn)行速度v容易觀測(cè)嗎？消去v消去T討論太陽(yáng)對(duì)行星的引力跟受力星體的質(zhì)量成正比，與行星到太陽(yáng)的距離的二次方成反比。思考7：既然太陽(yáng)對(duì)行星有引力，那么行星對(duì)太陽(yáng)有引力嗎？它有怎么樣的定量關(guān)系？行星對(duì)太陽(yáng)的引力FF?行星太陽(yáng)Mm根據(jù)牛頓第三定律，行星對(duì)太陽(yáng)引力F?應(yīng)滿足：行星對(duì)太陽(yáng)的引力跟受力星體的質(zhì)量成正比，與行星到太陽(yáng)的距離的二次方成反比。太陽(yáng)與行星之間的引力類比法牛三思考8：F和F′是一對(duì)作用力和反作用力，那么可以得出F大小跟太陽(yáng)質(zhì)量M、行星質(zhì)量m的關(guān)系式有什么關(guān)系？牛三方向：沿著太陽(yáng)與行星間的連線。G為比例系數(shù)，與太陽(yáng)、行星無(wú)關(guān)。【牛頓的思考】：

行星不能飛離太陽(yáng)，圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)：太陽(yáng)對(duì)行星有引力

月球不能離開(kāi)地球,而圍繞地球運(yùn)動(dòng)：地球?qū)υ虑蛴幸?/p>

地面的物體不能離開(kāi)地球，總要落回地面：地球?qū)Φ孛嫖矬w有引力地球?qū)υ虑虻牧?，地球?qū)Φ孛嫔衔矬w的力，太陽(yáng)對(duì)行星的力，是不是同一種力呢？“天上”的力與“人間”的是否是同一種力呢?二、”月－地”檢驗(yàn)1.檢驗(yàn)?zāi)康模旱厍蚝驮虑蛑g的吸引力是否與地球吸引蘋果的力為同一種力。2.提出假設(shè)：這些力是同一種性質(zhì)的力，并且都遵從與距離的平方成反比的規(guī)律。3.檢驗(yàn)原理：

根據(jù)牛頓第二定律，知：思考9：怎么得到月球的加速度a呢？地表重力加速度：g=9.8m/s2地球半徑：R=6400×103m月亮周期：T=27.3天≈2.36×106s月亮軌道半徑：r≈60R=3.84×108m求出：

即證明：4.數(shù)據(jù)檢驗(yàn)：驗(yàn)證成功?。?！思考10：同學(xué)們能否根據(jù)以上數(shù)據(jù)說(shuō)明上述猜想的正確性？5.結(jié)論：地面物體所受地球的引力，月球所受地球的引力，與太陽(yáng)與行星間的引力，真的遵從相同的規(guī)律！說(shuō)明是同一種性質(zhì)的力。6.推廣：任何兩個(gè)物體之間的都存在這樣的引力。行星繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的向心力是太陽(yáng)對(duì)行星的引力衛(wèi)星繞行星公轉(zhuǎn)的向心力是行星對(duì)衛(wèi)星的引力地面上物體所受重力來(lái)自地球?qū)ξ矬w的引力一切物體間都存在引力三.萬(wàn)有引力定律1、萬(wàn)有引力定律內(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，引力的大小與物體的質(zhì)量m1和m2的乘積成正比，與他們之間距離r的二次方成反比。2、萬(wàn)有引力定律表達(dá)式：注：G是比例系數(shù)，叫做引力常量，適用于任何兩個(gè)物體；G在數(shù)值上等于兩個(gè)質(zhì)量都是1kg的物體相距1m時(shí)的相互作用力．3、理解：（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)；（4）適用性（適用范圍）：只適用于兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)間的引力。

a.兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)間的相互作用;b.可以看作質(zhì)點(diǎn)的兩個(gè)物體間的相互作用;c.若是兩個(gè)均勻的球體,應(yīng)是兩球心間的距離。m1m2r四、引力常量的測(cè)量—卡文迪什（許）扭稱實(shí)驗(yàn)(1798年)思考11：分析扭秤實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)量G的原理和實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)的巧妙之處？巧妙之處：兩次放大及等效的思想1.扭秤裝置把微小力通過(guò)杠桿旋轉(zhuǎn)明顯反映出來(lái)（一次放大）；2.扭轉(zhuǎn)角度（微小形變）通過(guò)光標(biāo)的移動(dòng)來(lái)反映（二次放大），從而確定物體間的萬(wàn)有引力。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：

G=6.67×10-11N·m2/kg2實(shí)驗(yàn)意義：①證明了萬(wàn)有引力的存在，使萬(wàn)有引力定律進(jìn)入了真正實(shí)用的時(shí)代；②開(kāi)創(chuàng)了微小量測(cè)量的先河，使科學(xué)放大思想得到推廣。思考與計(jì)算12：既然任何物體間都存在著引力，為什么當(dāng)兩個(gè)人接近時(shí)不會(huì)吸在一起？我們通常分析物體的受力時(shí)是否需要考慮物體間的萬(wàn)有引力？請(qǐng)你根據(jù)實(shí)際中的情況，假設(shè)合理的數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算說(shuō)明以上兩個(gè)問(wèn)題。解析：假設(shè)每個(gè)人的質(zhì)量均為m=60kg，人與人之間的距離為r=1m由萬(wàn)有引力公式：代入數(shù)據(jù)解得：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(wàn)有引力很不顯著，萬(wàn)有引力可以忽略不計(jì)。五、重力與萬(wàn)有引力的關(guān)系1.地球表面處重力與萬(wàn)有引力的關(guān)系①考慮地球自轉(zhuǎn)：重力是萬(wàn)有引力的分力a.兩極處：b.赤道處：②忽略地球自轉(zhuǎn)：重力等于萬(wàn)有引力2.地球表面上方一定高度處重力與萬(wàn)有引力的關(guān)系【課堂訓(xùn)練】1.關(guān)于行星對(duì)太陽(yáng)的引力的說(shuō)法中正確的是（）A.行星對(duì)太陽(yáng)的引力與太陽(yáng)對(duì)行星的引力是同一性質(zhì)的力B.行星對(duì)太陽(yáng)的引力大小與太陽(yáng)的質(zhì)量成正比，與行星的質(zhì)量無(wú)關(guān)C.太陽(yáng)對(duì)行星的引力大于行星對(duì)太陽(yáng)的引力D.行星對(duì)太陽(yáng)的引力大小與太陽(yáng)的質(zhì)量成正比，與行星距太陽(yáng)的距離成反比A2.一顆小行星繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑是地球公轉(zhuǎn)半徑的4倍，則這顆小行星的運(yùn)行速率是地球運(yùn)行速率的（）A.4倍B.2倍C.0.5倍D.16倍C

C4.要使兩物體間的萬(wàn)有引力減小到原來(lái)的1/4，下列辦法可采用的是（）A.使兩個(gè)物體質(zhì)量各減小一半，距離不變B.使其中一個(gè)物體的質(zhì)量減小到原來(lái)的1/4，距離不變C.使兩物體的距離增為原來(lái)的2倍，質(zhì)量不變D.兩物體的距離和兩物體質(zhì)量都減小為原來(lái)的1/4ABC5.兩個(gè)大小相等的實(shí)心均質(zhì)小鐵球，緊靠在一起時(shí)它們之間的萬(wàn)有引力為F；若兩個(gè)半徑2倍于小鐵球的實(shí)心均勻大鐵球緊靠在一起，則它們之間的萬(wàn)有引力為（）A、2FB、4FC、8FD、16FD6.離地面某一高度h處的重力加速度是地球表面重力加速度的二分之一，則高度h是地球半徑的多少倍？解析：地球表面上物體所受重力約等于地球?qū)ξ矬w的引力，則有離地面高度為h處由題意知解得

7.如圖所示，在一個(gè)半徑為R、質(zhì)量為M的均勻球體中，緊貼球的邊緣挖去一個(gè)半徑為R/2的球形空穴后，對(duì)位于球心和空穴中心連線上、與球心