7.2萬有引力定律 教學(xué)課件-2023-2024學(xué)年高一下學(xué)期物理人教版（2019）必修第二冊

第六章萬有引力與航天6.3萬有引力定律武陟縣第一中學(xué)任偉濤第六章萬有引力與航天第六章萬有引力與航天視頻簡單地介紹了我國在航天上取得的一些成就，有神舟號系列、天宮系列、天舟號等。除此，還有我們熟知的嫦娥號系列和探測火星的天問一號。這里尤其要提的是神州十三號載人飛船經(jīng)過為期6個月的在軌飛行后于4月16日安全返航。探索浩瀚宇宙，永無止境。發(fā)展航天事業(yè)，建設(shè)航天強(qiáng)國，是我們不懈的追求。航天事業(yè)的發(fā)展，離不開萬有引力定律的支撐，而萬有引力定律的前世今生還要從一個蘋果說起！第六章萬有引力與航天6.3萬有引力定律思考與回顧F行星rOMm通過上一節(jié)的學(xué)習(xí)，我們知道了太陽和行星的作用遵從平方反比定律。牛頓在前人研究的基礎(chǔ)上得出，太陽和行星之間的引力使行星繞太陽運(yùn)動，而不會飛離太陽。這個引力的大小和太陽與行星質(zhì)量的乘積成正比，和兩者距離的二次方成反比，方向在二者的連線上。牛頓的思考和猜想地球繞太陽運(yùn)動，月球繞地球運(yùn)動，它們之間的作用力是同一種性質(zhì)的力嗎？牛頓在思考月亮繞地球運(yùn)行的原因時，一個蘋果的落地引起了他的遐想。地球使蘋果下落的力，與太陽、地球間的吸引力是否也是同一種性質(zhì)的力呢？1、蘋果為什么會下落？蘋果為什么沒有落到你的手里呢？牛頓的思考和猜想2、老師要怎么做蘋果才可能落到你的手里？3、如果把蘋果拿到高山上或高大建筑物頂端，它還受到地球的吸引力嗎？釋放后它還會落下嗎？地球?qū)μO果有吸引力沒有給蘋果水平初速度給蘋果一定的水平初速度還會受到地球的吸引力，還要落下來牛頓的思考和猜想4、如果我們變成了超人，伸手把這個蘋果放到更高、更遠(yuǎn)處，放到距離地球38萬公里的月亮軌道上，蘋果還會受到地球?qū)λ囊?？靜止釋放，它會做什么樣的運(yùn)動?是懸停在那兒，還是會落下來？5、在月球軌道處，給蘋果一個和月亮一樣大小的平拋速度，大家想想看，這個蘋果會怎樣運(yùn)動呢？蘋果依然要受到地球的吸引力，還是要落下來會和月亮一樣繞地球轉(zhuǎn)動起來，成為一個蘋果月亮牛頓的思考和猜想6、如果這個時候攔住月亮，讓它的速度變成零，一撒手，月球會做什么樣的運(yùn)動呢？7、月亮為什么沒有掉落下來？月亮?xí)癯筇柕奶O果一樣，在地球吸引力的作用下，落向地面，成為一個月亮蘋果月亮在地球的吸引力作用下做圓周運(yùn)動牛頓的思考和猜想在思考了蘋果落地、月亮繞地球運(yùn)動的原因后，牛頓做出了大膽的猜想，他認(rèn)為：使地球繞太陽、月球繞地球運(yùn)動的力，和地球?qū)渖咸O果的吸引力可能都是同一種性質(zhì)的力，都遵循相同的規(guī)律。牛頓猜想的檢驗(yàn)（月--地檢驗(yàn)）1、能不能直接測量地球和蘋果、月球它們之間的作用力呢？2、如果力的關(guān)系難以驗(yàn)證，那么能不能換個角度，考慮一下力產(chǎn)生的作用效果？3、如果可以的話，我們需要檢驗(yàn)什么呢？牛頓為了驗(yàn)證自己的猜想，進(jìn)行了著名的“月--地檢驗(yàn)”一、要檢驗(yàn)什么牛頓猜想的檢驗(yàn)（月--地檢驗(yàn)）我們知道地面附近的蘋果在只受地球引力作用下做自由落體運(yùn)動，有加速度；因此，可以從力的關(guān)系轉(zhuǎn)化為從加速度的關(guān)系來驗(yàn)證！而月球在地球的引力作用下做勻速圓周運(yùn)動，也有加速度。牛頓猜想的檢驗(yàn)（月--地檢驗(yàn)）2、天文觀測（事實(shí)）地表重力加速度：g=9.8m/s2地球半徑：R=6400×103m月球周期：T=27.3天≈2.36×106s月球軌道半徑：r≈60R=3.84×108m1、理論分析：設(shè)地球半徑為，地球和月球間距為二、怎么檢驗(yàn)牛頓猜想的檢驗(yàn)（月--地檢驗(yàn)）1、理論分析：2、天文觀測:理論分析和天文檢測的結(jié)果一致這表明：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，真的是同一性質(zhì)的力，都遵從相同的規(guī)律！二、怎么檢驗(yàn)牛頓的思考和猜想牛頓猜想是否到這里就結(jié)束了呢？他的思想變得更加解放！既然太陽和行星之間、地球和月球之間，以及地球與地面物體之間具有的吸引力都“與兩個物體的質(zhì)量乘積成正比、與它們之間距離的二次方成反比”，那么是否任意兩個物體之間也都有這樣的力呢？很可能有，只不過由于身邊物體的質(zhì)量比天體的質(zhì)量小的多，感覺不到罷了。萬有引力定律牛頓進(jìn)行了更大膽的推廣，得出了萬有引力定律

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，引力的大小與物體的質(zhì)量m1和m2的乘積成正比，跟它們之間距離r的二次方成反比。G是引力常量1、公式：科學(xué)論證需要證據(jù)支持。開普勒根據(jù)第谷的觀測數(shù)據(jù)提出了行星運(yùn)動定律，行星運(yùn)動定律又為萬有引力定律提供了支持，“月--地檢驗(yàn)”進(jìn)一步驗(yàn)證了萬有引力定律。2、方向：沿它們的連線m1m2r3、適用條件：質(zhì)點(diǎn)

質(zhì)量分布均勻的球體萬有引力定律意義：明確宣告，天上的和地上的物體都遵從相同的科學(xué)法則。向人們揭示，復(fù)雜運(yùn)動的背后可能隱藏著簡潔的科學(xué)規(guī)律，正是這種對簡潔性的追求啟迪著科學(xué)家們不斷探索物理理論的統(tǒng)一。萬有引力定律是科學(xué)史上最偉大的定律之一，它于1687年發(fā)表在牛頓的傳世之作《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中。牛頓將太陽與行星間的引力規(guī)律，一步步推廣至自然界中任何兩個物體之間，需要魄力、膽識和驚人的想象力。物理學(xué)中許多重大理論的發(fā)現(xiàn)，不是簡單的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的總結(jié)，它需要直覺、需要想象力、更需要大膽的猜測和嚴(yán)格的證明！盡管以上的推廣十分自然，但仍要接受事實(shí)的檢驗(yàn)（直接或間接）。本章后面的討論表明，由此得出的結(jié)論與事實(shí)相符！引力常量的測定rFrFmm′mm′1、實(shí)驗(yàn)原理：由公式得

力矩平衡2、科學(xué)方法：微量放大法

扭稱裝置把微小力轉(zhuǎn)變成力矩來反映扭轉(zhuǎn)角度（微小形變）通過光標(biāo)的移動來反映牛頓雖然發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律，但很遺憾，卻無法算出兩個天體之間引力的大小，因?yàn)樗恢酪ΤＡ康闹怠?00多年以后，英國物理學(xué)家卡文迪許通過精巧實(shí)驗(yàn)測量了幾個鉛球之間的引力，進(jìn)而推算出了引力常量的值。引力常量的測定引力常量的測定1、引力常量的大小，通常取G=6.67×10-11N·m2/kg22、引力常量測定意義：引力常量是自然界中少數(shù)幾個最重要的物理常量之一；引力常量的普適性是萬有引力定律正確性的有力證據(jù)！使萬有引力定律有了真正的使用價值。萬有引力的大小

思考：我們?nèi)伺c人之間也應(yīng)該存在萬有引力，可是為什么我們感受不到呢？一個質(zhì)量為的同學(xué)，他所受的重力多大？試估算操場上相距，質(zhì)量均為的兩個同學(xué)之間的萬有引力。解：是一粒芝麻重的幾千分之一，這么小的力，我們根本無法察覺到。萬有引力的大小那么太陽與地球之間的萬有引力又是多大呢？（太陽的質(zhì)量為，地球質(zhì)量為，日、地之間的距離為)這個力非常大，能夠拉斷直徑為的鋼柱?？梢姡祗w之間的萬有引力非常巨大。解：引力常量的測定

要計算物體間的萬有引力，則需知道引力常數(shù)G的大小，但令人遺憾的是截止目前，我們并不知道G的精確值是多少。從1998年至2018年，我國的引力中心在華中科技大學(xué)羅俊團(tuán)隊的帶領(lǐng)下實(shí)現(xiàn)了從無到有，從有到強(qiáng)，逐步走向世界前沿，被國際稱為“世界的引力中心”，于2018年得到了當(dāng)時最為精確的引力常量G值。

誰都見過蘋果落地，但為