優(yōu)化方案必修2第六章第二節(jié)太陽(yáng)與行星間的引力第三節(jié)萬(wàn)有引力定律.ppt

1、第二節(jié) 太陽(yáng)與行星間的引力,第三節(jié) 萬(wàn)有引力定律,學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.知道太陽(yáng)與行星間存在引力作用及行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的向心力是由太陽(yáng)對(duì)它的引力提供. 2.了解萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，理解萬(wàn)有引力定律的內(nèi)容，會(huì)用萬(wàn)有引力定律公式解決有關(guān)問(wèn)題，注意公式的適用條件. 3.知道引力常量的測(cè)定方法及其在物理學(xué)上的重要意義. 重點(diǎn)難點(diǎn)：1.萬(wàn)有引力定律及其應(yīng)用. 2.月地檢驗(yàn). 易錯(cuò)問(wèn)題：對(duì)萬(wàn)有引力定律公式適用條件的理解.,基礎(chǔ)知識(shí)梳理,一、太陽(yáng)與行星間的引力 1.太陽(yáng)對(duì)行星的引力 太陽(yáng)對(duì)不同行星的引力，與行星的質(zhì)量m成_，與行星和太陽(yáng)間距離的二次方成_，即F_.,正比,反比,m/r2,2.行星對(duì)太陽(yáng)的引力 行星

2、對(duì)太陽(yáng)的引力與太陽(yáng)的質(zhì)量M成_，與行星和太陽(yáng)間距離的二次方成_，即F_.,正比,反比,M/r2,3.太陽(yáng)與行星間的引力 （1）太陽(yáng)與行星間引力的大小與太陽(yáng)和行星質(zhì)量的_成正比，與兩者距離的二次方成反比，即F=_. (2)表達(dá)式中的G是比例系數(shù)，其大小與太陽(yáng)和行星的質(zhì)量無(wú)關(guān)，引力的方向沿二者的連線.,乘積,二、萬(wàn)有引力定律 1.月地檢驗(yàn) 由于月球軌道半徑約為地球半徑的60倍，則月球軌道上物體受到的引力是地球上的_，根據(jù)牛頓第二定律，物體在月球軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度（月球公轉(zhuǎn)的向心加速度）應(yīng)該是它在地球表面附近下落時(shí)的加速度（自由落體加速度）的_，根據(jù)計(jì)算和測(cè)得的數(shù)據(jù)可以得出：地面物體所受地球的引力

3、與月球所受地球的引力是同一性質(zhì)的力.,1/602,1/602,2.萬(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，引力的大小與物體的質(zhì)量m1和m2的_成正比、與它們之間距離r的_成反比. （2）表達(dá)式：_,乘積,二次方,3.引力常量 （1）大?。篏=_. （2）測(cè)定：英國(guó)物理學(xué)家_在實(shí)驗(yàn)室里準(zhǔn)確地測(cè)出了G值.,6.6710-11 Nm2/kg2,卡文迪許,核心要點(diǎn)突破,一、對(duì)萬(wàn)有引力定律的進(jìn)一步理解 1.公式的適用條件:嚴(yán)格說(shuō) 只適用于計(jì)算兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)的相互作用,但對(duì)于下述幾種情況,也可用該公式計(jì)算.,（1）兩質(zhì)量分布均勻的球體間的相互作用,可用公式計(jì)算,其中r

4、是兩個(gè)球體球心的距離. （2）一個(gè)均勻球體與球外一個(gè)質(zhì)點(diǎn)間的萬(wàn)有引力,可用公式計(jì)算,r為球心到質(zhì)點(diǎn)間的距離. （3）兩個(gè)物體間的距離遠(yuǎn)大于物體本身的大小時(shí),公式也適用,r為兩物體中心間的距離.,2.萬(wàn)有引力的特點(diǎn),特別提醒 1.任何物體間的萬(wàn)有引力都是同種性質(zhì)的力. 2.任何有質(zhì)量的物體間都存在萬(wàn)有引力.一般情況下，分析問(wèn)題時(shí)，只考慮天體間或天體對(duì)附近物體的萬(wàn)有引力，質(zhì)量較小的物體間引力忽略不計(jì).,二、萬(wàn)有引力和重力的關(guān)系 1.重力是萬(wàn)有引力的一個(gè)分力 重力是由于地球的吸引而產(chǎn)生的，但能否說(shuō)萬(wàn)有引力就是重力呢？分析這個(gè)問(wèn)題應(yīng)從地球自轉(zhuǎn)入手，在地球表面上的物體所受的萬(wàn)有引力F可以分解成物體所受到

5、的重力G和隨地球自轉(zhuǎn)而做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力F，如圖 6-2-1所示，,圖6-2-1,其中 而F=m2r，從圖中可以看出：重力是萬(wàn)有引力的一個(gè)分力，方向一般并不指向地心，其大小隨緯度的增大而增大.,2.在兩極處的重力 在兩極處,由于物體自轉(zhuǎn)需要的向心力為零,所以地球?qū)ξ矬w的萬(wàn)有引力就等于重力,即 方向指向地心.,3.在赤道處的重力 在赤道處,物體所受的地球給的萬(wàn)有引力可以分解成兩個(gè)同方向的力,其中一個(gè)是物體的重力,另一個(gè)是物體隨地球自轉(zhuǎn)需要的向心力.假設(shè)地球自轉(zhuǎn)的角速度為,則有:F引=mg+m2R，所以mg=F引-m2R= 方向指向地心.,由于地球自轉(zhuǎn)的角速度很小,物體自轉(zhuǎn)需要的向心力很小,所以對(duì)

6、于任何物體都有: 因此在一般情況下進(jìn)行計(jì)算時(shí)可以認(rèn)為:,4.在高空處的重力 假如說(shuō)物體距地面的高度為h,在忽略地球自轉(zhuǎn)的條件下有: 而gR2=GM.解得: 這個(gè)關(guān)系式表明，隨著高度的增加，重力加速度會(huì)減小.在計(jì)算時(shí)，這個(gè)因素有時(shí)是不能忽略的.,課堂互動(dòng)講練,兩大小相同的實(shí)心小鐵球緊靠在一起，它們之間的萬(wàn)有引力為F，若兩個(gè)半徑是小鐵球2倍的實(shí)心大鐵球緊靠在一起，則它們之間的萬(wàn)有引力為（ ）,A.1/4F B.4F C.1/16F D.16F 【思路點(diǎn)撥】由公式 可知F既與兩物體的質(zhì)量有關(guān)，也和兩物體中心間的距離r有關(guān).,【解析】小鐵球間的萬(wàn)有引力 大鐵球半徑是小鐵球半徑的2倍,其質(zhì)量為 小鐵球,

7、大鐵球 所以兩個(gè)大鐵球間的萬(wàn)有引力 【答案】D,【點(diǎn)評(píng)】運(yùn)用萬(wàn)有引力定律時(shí)，要準(zhǔn)確理解萬(wàn)有引力定律公式中各量的意義并能靈活運(yùn)用.本題通常容易出現(xiàn)的錯(cuò)誤是考慮兩球球心距離的變化而忽略球體半徑變化而引起的質(zhì)量變化，從而導(dǎo)致錯(cuò)誤.,1.如圖6-2-2所示兩球間的距離為r,兩球的質(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)有引力大小為（ ）,圖6-2-2,解析：選D.兩球質(zhì)量分布均勻,可認(rèn)為質(zhì)量集中于球心,所以兩球心間距離應(yīng)為（r1+r2+r）,由公式知兩球間萬(wàn)有引力應(yīng)為 所以D選項(xiàng)正確.,（2010年西安八校聯(lián)考）一個(gè)質(zhì)量均勻分布的球體，半徑為2r，在其內(nèi)部挖去一個(gè)半徑為r

8、的球形空穴，其表面與球面相切，如圖6-2-3所示.已知挖去小球的質(zhì)量為m，在球心和空穴中心連線上，距球心d=6r處有一質(zhì)量為m2的質(zhì)點(diǎn)，求剩余部分對(duì)m2的萬(wàn)有引力.,圖6-2-3,【思路點(diǎn)撥】處理本題的關(guān)鍵是采用填補(bǔ)法，把挖去的部分補(bǔ)上，然后把多計(jì)算的力從總的萬(wàn)有引力中減去.,【解析】將挖去的小球填入空穴中，由 可知，大球的質(zhì)量為8m，大球?qū)2的引力為,被挖去的小球?qū)2的引力為 m2所受剩余部分的引力為,【點(diǎn)評(píng)】當(dāng)質(zhì)點(diǎn)與質(zhì)量分布均勻的球體間或兩個(gè)質(zhì)量分布均勻的球體間距離較小時(shí)，球體雖然不能看作質(zhì)點(diǎn)，但仍可用公式 計(jì)算萬(wàn)有引力，此時(shí)的r應(yīng)等于質(zhì)點(diǎn)與球心的距離或兩個(gè)球心間的距離.,2.設(shè)想把質(zhì)

9、量為m的物體放在地球的中心，地球質(zhì)量為M，半徑為R，則物體與地球間的萬(wàn)有引力是（ ） A.零 B.無(wú)窮大 C. D.無(wú)法確定,解析：選A.地心周?chē)奈矬w對(duì)放在地心處的物體的萬(wàn)有引力的合力為零，所以選項(xiàng)A正確.,設(shè)想有一宇航員在某行星的極地上著陸時(shí)，發(fā)現(xiàn)物體在當(dāng)?shù)氐闹亓κ峭晃矬w在地球上重力的0.01倍，而該行星一晝夜的時(shí)間與地球相同，物體在它赤道上時(shí)恰好完全失重.若存在這樣的星球，它的半徑R應(yīng)多大？,【解析】設(shè)行星的半徑為R，在赤道上質(zhì)量為m的物體隨星體自轉(zhuǎn)，物體受力如圖6-2-4所示，根據(jù)牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律得,圖 6-2-4,mg-FN=m2R 依題意FN=0，所以g=2R. 在極地地區(qū)物體重

10、力僅為地球上重力的0.01倍，可知g=0.01 g 自轉(zhuǎn)周期與地球相同，即T=T=8.64104 s，,可知該星球半徑為 【答案】1.85107 m,【點(diǎn)評(píng)】當(dāng)忽略星球自轉(zhuǎn)影響時(shí)，可以認(rèn)為重力等于萬(wàn)有引力；當(dāng)考慮自轉(zhuǎn)影響時(shí)，主要掌握兩種特殊情況： （1）在兩極：G重=F萬(wàn)； （2）在赤道：G重=F萬(wàn)-F向.,3.假如地球自轉(zhuǎn)速度增大,下列說(shuō)法正確的是（ ） A.放在赤道地面上物體的萬(wàn)有引力不變 B.放在兩極地面上的物體的重力不變 C.放在赤道地面上物體的重力減小 D.放在兩極地面上物體的重力增加,解析：選ABC.地球自轉(zhuǎn)角速度增大,物體受到萬(wàn)有引力不變,選項(xiàng)A對(duì);在兩極,物體受到的萬(wàn)有引力等于

11、其重力,則其重力不變,B對(duì)D錯(cuò);而對(duì)放在赤道地面上的物體,F萬(wàn)=G重+m2R，由于增大，則G重減小，選項(xiàng)C對(duì).,宇航員在地球表面以一定初速度豎直上拋一物體，經(jīng)過(guò)時(shí)間t物體落回原處；若他在某星球表面以相同的初速度豎直上拋同一物體，需經(jīng)過(guò)時(shí)間5t物體落回原處.（取地球表面重力加速度g=10 m/s2，空氣阻力不計(jì)）,（1）求該星球表面附近的重力加速度g的大小； （2）已知該星球的半徑與地球半徑之比為 R星R地=14，求該星球的質(zhì)量與地球質(zhì)量之比M星M地.,【思路點(diǎn)撥】本題是豎直上拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律和萬(wàn)有引力的結(jié)合,關(guān)鍵是要求出該星球表面的重力加速度,豎直上拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律在該星球表面仍然適用.,【解析】（1）

12、由豎直上拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律可知地面上豎直上拋物體落回原地經(jīng)歷的時(shí)間為：t=2v0/g 在該星球表面豎直上拋的物體落回原地所用時(shí)間為： 5t=2v0/g,所以g=1/5g=2 m/s2.,（2）星球表面物體所受重力等于其所受星體的萬(wàn)有引力,則有： 可解得：M星M地=180. 【答案】（1）2 m/s2 (2)180,【點(diǎn)評(píng)】處理此類(lèi)綜合題,關(guān)鍵是抓住兩者之間的聯(lián)系紐帶重力加速度;另外在其他星球表面的物體,不強(qiáng)調(diào)星球自轉(zhuǎn)時(shí),也有重力等于萬(wàn)有引力.,4.（2010年衡水高一檢測(cè)）如圖6-2-5所示，一火箭以a=g/2的加速度豎直升空.為了監(jiān)測(cè)火箭到達(dá)的高度，可以觀察火箭上搭載物視重的變化.如果火箭上搭載的一只小狗的質(zhì)量為 m=1.6 kg，當(dāng)檢測(cè)儀器顯示小狗的視重為 F=9 N時(shí)，