万有引力定律课件-高一下学期物理人教版必修2

制作者：河南驻马店高级中学李阳学习目标：1、了解万有引力定律的发现过程；2、理解万有引力定律的内容，会用万有引力定律公式解决有关问题；3、知道引力常量的测定方法及其在物理学上的重要意义。重、难点：1、万有引力定律及其应用；2、月—地检验。第六章万有引力与航天6.3万有引力定律

为什么行星不能飞离太阳，要围绕着太阳运动呢？在自然界中，当以一定的初速度将物体抛出后，物体总会落到地面上。是什么原因使得地面的物体不能离开地球，总要落回地面呢？太阳与地球之间的吸引力与地球吸引物体（苹果）的力是否是同一种力呢?设想请思考

即使在最高的建筑物上和最高的山顶上，都不会发现重力有明显的减弱，那么，这个力会不会延伸作用到月球上?拉住月球围绕地球运动？也就是说，拉住月球使它围绕地球运动的力（行星与卫星之间作用力，），与地球拉着苹果下落的力，以及太阳与地球、众行星之间的作用力是否是同一种力呢？他们遵循的规律是否相同的呢?……再设想牛顿(1643—1727)是英国著名的物理学家、数学家和天文学家，是十七世纪最伟大的科学巨匠。牛顿一生对科学事业所做的贡献，遍及物理学、数学和天文学等领域。牛顿在物理学上最主要的成就，是创立了经典力学的基本体系，对于光学，牛顿致力于光的颜色和光的本性的研究，也作出了重大贡献。牛顿在数学方面，总结和发展了前人的工作，提出了“流数法”，建立了二项式定理，创立了微积分。在天文学方面，牛顿发现了万有引力定律，创制了反射望远镜，并且用它初步观察到了行星运动的规律。

牛顿猜想：

假设地球对月亮、地球对苹果的力是同一种性质的力，这可能是地球对其表面上的物体的重力延伸到月亮，且它们都是类似太阳与行星间的引力，都应遵从“与距离平方成反比”的规律。一、牛顿的猜想怎样根据事实来验证这一猜想呢？二、牛顿的月地检验理论分析：

假设它们是同一种性质的力，且遵从“平方反比”规律。月球围绕地球做匀速圆周运动，所需要的向心力由地球对月球的引力提供。思考1：月球围绕地球做什么运动？谁提供向心力？思考2：苹果下落，做什么运动？谁来提供加速度？苹果下落，做自由落体运动，加速度由地球对苹果的引力来提供。地球半径：R=6.4×106m月亮轨道半径：r=3.8×108m≈60R已知月球轨道处的向心加速度就应该是地面附近苹果下落加速度的1/3600.事实检验：请根据天文观测数据（事实）计算月球所在处的向心加速度：

地球表面附近的重力加速度：g=9.8m/s2

地球半径：

R=6.4×106m

月球围绕地球公转的周期：T=27.3天≈2.36×106s

月球轨道半径：

r=3.8×108m≈60R ？两者十分接近，为牛顿的假想提供了有力的事实根据。月——地检验表明：地面物体所受地球的引力，与月球所受地球的引力，是同一种性质的力。牛顿再度思考：既然太阳与行星之间、地球与月球之间、地球与物体之间都有引力，那么任何两个有质量的物体之间是否也都有这样的引力呢？牛顿又大胆猜想，任何两个物体之间的都存在这样的引力三、万有引力定律1.内容：

自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的方向在它们的连线上，引力的大小与物体的质量m1和m2的乘积成正比，与它们之间距离r的二次方成反比。其中G为引力常量，r为两物体的中心距离。2.表达式：3.方向：在两个物体的连线上。

①严格地说，万有引力定律公式只适用于质点间的相互作用。②对两个质量分布均匀的球体间相互作用，也可用此定律来计算。此时，r是两个球体球心间的距离。③对一个均匀球体与球外一个质点的万有引力也适用，其中r为球心到质点间的距离。④两个物体间距离远大于物体本身大小时，公式也近似适用，其中r为两物体质心间的距离．4.万有引力定律适用的条件5.引力常量的测量卡文迪许卡文迪许扭秤实验

①数值：G=6.67×10-11Nm2/kg2

②G值的物理含义：两个质量为1kg的物体相距1m时，它们之间万有引力为6.67×10-11N6.对万有引力定律的理解（找关键词）

(1)普遍性：它存在于宇宙中任何有质量的物体之间，不管它们之间是否还有其他作用力。

(2)普适性：G是一个仅和m、r、F单位选择有关，而与物体性质无关的恒量。

(3)相互性：两物体间的相互引力，是一对作用力和反作用力，符合牛顿第三定律。

(4)宏观性：通常情况下，万有引力非常小，只有在质量巨大的天体间或天体与物体间，它的作用才有宏观的意义。(5)特殊性：万有引力的大小只与它们的质量有关，与它们间的距离有关。与其他的因素均无关。7、万有引力定律的意义万有引力定律的发现有着重要的物理意义:17世纪自然科学最伟大的成果之一，第一次揭示了自然界中的一种基本相互作用的规律，在人类认识自然的历史上树立了一座里程碑。它对物理学,天文学的发展具有深远的影响;它把地面上物体运动的规律和天体运动的规律统一起来;对科学文化发展起了积极的推动作用,解放了人们的思想,给人们探索自然的奥秘建立了极大信心,人们有能力理解天地间的各种事物.地表物体所受的万有引力可以分解成物体所受到的重力和随地球自转而做圆周运动的向心力四、万有引力和重力的关系1．重力是万有引力的一个分力2．物体在地球上不同位置处的重力a.赤道上：c.两极处：b.纬度面上：d.（忽略自转时）高空处：方向指向地心方向并不指向地心方向指向地心例1.以下对万有引力定律的公式理解正确的是（）

A．两物体间的吸引力是一对平衡力

B．两物体间的吸引力是一对相互作用力

C．当物体间的距离趋近于零时，其吸引力趋近无穷大D．当物体间的距离趋近于零时，公式不成立解析：m1与m2之间的相互作用力是一对作用力与反作用力，它们分别作用在两个不同的物体上，不是平衡力．当r趋近于零时，则两物体不能看成质点，公式不再适用．例2.地球质量M=5.98×1024kg，极半径R=6357km,赤道半径R0=6378km,求：（1）质量为m=1kg的物体在两极和赤道上随地球自转时所需的向心力；（2）两极和赤道上的重力加速度.解：（1）地面上的物体在纬度不同处随地球自转的角速度相同,两极上的物体不自转，其向心力为零，赤道上物体的向心力为（2）两极上的物体向心力为零，重力等于其受到的引力赤道上的物体受到的引力提供重力和向心力例3.地球与物体间的万有引力可以认为在数值上等于物体的重力，那么在6400km的高空，物体的重力与它在地面上的重力之比为(地球半径R＝6400km)(

)A．2∶1

B．1∶2C．1∶4D．1∶1例4.如图一个质量均匀分布的球体，半径为2r，在其内部挖去一个半径为r的球形空穴，其表面与球面相切．已知挖去小球的质量为m，在球心和空穴中心连线上，距球心d＝6r处有一质量为m2的质点，求剩余部分对m2的万有引力．将挖去的小球填入空穴中，由球体的体积公式知大球的质量为8m，则剩余部分的质量为7m.大球对质点的引力小球对质点的引力剩余部分对质点的引力点评：万有引力表达式适用于质点间的相互作用，也适用于质量分布均匀的球体，当球体挖去一个小球后，球体不再是质量分布均匀的球体，不能简单地套用万有引力公式计算．采用填补法，把挖去的部分补上，然后把多计算的力从总的万有引力中减去．例5.宇航员在地球表面以一定初速度竖直上抛一物体，经过时间