物理魯科版（2019）必修第二冊 4.1天地力的綜合：萬有引力定律課件

第1節(jié)天地力的綜合:萬有引力定律學(xué)習(xí)目標(biāo)思維導(dǎo)圖1.知道開普勒定律的內(nèi)容。2.能用開普勒定律分析一些簡單的行星運(yùn)動問題。3.理解萬有引力定律的內(nèi)容、含義及適用條件。4.認(rèn)識萬有引力定律的普遍性,能應(yīng)用萬有引力定律解決實際問題。必備知識自我檢測一、行星運(yùn)動的規(guī)律1.開普勒第一定律:所有行星繞太陽運(yùn)動的軌道都是橢圓,太陽位于橢圓的一個焦點上。2.開普勒第二定律:任何一個行星與太陽的連線在相等的時間內(nèi)掃過的面積相等。3.開普勒第三定律:行星繞太陽運(yùn)行軌道半長軸a的立方與其公轉(zhuǎn)周期T的平方成正比。表達(dá)式為必備知識自我檢測二、萬有引力定律1.內(nèi)容:自然界中任何兩個物體都是相互吸引的,引力的方向沿兩物體的連線,引力的大小F與這兩個物體質(zhì)量的乘積m1m2成正比,與這兩個物體間的距離r的平方成反比。必備知識自我檢測三、引力常量的測定1.牛頓得出了萬有引力定律之后,無法算出萬有引力的大小,因為當(dāng)時不知道引力常量G的值。2.牛頓得出萬有引力定律100多年后,英國物理學(xué)家卡文迪許測量得出引力常量G的值,其數(shù)值通常取G=6.67×10-11N·m2/kg2。3.引力常量的普適性成了萬有引力定律正確性的有力證據(jù)。必備知識自我檢測1.正誤辨析(1)行星繞太陽運(yùn)動一周的時間內(nèi),它離太陽的距離是不變的。(

)解析:行星繞太陽運(yùn)動的軌道是橢圓,太陽在橢圓的一個焦點上,所以行星到太陽的距離是變化的。答案:×(2)公式

=k,只適用于軌道是橢圓的運(yùn)動。(

)解析:公式

=k,既適用于做橢圓運(yùn)動的行星,也適用于做圓周運(yùn)動的行星。答案:×必備知識自我檢測(3)開普勒定律除適用于行星繞太陽的運(yùn)動外還適用于其他天體繞中心天體的運(yùn)動。(

)解析:開普勒定律不僅適用于行星繞太陽的運(yùn)動,也適用于其他天體繞中心天體的運(yùn)動,如衛(wèi)星繞地球的運(yùn)動。答案:√(4)任何兩物體間都存在萬有引力。(

)解析:任何兩個物體間都有相互吸引的力,叫萬有引力。答案:√(5)地球?qū)υ虑虻囊εc地面上的物體所受的地球引力是兩種不同性質(zhì)的力。(

)解析:通過月地檢驗可知地球?qū)υ虑虻囊εc地面上的物體所受的地球引力是相同性質(zhì)的力。答案:×必備知識自我檢測2.關(guān)于開普勒對于行星運(yùn)動規(guī)律的認(rèn)識,下列說法正確的是(

)A.所有行星繞太陽運(yùn)動的軌道都是橢圓B.所有行星繞太陽運(yùn)動的軌道都是圓C.所有行星的軌道半長軸的二次方跟公轉(zhuǎn)周期的三次方的比值都相同D.所有行星的公轉(zhuǎn)周期與行星的軌道半徑成正比解析:由開普勒第一定律知所有行星繞太陽運(yùn)動的軌道都是橢圓,太陽處在橢圓的一個焦點上,選項A正確,B錯誤;由開普勒第三定律知所有行星的軌道半長軸的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等,選項C、D錯誤。答案:A必備知識自我檢測3.一個籃球的質(zhì)量為0.6kg,它所受重力有多大?試估算操場上相距0.5m的兩個籃球之間的萬有引力,通過計算說明我們通常分析物體的受力時是否需要考慮物體間的萬有引力?答案:5.88N

9.60×10-11N

不需要

問題一問題二隨堂檢測對開普勒行星運(yùn)動定律的理解及應(yīng)用情境導(dǎo)引如圖為地球繞太陽運(yùn)行的示意圖,圖中橢圓表示地球的公轉(zhuǎn)軌道,A、B、C、D分別表示春分、夏至、秋分、冬至?xí)r地球所在的位置,試分析說明一年之內(nèi)北半球秋冬兩季比春夏兩季要少幾天的原因。要點提示:地球繞太陽運(yùn)行時,對于北半球的觀察者而言,秋冬季節(jié)地球在近日點運(yùn)動,經(jīng)過CDA這段曲線;在春夏季節(jié)地球經(jīng)過ABC這段曲線,根據(jù)開普勒第二定律,地球在秋冬季節(jié)比在春夏季節(jié)運(yùn)動得快一些,時間相應(yīng)就短一些。一年之內(nèi),北半球春夏兩季比秋冬兩季要多幾天。問題一問題二隨堂檢測知識點撥1.從空間分布認(rèn)識行星的軌道都是橢圓,不同行星軌道的半長軸不同,即各行星的橢圓軌道大小不同,但所有軌道都有一個共同的焦點,太陽在此焦點上。因此開普勒第一定律又叫橢圓軌道定律,如圖所示。問題一問題二隨堂檢測2.從速度大小認(rèn)識(1)如圖所示,如果時間間隔相等,即t2-t1=t4-t3,由開普勒第二定律知,面積SA=SB,可見離太陽越近,行星在相等時間內(nèi)經(jīng)過的弧長越長,即行星的速率越大。因此開普勒第二定律又叫面積定律。(2)近日點、遠(yuǎn)日點分別是行星距離太陽的最近點、最遠(yuǎn)點,所以同一行星在近日點速度最大,在遠(yuǎn)日點速度最小。問題一問題二隨堂檢測(1)在圖中,半長軸是AB間距的一半,不要認(rèn)為a等于太陽到A點的距離;T是公轉(zhuǎn)周期,不要誤認(rèn)為是自轉(zhuǎn)周期,如地球的公轉(zhuǎn)周期是一年,不是一天。(2)行星公轉(zhuǎn)周期跟軌道半長軸之間有聯(lián)系,橢圓軌道半長軸越長的行星,其公轉(zhuǎn)周期越長;反之,其公轉(zhuǎn)周期越短。(3)開普勒第三定律不僅適用于行星,也適用于其他天體。例如,繞某一行星運(yùn)動的不同衛(wèi)星。(4)研究行星時,常數(shù)k與行星無關(guān),只與太陽有關(guān)。研究其他天體時,常數(shù)k只與其中心天體有關(guān)。問題一問題二隨堂檢測畫龍點睛

開普勒第一定律定性說明了行星的運(yùn)動軌道的特點,開普勒第二定律定量描述了同一行星在與太陽距離不同時運(yùn)動快慢的規(guī)律,開普勒第三定律定量描述了不同行星運(yùn)動周期與軌道半長軸的關(guān)系。問題一問題二隨堂檢測實例引導(dǎo)例1火星和木星沿各自的橢圓軌道繞太陽運(yùn)行,根據(jù)開普勒行星運(yùn)動定律可知(

)A.太陽位于木星運(yùn)行軌道的中心B.火星和木星繞太陽運(yùn)行速度的大小始終相等C.火星與木星公轉(zhuǎn)周期之比的二次方等于它們軌道半長軸之比的三次方D.相同時間內(nèi),火星與太陽連線掃過的面積等于木星與太陽連線掃過的面積問題一問題二隨堂檢測解析:根據(jù)開普勒行星運(yùn)動定律,火星和木星沿各自的橢圓軌道繞太陽運(yùn)行時,太陽位于橢圓的一個焦點上,選項A錯誤;行星繞太陽運(yùn)行的軌道不同,周期不同,運(yùn)行速度大小也不同,選項B錯誤;由開普勒第三定律知,選項C正確;火星與太陽連線在相同時間內(nèi)掃過的面積相等,木星與太陽連線在相同時間內(nèi)掃過的面積相等,但這兩個面積不相等,選項D錯誤。答案:C問題一問題二隨堂檢測規(guī)律方法

(1)開普勒定律是對行星繞太陽運(yùn)動的總結(jié),實踐表明開普勒定律也適用于其他天體的運(yùn)動,如月球繞地球的運(yùn)動、衛(wèi)星(或人造衛(wèi)星)繞行星的運(yùn)動。(2)開普勒第三定律普遍適用于天體的運(yùn)動,公式

=k中的“k”對同一中心天體是常數(shù),中心天體不同k值不同。問題一問題二隨堂檢測變式訓(xùn)練1如圖所示是行星m繞恒星M運(yùn)動情況的示意圖,下列說法正確的是(

)A.速度最大點是B點B.速度最小點是C點C.m從A到B做減速運(yùn)動D.m從B到A做減速運(yùn)動解析:由開普勒第二定律可知,近日點時行星運(yùn)行速度最大,因此A、B錯誤;行星由A向B運(yùn)動的過程中,行星與恒星的連線變長,其速度減小,故C正確,D錯誤。答案:C問題一問題二隨堂檢測變式訓(xùn)練2(2019重慶巴蜀中學(xué)期末)通?？山普J(rèn)為行星繞太陽做圓周運(yùn)動。太陽系中有一顆繞太陽公轉(zhuǎn)的行星,距太陽的平均距離是地球到太陽平均距離的4倍,則該行星繞太陽公轉(zhuǎn)的周期是(

)A.10年 B.2年 C.4年 D.8年答案:D問題一問題二隨堂檢測對萬有引力定律的理解情境導(dǎo)引如圖,行星繞太陽的運(yùn)動近似為勻速圓周運(yùn)動。請思考:太陽與行星間的引力如何表示?問題一問題二隨堂檢測要點提示:太陽對行星的引力

(2)太陽與行星間的引力

問題一問題二隨堂檢測知識點撥

問題一問題二隨堂檢測2.萬有引力的四個特性

特性內(nèi)

容普遍性萬有引力不僅存在于太陽與行星、地球與月球之間,宇宙間任何兩個有質(zhì)量的物體之間都存在著這種相互吸引的力相互性兩個有質(zhì)量的物體之間的萬有引力是一對作用力和反作用力,總是滿足大小相等,方向相反,作用在兩個物體的連線上宏觀性地面上的物體之間的萬有引力一般比較小,與其他力比較可忽略不計,但在質(zhì)量巨大的天體之間或天體與其附近的物體之間,萬有引力起著決定性作用特殊性兩個物體之間的萬有引力只與它們本身的質(zhì)量和它們間的距離有關(guān),而與它們所在空間的性質(zhì)無關(guān),也與周圍是否存在其他物體無關(guān)問題一問題二隨堂檢測畫龍點睛

任何有質(zhì)量的物體間都存在萬有引力,一般情況下,質(zhì)量較小的物體之間萬有引力忽略不計,只考慮天體間或天體對放入其中的物體的萬有引力。問題一問題二隨堂檢測實例引導(dǎo)例2有一質(zhì)量為M、半徑為R的密度均勻球體,在距離球心O為2R的地方有一質(zhì)量為m的質(zhì)點,現(xiàn)在從M中挖去一半徑為

的球體,如圖所示,求剩下部分對m的萬有引力F的大小。問題一問題二隨堂檢測問題一問題二隨堂檢測規(guī)律方法“填補(bǔ)法”在引力求解中的應(yīng)用挖去一球體后,剩余部分不再是質(zhì)量分布均勻的球體,不能直接利用萬有引力定律公式求解。可先將挖去部分補(bǔ)上來求引力,求出完整球體對質(zhì)點的引力F1,再求出被挖去部分對質(zhì)點的引力F2,則剩余部分對質(zhì)點的引力為F=F1-F2。問題一問題二隨堂檢測變式訓(xùn)練3要使兩物體(兩物體始終可以看作質(zhì)點)間萬有引力減小到原來的,可采用的方法是(

)A.使兩物體的質(zhì)量各減小一半,距離保持不變B.使兩物體質(zhì)量各減小一半,距離增至原來的2倍C.使其中一個物體質(zhì)量減為原來的,距離增至原來的2倍D.使兩物體質(zhì)量及它們之間的距離都減為原來的答案:C問題一問題二隨堂檢測1.關(guān)于萬有引力定律,下列說法正確的是(

)A.牛頓是在開普勒揭示的行星運(yùn)動規(guī)律的基礎(chǔ)上,發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律,因此萬有引力定律僅適用于天體之間B.卡文迪許首先用實驗比較準(zhǔn)確地測定了引力常量G的數(shù)值C.兩物體各自受到對方引力的大小不一定相等,質(zhì)量大的物體受到的引力也大D.萬有引力定律對質(zhì)量大的物體適用,對質(zhì)量小的物體不適用解析:萬有引力定律適用于所有物體間,A、D錯;根據(jù)物理學(xué)史可知卡文迪許首先用實驗比較準(zhǔn)確地測定了引力常量G的數(shù)值,B對;兩物體各自受到對方的引力的大小遵循牛頓第三定律,C錯。答案:B問題一問題二隨堂檢測2.(2019河北唐山期末)某行星繞一恒星運(yùn)行的橢圓軌道如圖所示,E和F是橢圓的兩個焦點,O是橢圓的中心,行星在B點的速度比在A點的速度大。則該恒星位于(

)A.O點 B.B點C.E點 D.F點解析:根據(jù)開普勒第一定律,恒星應(yīng)該位于橢圓的焦點上,選項A、B錯誤;根據(jù)開普勒第二定律,對任意一個行星來說,它與太陽的連線在相等時間內(nèi)掃過相等的面積,則行星在離恒星較近的位置速率較大,在遠(yuǎn)離恒星的位置速率較小,因為行星在B點的速度比在A點的速度大,則恒星位于E點,選項C正確,D錯誤。答案:C問題一問題二隨堂檢測3.