萬有引力定律（課件）-高一物理講練課堂（人教版2019）

主講老師：陳慶威第七章：第2節(jié)萬有引力定律高中物理必修第二冊課件問題引入00.高中物理必修第二冊課件各行星都圍繞著太陽運(yùn)行，說明太陽與行星之間的引力是使行星如此運(yùn)動的主要原因。引力的大小和方向能確定嗎目錄CONTENT高中物理必修第二冊課件來自科學(xué)家的思考行星與太陽的引力月地檢驗(yàn)萬有引力定律新課引入00.高中物理必修第二冊課件

是什么原因使行星繞太陽運(yùn)動呢？我們先看看科學(xué)家們的思考與探索、、、來自科學(xué)家的思考第一部分伽利略的觀點(diǎn)01.高中物理必修第二冊課件通過自由落體實(shí)驗(yàn)和慣性原理，證明地球上的物體運(yùn)動規(guī)律與天體運(yùn)動可能遵循同一套物理法則。發(fā)現(xiàn)木星的衛(wèi)星系統(tǒng)（1610年），證明并非所有天體都繞地球運(yùn)行，間接支持了“萬有”引力的可能性。胡克的觀點(diǎn)02.高中物理必修第二冊課件在1674年提出“所有天體具有指向其中心的吸引力”，并猜測引力隨距離平方減?。ǖ磾?shù)學(xué)證明）。1680年與牛頓通信時，明確建議將行星的曲線運(yùn)動視為慣性運(yùn)動與中心引力的平衡，這一思想直接影響牛頓。胡克因與牛頓的優(yōu)先權(quán)爭議而聞名，但他的猜想確實(shí)是引力理論的重要環(huán)節(jié)。哈雷的觀點(diǎn)03.高中物理必修第二冊課件通過觀測彗星軌道（現(xiàn)稱“哈雷彗星”），推測其運(yùn)動可能受太陽引力支配。關(guān)鍵作用：1684年，哈雷親自拜訪牛頓并詢問“行星軌道若服從平方反比律會如何”，促使牛頓發(fā)表《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》。哈雷還資助了該書的出版。笛卡兒的觀點(diǎn)04.高中物理必修第二冊課件提出“漩渦理論”（1644年），認(rèn)為行星運(yùn)動由以太漩渦推動。這一理論雖被牛頓否定，但激發(fā)了關(guān)于“遠(yuǎn)距離作用力”的討論。笛卡爾的機(jī)械論哲學(xué)強(qiáng)調(diào)用數(shù)學(xué)和力學(xué)解釋自然，間接推動了對引力的思考。牛頓的觀點(diǎn)05.高中物理必修第二冊課件

牛頓在前人對慣性研究的基礎(chǔ)上，開始思考“物體怎樣才會不沿直線運(yùn)動”，他的回答是：以任何方式改變速度，都需要力。行星做勻速圓周運(yùn)動需要指向圓心的力，這個力應(yīng)該就是太陽對它的引力。能不能求出這個引力的大小和方向呢？行星與太陽間的引力第二部分行星所受向心力的方向01.高中物理必修第二冊課件

行星繞太陽的運(yùn)動可以看做勻速圓周運(yùn)動，行星做勻速圓周運(yùn)動時，受到一個指向圓心（太陽）的引力，正是這個力提供了勻速圓周運(yùn)動所需的向心力，由此可推知太陽與行星間引力的方向沿著二者的連線。太陽與行星間的引力高中物理必修第二冊課件

設(shè)行星的質(zhì)量為m，速度為v，行星與太陽間的距離為r，則行星繞太陽做勻速圓周運(yùn)動的向心力為天文觀測難以直接得到行星的速度v，但可以得到行星的公轉(zhuǎn)周期

TF行星太陽MmＶr行星所受向心力的大小02.高中物理必修第二冊課件行星所受向心力的大小03.根據(jù)開普勒第三定律所以太陽對行星的引力即太陽對不同行星的引力，與行星的質(zhì)量m成正比，與r2成反比。F行星太陽MmＶr高中物理必修第二冊課件類比法牛三F和F′是一對作用力和反作用力，那么可以得出F大小跟太陽質(zhì)量M、行星質(zhì)量m的關(guān)系式有什么關(guān)系？G為比例系數(shù)，與太陽、行星無關(guān)。方向：沿著太陽與行星間的連線FF?MmＶ行星所受向心力的大小04.高中物理必修第二冊課件理想化模型構(gòu)建05.1.勻速圓周運(yùn)動模型：由于太陽系中行星繞太陽做橢圓運(yùn)動的軌跡的兩個焦點(diǎn)靠得很近，行星的運(yùn)動軌跡非常接近圓，所以將行星的運(yùn)動看成勻速圓周運(yùn)動。2.質(zhì)點(diǎn)模型：由于天體間的距離很遠(yuǎn)，研究天體間的引力時將天體看成質(zhì)點(diǎn)，即天體的質(zhì)量集中在球心上。高中物理必修第二冊課件例題1例題精選06.【參考答案】BD（多選）根據(jù)開普勒關(guān)于行星運(yùn)動的規(guī)律和圓周運(yùn)動的知識知：太陽對行星的引力

，行星對太陽的引力

，其中M、m、r分別為太陽、行星質(zhì)量和太陽與行星間的距離。下列說法正確的是()A．由和

，F(xiàn)∶F′＝m∶MB．F和F′大小相等，是作用力與反作用力C．F和F′大小相等，是同一個力D．太陽對行星的引力提供行星繞太陽做圓周運(yùn)動的向心力月地檢驗(yàn)第三部分問題與猜想01.高中物理必修第二冊課件地球?qū)υ虑虻囊?，與地球?qū)渖咸O果的吸引力是同一種性質(zhì)的力嗎？牛頓的思考02.高中物理必修第二冊課件

地球?qū)υ虑虻囊?、地球?qū)Φ孛嫔衔矬w的引力若為同一種力，其大小的表達(dá)式應(yīng)滿足：

月地檢驗(yàn)——理論分析03.高中物理必修第二冊課件RrF

由r=60R，得

月地檢驗(yàn)——天文觀測04.高中物理必修第二冊課件RrF當(dāng)時已知：a蘋=g地=9.8m/s2R地=6400×103mr月＝3.84×108m≈60R，T月=27.3天≈2.36×106s由r=60R，得

結(jié)論：地面物體受地球的引力、月球所受地球的引力，與太陽、行星間的引力，遵循相同的規(guī)律。

問題與思考05.高中物理必修第二冊課件

地面上的物體之間是否存在引力作用？宇宙中一切物體之間會不會都存在這樣的力呢？

牛頓認(rèn)為這種引力不僅存在于天體之間，還存在于所有物體之間，從而闡述了普遍意義下的萬有引力定律。萬有引力定律第四部分萬有引力定律01.高中物理必修第二冊課件2.表達(dá)式：3.適用條件：（1）兩質(zhì)點(diǎn)間（兩物體間距遠(yuǎn)大于物體的線度）（2）兩均質(zhì)球體間（r為兩球球心間的距離）1.內(nèi)容: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、與它們之間距離r

的二次方成反比。rF問題與思考02.高中物理必修第二冊課件

依據(jù)公式

，可知“當(dāng)r減小時，力F增大”。那么，當(dāng)r

減小到趨近于零時，兩物體間的引力趨近于無窮大嗎？即兩個人互相接觸時的萬有引力如果用定律計(jì)算，結(jié)果好像是無窮大，那么這兩個人永遠(yuǎn)不會分開了。是我們好不容易得到的定律錯了？還是我們在使用定律時忽視了什么呢？當(dāng)r趨于零時，兩個物體不能看成質(zhì)點(diǎn)，公式不再成立對萬有引力定律的理解03.高中物理必修第二冊課件1.普遍性：它存在于宇宙中任何客觀存在的兩個物體之間。2.相互性：任何兩物體間的相互引力，都是一對作用力和反作用力，符合牛頓第三定律。3.宏觀性：通常情況下，萬有引力非常小，只有在質(zhì)量巨大的天體間或天體與天體附近的物體間，它的作用才有實(shí)際的物理意義。4.獨(dú)立性：萬有引力的大小只與它們的質(zhì)量和距離有關(guān)，與其他的因素均無關(guān)。不管它們之間是否還有其他作用力。萬有引力定律的意義04.高中物理必修第二冊課件

揭示了地面上物體運(yùn)動的規(guī)律和天體上物體的運(yùn)動遵從同一規(guī)律，讓人們認(rèn)識到天體上物體的運(yùn)動規(guī)律也是可以認(rèn)識的,解放了人們的思想,給人們探索自然的奧秘建立了極大信心,對后來的物理學(xué)、天文學(xué)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)的影響。引力常量的測定05.高中物理必修第二冊課件100多年以后，英國物理學(xué)家卡文迪什利用扭秤裝置，第一次比較準(zhǔn)確地測出了引力常量。牛頓的遺憾：1686年牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律后，因他不知道引力常量G的值，無法算出兩個天體間的引力大小。引力常量的測定06.高中物理必修第二冊課件我國華中科技大學(xué)引力中心團(tuán)隊(duì)于2018年得到了當(dāng)時最精確的引力常量G的值，在引力常量的測量中作出了突出貢獻(xiàn)。扭秤裝置的巧妙之處07.高中物理必修第二冊課件1.扭秤裝置把微小力通過杠桿旋轉(zhuǎn)明顯反映出來（一次放大）；2.扭轉(zhuǎn)角度（微小形變）通過光標(biāo)的移動來反映（二次放大），從而確定物體間的萬有引力。3.標(biāo)準(zhǔn)值：G＝6.67259×10－11N·m2/kg2，通常取G＝6.67×10－11N·m2/kg2。測定引力常量的意義08.高中物理必修第二冊課件1．證明了萬有引力的存在；2．“開創(chuàng)了測量弱力的新時代”（英國物理學(xué)家玻印廷語）；3．使得萬有引力定律有了真正的實(shí)用價值，可測定遠(yuǎn)離地球的一些天體的質(zhì)量、平均密度等?？ㄎ牡鲜矊?shí)驗(yàn)室高中物理必修第二冊課件例題2例題精選09.（多選）關(guān)于引力常量G，下列說法中正確的是（）A．G值的測出使萬有引力定律有了真正的實(shí)用價值B．引力常量G的大小與兩物體質(zhì)量的乘積成反比，與兩物體間距離的平方成正比C．引力常量G在數(shù)值上等于兩個質(zhì)量都是1kg的可視為質(zhì)點(diǎn)的物體相距1m時的相互吸引力D．引力常量G是不變的，其數(shù)值大小與單位制的選擇無關(guān)【參考答案】AC高中物理必修第二冊課件例題3例題精選10.