2020-2021学年2 万有引力定律评课ppt课件

这是一份2020-2021学年2 万有引力定律评课ppt课件，共48页。PPT课件主要包含了课前自主学习，天文观测，二次方，卡文迪什，67×10-11，课堂互动探究，推导过程，万有引力的性质，课堂回眸，课堂素养达标等内容，欢迎下载使用。

一、行星与太阳间的引力任务驱动　行星绕着太阳做匀速圆周运动,是什么力提供向心力?提示:太阳对行星的万有引力提供向心力。
1.太阳对行星的引力:F=_________________________。结合开普勒第三定律得F∝ 。2.行星对太阳的引力:根据牛顿第三定律,行星对太阳的引力F′的大小也存在与上述关系对称的结果,即F′∝ 。3.太阳与行星间的引力:由于F∝ 、F′∝ ,且F=F′,则有F∝ ,写成等式__________,式中G为比例系数,与太阳、行星都没有关系。
二、月—地检验1.理论分析:设地球半径为r地,地球和月球间距离为r地月。
三、万有引力定律1.内容:自然界中任何两个物体都相互_____,引力的方向在它们的_____上,引力的大小与物体的质量m1和m2的乘积成_____、与它们之间距离r的_______成反比。2.公式:F= 3.引力常量:英国物理学家_________较准确地得出了G的数值,现在通常取G=___________ N·m2/kg2。
主题一 行星与太阳间的引力【生活情境】
【问题探究】(1)图1,开普勒描述了行星的运动规律,许多科学家对行星围绕太阳运动的原因提出各种猜想去解释,为什么他们没有能够得到最准确的结果?提示:关于运动和力的清晰概念是在他们以后由牛顿建立的,当时没有这些概念,因此他们无法深入研究。
(2)行星所做的匀速圆周运动与我们平常生活中见到的匀速圆周运动是否符合同样的动力学规律?行星受到的力与哪些因素有关?提示:符合同样的动力学规律;行星围绕太阳的运动可能是太阳的引力作用造成的,太阳对行星的引力F应该与行星到太阳的距离r有关。
【结论生成】1.推导思路:把行星绕太阳的椭圆运动简化为以太阳为圆心的匀速圆周运动,运用圆周运动规律结合开普勒第三定律、牛顿运动定律推导出太阳与行星间的引力表达式。
3.太阳与行星间的引力的特点:太阳与行星间引力的大小,与太阳的质量、行星的质量成正比,与两者距离的二次方成反比。太阳与行星间引力的方向沿着二者的连线方向。4.公式F= 的适用范围:我们在已有的观测结果(开普勒行星运动定律)和理论引导(牛顿运动定律)下进行推测和分析,所得出的结论不但适用于行星与太阳之间的作用力,而且对其他天体之间的作用力也适用。
【典例示范】　(多选)下列说法正确的是(　　)A.在探究太阳对行星的引力规律时,我们引用了公式F= ,这个关系式实际上是牛顿第二定律,是可以在实验室中得到验证的B.在探究太阳对行星的引力规律时,我们引用了公式v= ,这个关系式实际上是匀速圆周运动的一个公式,它是由线速度的定义式得来的C.在探究太阳对行星的引力规律时,我们引用了公式 =k,这个关系式是开普勒第三定律,是可以在实验室中得到验证的D.在探究太阳对行星的引力规律时,使用的三个公式,都是可以在实验室中得到验证的
【解析】选A、B。公式F= 中 是行星做圆周运动的加速度,故这个关系式实际是牛顿第二定律,也是向心力公式,所以能通过实验验证,A正确;v= 是在匀速圆周运动中,一个周期过程中运动轨迹的弧长与时间的比值即线速度,B正确;开普勒第三定律 =k是无法在实验室中得到验证的,是开普勒在研究天文学家第谷的行星观测记录时发现的,C、D错误。
【素养训练】(多选)根据开普勒行星运动定律和圆周运动知识得:太阳对行星的引力F∝ ,行星对太阳的引力F′∝ ,其中M、m、r分别为太阳的质量、行星的质量和太阳与行星间的距离。下列说法正确的是 (　　)A.由F∝ 和F′∝ 知F∶F′=m∶MB.F和F′大小相等,是作用力和反作用力C.F和F′大小相等,是同一个力D.太阳对行星的引力提供行星绕太阳做圆周运动的向心力
【解析】选B、D。F和F′大小相等,方向相反,是作用力和反作用力,A、C错误,B正确;太阳对行星的引力提供行星绕太阳做圆周运动的向心力,D正确。
主题二 月—地检验【实验情境】如图是牛顿对行星与太阳、月球与地球、地球与苹果间引力的思考图。
【问题探究】(1)地球绕太阳运动,月球绕地球运动,它们之间的作用力是同一性质的力吗?这种力与地球对树上苹果的吸引力也是同一种性质的力吗?提示:这三种相互作用力是同一性质的。(2)如何检验地月运行所遵循的规律?提示:利用月球做圆周运动的观测数据和地球表面的重力加速度数据可验证。
【结论生成】　月—地检验的分析:(1)目的:验证月球绕地球运动的力与使得苹果下落的力是同一种力,从而将太阳与行星间的引力规律推广到宇宙中的一切物体之间。(2)原理:计算月球绕地球运动的向心加速度an,将an与物体在地球附近下落的加速度——自由落体加速度g比较,看是否满足an= g。(3)结论:数据表明,an与 g相等,这说明地面物体受地球的引力、月球受地球的引力,以及太阳、行星间的引力,遵从相同的规律。
【典例示范】　若想检验“使月球绕地球运动的力”与“使苹果落地的力”遵循同样的规律,在已知月地距离约为地球半径60倍的情况下,需要验证(　　)A.地球吸引月球的力约为地球吸引苹果的力的 B.月球公转的加速度约为苹果落向地面加速度的 C.月球表面的重力加速度约为地球表面的 D.苹果在月球表面受到的引力约为在地球表面的
【解析】选B。若想检验“使月球绕地球运动的力”与“使苹果落地的力”遵循同样的规律——万有引力定律,则应满足 ma,因此加速度a与距离r的二次方成反比,故B正确。
【素养训练】　下面关于行星对太阳的引力的说法正确的是(　　)A.行星对太阳的引力与太阳对行星的引力是同一性质的力B.行星对太阳的引力只与太阳的质量成正比,与行星的质量无关C.太阳对行星的引力大于行星对太阳的引力D.行星对太阳的引力大小与太阳的质量成正比,与行星距太阳的距离成反比【解析】选A。太阳与行星间的引力是一对作用力和反作用力,一定是同种性质的力,且大小相等,A正确,C错误;根据F= 知,F与M、m均有关,且与r2成反比,B、D错误。
主题三 万有引力定律航天情境
【问题探究】　(1)如图是我国发射的“天宫二号”空间实验室。人造地球卫星和地球间的引力与太阳和行星间的引力是同种性质的力吗?怎样证明?
提示:是同种;假定卫星绕行星做匀速圆周运动,设轨道半径为R,运行周期为T,行星和卫星质量分别为M和m,卫星做圆周运动的向心力由行星的引力提供,若行星和卫星之间的引力满足太阳与行星之间引力的规律,则 =常量。通过观测卫星的运行轨道半径R和周期T,若它们的 为常量,则说明太阳与行星间引力的规律适用于行星和卫星之间。
(2)万有引力定律的重要物理意义是什么?提示:万有引力定律明确地向人们宣告天上和地上的物体都遵循着完全相同的科学法则。它对物理学、天文学的发展具有深远的影响;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。
【结论生成】1.对万有引力定律表达式F= 的说明:(1)引力常量G:G=6.67×10-11N·m2/kg2;其物理意义为:引力常量在数值上等于两个质量都是1 kg的质点相距1 m时的相互吸引力。(2)距离r:公式中的r是两个质点间的距离,对于质量均匀分布的球体,就是两球心间的距离。
2.F= 的适用条件:(1)万有引力定律的公式适用于计算质点间的相互作用,当两个物体间的距离比物体本身大得多时,可用此公式近似计算两物体间的万有引力。(2)质量分布均匀的球体间的相互作用,可用此公式计算,式中r是两个球体球心间的距离。(3)一个均匀球体与球外一个质点的万有引力也可用此公式计算,式中的r是球体球心到质点的距离。
【典例示范】　对于质量分别为m1和m2的两个物体间的万有引力的表达式F= ,下列说法正确的是(　　)A.m1和m2所受引力总是大小相等B.当两物体间的距离r趋于零时,万有引力趋于无穷大C.当有第3个物体放入m1、m2之间时,m1和m2间的万有引力将增大D.m1和m2所受的引力性质可能相同,也可能不同
【解析】选A。物体间的万有引力是一对相互作用力,是同种性质的力且始终等大反向,A正确,D错误;当物体间距离趋于零时,物体就不能看成质点,因此万有引力表达式不再适用,物体间的万有引力不会变得无穷大,B错误;物体间万有引力的大小只与两物体的质量m1、m2和物体间的距离r有关,与是否存在其他物体无关,C错误。
【素养训练】1.(多选)要使两物体间的万有引力减小到原来的 ,下列办法可行的是(　　)A.使物体的质量各减小一半,距离不变B.使其中一个物体的质量减小到原来的 ,距离不变C.使两物体间的距离增大为原来的2倍,质量不变D.使两物体间的距离和质量都减为原来的 【解析】选A、B、C。根据F= 可知,距离和质量都减为原来的 时,万有引力不变,D错误,A、B、C正确。
2.(2020·全国Ⅰ卷)火星的质量约为地球质量的 ,半径约为地球半径的 ,则同一物体在火星表面与在地球表面受到的引力的比值约为 (　　)A.0.2　　　B.0.4　　　C.2.0　　　D.2.5【解析】选B。物体在地球表面受到的引力F1= ,在火星表面受到的引力F2= ,则同一物体在火星表面与在地球表面受到的引力的比值 =0.4,故选项B正确,A、C、D错误。
【补偿训练】1.(多选)对于万有引力定律的表达式F= ,下列说法中正确的是 (　　)A.公式中G为引力常量,与两个物体的质量无关B.引力F与距离r成反比C.m1与m2受到的引力大小总是相等的,方向相反,是一对平衡力D.m1与m2受到的引力大小总是相等的,而与m1、m2是否相等无关
【解析】选A、D。公式中的G为比例系数,称作引力常量,与两个物体的质量无关,A对;引力F与物体间距离r的平方成反比,B错;m1与m2受到彼此的引力为作用力与反作用力,此二力总是大小相等、方向相反,与m1、m2是否相等无关,C错,D对。
2.(多选)关于万有引力定律,下列说法中正确(　　)A.万有引力定律是牛顿在总结前人研究成果的基础上发现的B.万有引力定律不适用于质点间的相互作用C.公式中的G是一个比例常量,其单位是N·m2/kg2D.任何两个质量分布均匀的球体之间的相互作用力可以用该公式来计算,r是两球球心之间的距离
【解析】选A、C、D。万有引力定律和其他定律一样,是牛顿在总结前人研究成果的基础上发现的,具有普适性,故A正确,B错误。万有引力定律公式F= 中G=6.67×10-11N·m2/kg2,称为万有引力常量。对于质量分布均匀的球体之间的相互作用力也可以用该公式计算,其中r为两球球心间的距离,故C、D正确。
G=6.67×10-11 N·m2/kg2
普遍性 相互性 宏观性
1.关于万有引力定律和引力常量,下列说法正确的是(　　)A.万有引力定律是由开普勒发现的,而引力常量是由伽利略测定的B.万有引力定律是由开普勒发现的,而引力常量是由卡文迪什测定的C.万有引力定律是由牛顿发现的,而引力常量是由胡克测定的D.万有引力定律是由牛顿发现的,而引力常量是由卡文迪什测定的【解析】选D。牛顿的苹果和卡文迪什的铅球共同成就了万有引力定律。
2.将物体由赤道向两极移动,则(　　)A.它的重力减小B.它随地球转动的向心力增大C.它随地球转动的向心力减小D.向心力方向、重力的方向都指向地心
【解析】选C。地球表面上所有物体所受地球的万有引力,按其作用效果分为重力和向心力,向心力使物体得以随地球一起绕地轴自转,所以说重力是地球对物体的万有引力的一个分力。万有引力、重力和向心力三个力遵循力的平行四边形定则,只有万有引力的方向指向地心,选项D错误。物体由赤道向两极移动时,万有引力大小不变,向心力减小,重力增大,当到达两极时,重力等于万有引力,选项A、B错误,C正确。
3.牛顿发现万有引力定律的思维过程是(　　)A.理想实验—理论推导—实验检验B.假想—理论推导—规律形成C.假想—理论推导—实验检验D.实验事实—假想—理论推导【解析】选C。牛顿的思维过程:从苹果落地产生假想,后来经过理论推导得出万有引力定律,最后通过地—月检验,确定定律的正确性。
4.地球质量大约是月球质量的81倍,在“嫦娥三号”探月卫星通过月、地之间某一位置时,月球和地球对它的引力大小相等,该位置到月球中心和地球中心的距离之比为(　　)A.1∶3　　B.1∶9　　C.1∶27　　D.9∶1【解析】选B。由万有引力定律可得,月球对探月卫星的引力F= ,地球对探月卫星的引力F= ,由以上两式可得 故选项B正确。
5.地球表面重力加速度为g,忽略地球自转的影响,在距地面高度为h的空中重力加速度是地面上重力加速度的几倍?已知地球半径为R。