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物理第二节 万有引力定律公开课课件ppt
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这是一份物理第二节 万有引力定律公开课课件ppt，文件包含62万有引力定律pptx、62万有引力定律解析版docx、62万有引力定律原卷版docx等3份课件配套教学资源，其中PPT共37页， 欢迎下载使用。
1.开普勒第一定律：所有行星绕太阳运动的轨道都是 ，太阳处在 上.2..开普勒第二定律：对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间内扫过的______ .3..开普勒第三定律：所有行星轨道的 跟它的 的比都相等.其表达式为 ＝k，其中a是椭圆轨道的半长轴，T是公转周期，k是一个对所有行星 的常量.
1.行星绕太阳运动的轨道十分接近圆，太阳处在 .2.行星绕太阳做 运动.3.所有行星 的三次方跟它的公转周期T的二次方的 ，即 ＝k.
1、理解万有引力定律的内容2、掌握万有引力定律的使用条件2、掌握用万有引力定律计算引力的方法
问题1：苹果成熟后为什么往下落呢？ 问题2：天体间的引力跟哪些因素有关呢？
罗伯特·胡克 1635年— 1703年
埃德蒙·哈雷 1656年—1742年
是什么原因使得行星绕太阳运动？
三、太阳与行星间的引力
行星的实际运动是椭圆运动，但我们还不了解椭圆运动规律，那应该怎么办？能把它简化成什么运动呢？
行星绕太阳运动可看成匀速圆周运动还是变速圆周运动？
行星绕太阳做匀速圆周运动需要向心力由什么力来提供做向心力？ 这个力的方向怎么样？
引力F与行星质量的关系
F引 与r 、m 的关系
引力F与太阳质量的关系
行星与太阳的引力与行星的质量成正比，与太阳的质量成正比，与太阳与行星间距离的二次方成反比
（1）公式表明，太阳与行星间的引力大小，与太阳的质量、行星的质量乘积成正比，与两者距离的二次方成反比。（2）式中G是比例系数，与太阳、行星都没有关系。（3）太阳与行星间引力的方向沿着两者的连线方向。
（4）我们沿着牛顿的足迹，一直是在已有的观测结果（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，观测结果仅对“行星绕太阳运动”成立，这还不是万有引力定律。（5）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。
1. 关于万有引力定律，下列说法正确的是（ ）（A）牛顿提出了万有引力定律，并测定了引力常量的数值（B）万有引力定律只适用于天体之间（C）万有引力的发现，揭示了自然界一种基本相互作用的规律（D）地球绕太阳在椭圆轨道上运行，在近日点和远日点受到太阳的万有引力大小是相同的
【解析】A、牛顿提出了万有引力定律，而万有引力恒量是由卡文迪许测定的，故A错误；B、C、万有引力定律适用于宇宙万物任意两个物体之间的引力，是自然界一种基本相互作用的规律，故B错误，C正确；D、根据万有引力公式可知，在近日点的距离比远日点的距离小，所以在近日点万有引力大，故D错误．【答案】C
假设地球对月亮、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。
当时，已能准确测量的量有：（即事实）地球表面附近的重力加速度：g = 9.8m/s2地球半径： R = 6.4×106m月亮的公转周期：T =27.3天≈2.36×106s月亮轨道半径： r =3.8×108m≈ 60R
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：
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。
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？
牛顿大胆猜想：任何两个物体之间的都存在这样的引力
G在数值上等于两个质量都是1kg的物体相距1m时的相互作用力．
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F与物体的质量m1和m2的乘积成正比，与它们的距离r的二次方成反比.
m1,m2 ---两物体的质量r ---两物体间的距离G ---比例系数，叫引力常量，适用于任何物体，G的国际单位：
(1)普遍性：任何两个物体之间都存在引力（大到天体小到微观粒子），万有引力是自然界中物体间的基本相互作用之一。
(2)相互性：万有引力也是力的一种，力的作用是相互的，具有相互性，符合牛顿第三定律。
(3)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存在才有宏观的物理意义。在微观世界中，粒子的质量都非常小，粒子间的万有引力很不显著，万有引力可以忽略不计。在分析地球表面物体受力时，也不考虑其他物体对它的万有引力
(1) 理想情况：仅适用于两个质点间引力大小的计算
4.万有引力公式的适用条件
(2) 实际情况： ①若两个物体间的距离远大于物体本身大小时，两个物体可近似看成质点。
如：太阳与行星间 地球与月球间
r 为两天体中心的距离
②质量分布均匀的两个球体，可视为质量集中于球心。
③质点与质量分布均匀的球体，r 为质点到球心的距离。
④对于地面上（或地球表面附近）的物体，可近似视为质点
r 为地球的球半径（或物体到地心的距离）
牛顿得出了万有引力与物体质量间的关系，但却无法计算具体的大小
直到一百多年以后，英国物理学家卡文迪许的出现……
卡文迪许扭秤实验已知m1 、 m2 、 r测量F
亨利·卡文迪许1731年—1810
①数值： G=6.67×10-11 Nm2/kg2②G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6.67×10-11 N
思考：牛顿当时为什么无法测量两个物体间的引力？
1. 最先利用扭秤实验较精确测出万有引力常量G的科学家是 （ ）（A）库仑 （B）牛顿 （C）卡文迪什 （D）开普勒
【解析】卡文迪什最先利用扭秤实验较精确测出万有引力常量G【答案】C
2. 对于万有引力定律的表达式，下列说法正确的是（ ）A．G是引力常量，是人为规定的 B．当r等于零时，万有引力为无穷大C．两物体受到的引力总是大小相等，与两物体质量是否相等无关 D．r是两物体间最近的距离
3.已知地球自转周期为T，地球半径为R，引力常量为G，地球同步卫星离地面的高度约为地球半径的6倍，则地球同步卫星的速度大小为____________；地球的质量为 ___________。
【解析】地球同步卫星离地面的高度约为地球半径的6倍，所以同步卫星离的轨道半径为7R．根据线速度定义得，同步卫星绕地球做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力得【答案】
4．我国于2020年11月24日发射的嫦娥五号探测器成功实施无人月面取样返回。已知地球表面的重力加速度大小为g1、半径为R1、第一宇宙速度为v1；月球表面的重力加速度大小为g2、半径为R2、月球探测器近月环绕速度为v2，则v1与v2之比为 。
【解答】解：设探测器的质量为m，在地球表面，根据万有引力提供向心力，结合重力近似等于万有引力可得： ，可得： 在月球表面，根据万有引力提供向心力，结合重力近似等于万有引力可得： ，可得： 故：
5．宇航员在地球表面以一定初速度竖直向上抛出一小球，经过时间t小球落回原处；若他在某星球表面以相同的初速度竖直上抛同一小球，需经过时间5t小球落回原处。（取地球表面重力加速度g＝10m/s2，空气阻力不计）（1）求该星球表面附近的重力加速度g'；（2）已知该星球的半径与地球半径之比为R星：R地＝1：4，求该星球的质量与地球质量之比M星：M地。
4．【解答】解：（1）根据匀变速直线运动规律t＝ 得：从竖直上抛到最高点，上升的时间是 ，上升和下降的时间相等，所以从上抛到落回原处t＝ ①由于在某星球表面以相同的初速度竖直上抛同一小球，需经过时间5t小球落回原处。根据匀变速直线运动规律得：5t＝ ②由①②得星球表面附近的重力加速度g′＝ g＝ ，（2）根据万有引力等于重力得：
6．A、B两个行星质量之比为mA：mB＝5：4，星球半径之比RA：RB＝3：2，如果同一个物体放在A星球的表面重90N，试求：（1）该物体放在B星球表面时重为多少？（2）A、B两星球表面重力加速度之比．
解：设物体质量为m，A星球表面重力加速度为gA，B星球表面重力加速度为gB；（1）根据物体在星球表面的重力等于万有引力可得：
7.宇宙中存在一些离其他恒星较远的，由质量相等的三颗星组成的三星系统，通常可忽略其他星体对他们的引力作用．现已观测到稳定的三星系统存在两种基本的构成形式：一种是三颗星位于同一直线上，两颗星围绕中央星在同一半径为R的圆轨道上运行；另一种形式是三颗星位于等边三角形的三个顶点上，并沿外接于等边三角形的圆轨道运行．设每个星体的质量均为m，引力常量为G．（1）试求第一种形式下，星体运动的线速度大小和周期；（2）假设两种形式下星体的运动周期相同，第二种形式下星体之间的距离应为多少？
一、万有引力定律的发现
前人的观点→牛顿的思考→理论推演
其中G为引力常量，r为两物体的中心距离。
3.方向：在两个物体的连线上。
1.内容： 自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的大小跟这两个物体的质量的乘积成正比，跟它们的距离的平方成反比。
1.开普勒第一定律：所有行星绕太阳运动的轨道都是 ，太阳处在 上.2..开普勒第二定律：对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间内扫过的______ .3..开普勒第三定律：所有行星轨道的 跟它的 的比都相等.其表达式为 ＝k，其中a是椭圆轨道的半长轴，T是公转周期，k是一个对所有行星 的常量.
1.行星绕太阳运动的轨道十分接近圆，太阳处在 .2.行星绕太阳做 运动.3.所有行星 的三次方跟它的公转周期T的二次方的 ，即 ＝k.
1、理解万有引力定律的内容2、掌握万有引力定律的使用条件2、掌握用万有引力定律计算引力的方法
问题1：苹果成熟后为什么往下落呢？ 问题2：天体间的引力跟哪些因素有关呢？
罗伯特·胡克 1635年— 1703年
埃德蒙·哈雷 1656年—1742年
是什么原因使得行星绕太阳运动？
三、太阳与行星间的引力
行星的实际运动是椭圆运动，但我们还不了解椭圆运动规律，那应该怎么办？能把它简化成什么运动呢？
行星绕太阳运动可看成匀速圆周运动还是变速圆周运动？
行星绕太阳做匀速圆周运动需要向心力由什么力来提供做向心力？ 这个力的方向怎么样？
引力F与行星质量的关系
F引 与r 、m 的关系
引力F与太阳质量的关系
行星与太阳的引力与行星的质量成正比，与太阳的质量成正比，与太阳与行星间距离的二次方成反比
（1）公式表明，太阳与行星间的引力大小，与太阳的质量、行星的质量乘积成正比，与两者距离的二次方成反比。（2）式中G是比例系数，与太阳、行星都没有关系。（3）太阳与行星间引力的方向沿着两者的连线方向。
（4）我们沿着牛顿的足迹，一直是在已有的观测结果（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，观测结果仅对“行星绕太阳运动”成立，这还不是万有引力定律。（5）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。
1. 关于万有引力定律，下列说法正确的是（ ）（A）牛顿提出了万有引力定律，并测定了引力常量的数值（B）万有引力定律只适用于天体之间（C）万有引力的发现，揭示了自然界一种基本相互作用的规律（D）地球绕太阳在椭圆轨道上运行，在近日点和远日点受到太阳的万有引力大小是相同的
【解析】A、牛顿提出了万有引力定律，而万有引力恒量是由卡文迪许测定的，故A错误；B、C、万有引力定律适用于宇宙万物任意两个物体之间的引力，是自然界一种基本相互作用的规律，故B错误，C正确；D、根据万有引力公式可知，在近日点的距离比远日点的距离小，所以在近日点万有引力大，故D错误．【答案】C
假设地球对月亮、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。
当时，已能准确测量的量有：（即事实）地球表面附近的重力加速度：g = 9.8m/s2地球半径： R = 6.4×106m月亮的公转周期：T =27.3天≈2.36×106s月亮轨道半径： r =3.8×108m≈ 60R
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：
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。
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？
牛顿大胆猜想：任何两个物体之间的都存在这样的引力
G在数值上等于两个质量都是1kg的物体相距1m时的相互作用力．
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F与物体的质量m1和m2的乘积成正比，与它们的距离r的二次方成反比.
m1,m2 ---两物体的质量r ---两物体间的距离G ---比例系数，叫引力常量，适用于任何物体，G的国际单位：
(1)普遍性：任何两个物体之间都存在引力（大到天体小到微观粒子），万有引力是自然界中物体间的基本相互作用之一。
(2)相互性：万有引力也是力的一种，力的作用是相互的，具有相互性，符合牛顿第三定律。
(3)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存在才有宏观的物理意义。在微观世界中，粒子的质量都非常小，粒子间的万有引力很不显著，万有引力可以忽略不计。在分析地球表面物体受力时，也不考虑其他物体对它的万有引力
(1) 理想情况：仅适用于两个质点间引力大小的计算
4.万有引力公式的适用条件
(2) 实际情况： ①若两个物体间的距离远大于物体本身大小时，两个物体可近似看成质点。
如：太阳与行星间 地球与月球间
r 为两天体中心的距离
②质量分布均匀的两个球体，可视为质量集中于球心。
③质点与质量分布均匀的球体，r 为质点到球心的距离。
④对于地面上（或地球表面附近）的物体，可近似视为质点
r 为地球的球半径（或物体到地心的距离）
牛顿得出了万有引力与物体质量间的关系，但却无法计算具体的大小
直到一百多年以后，英国物理学家卡文迪许的出现……
卡文迪许扭秤实验已知m1 、 m2 、 r测量F
亨利·卡文迪许1731年—1810
①数值： G=6.67×10-11 Nm2/kg2②G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6.67×10-11 N
思考：牛顿当时为什么无法测量两个物体间的引力？
1. 最先利用扭秤实验较精确测出万有引力常量G的科学家是 （ ）（A）库仑 （B）牛顿 （C）卡文迪什 （D）开普勒
【解析】卡文迪什最先利用扭秤实验较精确测出万有引力常量G【答案】C
2. 对于万有引力定律的表达式，下列说法正确的是（ ）A．G是引力常量，是人为规定的 B．当r等于零时，万有引力为无穷大C．两物体受到的引力总是大小相等，与两物体质量是否相等无关 D．r是两物体间最近的距离
3.已知地球自转周期为T，地球半径为R，引力常量为G，地球同步卫星离地面的高度约为地球半径的6倍，则地球同步卫星的速度大小为____________；地球的质量为 ___________。
【解析】地球同步卫星离地面的高度约为地球半径的6倍，所以同步卫星离的轨道半径为7R．根据线速度定义得，同步卫星绕地球做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力得【答案】
4．我国于2020年11月24日发射的嫦娥五号探测器成功实施无人月面取样返回。已知地球表面的重力加速度大小为g1、半径为R1、第一宇宙速度为v1；月球表面的重力加速度大小为g2、半径为R2、月球探测器近月环绕速度为v2，则v1与v2之比为 。
【解答】解：设探测器的质量为m，在地球表面，根据万有引力提供向心力，结合重力近似等于万有引力可得： ，可得： 在月球表面，根据万有引力提供向心力，结合重力近似等于万有引力可得： ，可得： 故：
5．宇航员在地球表面以一定初速度竖直向上抛出一小球，经过时间t小球落回原处；若他在某星球表面以相同的初速度竖直上抛同一小球，需经过时间5t小球落回原处。（取地球表面重力加速度g＝10m/s2，空气阻力不计）（1）求该星球表面附近的重力加速度g'；（2）已知该星球的半径与地球半径之比为R星：R地＝1：4，求该星球的质量与地球质量之比M星：M地。
4．【解答】解：（1）根据匀变速直线运动规律t＝ 得：从竖直上抛到最高点，上升的时间是 ，上升和下降的时间相等，所以从上抛到落回原处t＝ ①由于在某星球表面以相同的初速度竖直上抛同一小球，需经过时间5t小球落回原处。根据匀变速直线运动规律得：5t＝ ②由①②得星球表面附近的重力加速度g′＝ g＝ ，（2）根据万有引力等于重力得：
6．A、B两个行星质量之比为mA：mB＝5：4，星球半径之比RA：RB＝3：2，如果同一个物体放在A星球的表面重90N，试求：（1）该物体放在B星球表面时重为多少？（2）A、B两星球表面重力加速度之比．
解：设物体质量为m，A星球表面重力加速度为gA，B星球表面重力加速度为gB；（1）根据物体在星球表面的重力等于万有引力可得：
7.宇宙中存在一些离其他恒星较远的，由质量相等的三颗星组成的三星系统，通常可忽略其他星体对他们的引力作用．现已观测到稳定的三星系统存在两种基本的构成形式：一种是三颗星位于同一直线上，两颗星围绕中央星在同一半径为R的圆轨道上运行；另一种形式是三颗星位于等边三角形的三个顶点上，并沿外接于等边三角形的圆轨道运行．设每个星体的质量均为m，引力常量为G．（1）试求第一种形式下，星体运动的线速度大小和周期；（2）假设两种形式下星体的运动周期相同，第二种形式下星体之间的距离应为多少？
一、万有引力定律的发现
前人的观点→牛顿的思考→理论推演
其中G为引力常量，r为两物体的中心距离。
3.方向：在两个物体的连线上。
1.内容： 自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的大小跟这两个物体的质量的乘积成正比，跟它们的距离的平方成反比。
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