教科版必修二 3.2萬(wàn)有引力定律 課件（46張）.ppt

3 2萬(wàn)有引力定律 newton slawofuniversalgravitation 一 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 了解萬(wàn)有引力得出的思路和過程2 了解引力常量的測(cè)定方法及內(nèi)涵3 掌握萬(wàn)有引力定律計(jì)算引力的方法 二 新課引入 1666年夏末一個(gè)溫暖的夜晚 在英格蘭林肯郡烏爾斯索普 一個(gè)腋下夾著一本書的年輕人走進(jìn)他母親的花園 坐在一棵樹下 開始埋頭讀書 當(dāng)他翻動(dòng)書頁(yè)時(shí) 他頭頂?shù)臉渲χ杏袠訓(xùn)|西晃動(dòng)起來(lái) 一個(gè)歷史上最著名的蘋果落了下來(lái) 正好打在23歲的牛頓頭上 恰巧在這天 牛頓正苦苦思考著一個(gè)問題 為什么這個(gè)打中他腦袋的蘋果會(huì)墜落到地上 正是從思考這一問題開始 他找到了這些問題的答案 萬(wàn)有引力定律 蘋果不離開地球 是否也是由于地球?qū)μO果的引力造成的 地球?qū)μO果的引力和太陽(yáng)對(duì)行星的引力是否根本就是同一種力呢 天上 的力與 人間 的力是否是同一種性質(zhì)的力 牛頓的思考 三 合作探究 問題探究 1 月 地檢驗(yàn)的目的是什么 2 月 地檢驗(yàn)的驗(yàn)證原理是怎樣的 3 如何進(jìn)行驗(yàn)證 月地檢驗(yàn) 檢驗(yàn)?zāi)康?地球和月球之間的吸引力是否與地球吸引蘋果的力為同一種力 檢驗(yàn)原理 根據(jù)牛頓第二定律 知 討論 根據(jù)下列是當(dāng)時(shí)可以測(cè)量的數(shù)據(jù) 如何證明月亮受力滿足 平方反比 的關(guān)系 地表重力加速度 g 9 8m s2地球半徑 r 6400 103m月亮周期 t 27 3天 2 36 106s月亮軌道半徑 r 60r 3 84 108m 計(jì)算驗(yàn)證 牛頓的月地檢驗(yàn) 計(jì)算結(jié)果 月地檢驗(yàn) 根據(jù)向心加速度公式 有 2 72 10 3m s2 即 驗(yàn)證成功 數(shù)據(jù)表明 地面物體所受地球的引力 月球所受地球的引力 與太陽(yáng) 行星間的引力本質(zhì)是同一種力 真的遵從相同的規(guī)律 思考 是否宇宙中任意兩個(gè)物體之間都有這樣的力呢 人與人之間也有這樣的力嗎 問題探究 推導(dǎo)萬(wàn)有引力公式 如果認(rèn)為行星繞太陽(yáng)作勻速圓周運(yùn)動(dòng) 那么 行星受到的太陽(yáng)的引力來(lái)充當(dāng)向心力 其中m為行星質(zhì)量 r為行星軌道半徑 即太陽(yáng)與行星的距離 也就是說 太陽(yáng)對(duì)行星的引力正比于行星的質(zhì)量而反比于太陽(yáng)與行星的距離的平方 而此時(shí)牛頓已經(jīng)得到他的第三定律 即作用力等于反作用力 用在這里 就是行星對(duì)太陽(yáng)也有引力 同時(shí) 太陽(yáng)也不是一個(gè)特殊物體 它和行星之間的引力也應(yīng)和自己的質(zhì)量m成正比 即 綜合上述結(jié)論可知 太陽(yáng)與行星之間的引力 與它們質(zhì)量的乘積成正比 與它們距離的平方成反比 這就是牛頓的萬(wàn)有引力定律 寫成公式為 1 定律內(nèi)容 自然界任何兩個(gè)物體都是相互吸引的 引力的大小跟這兩個(gè)物體的質(zhì)量的乘積成正比 跟它們的距離的二次方成反比 2 公式 3 方向 沿兩物體間的連線 萬(wàn)有引力定律 4 萬(wàn)有引力定律適用的條件 嚴(yán)格地說 萬(wàn)有引力定律只適用于質(zhì)點(diǎn)的相互作用 兩個(gè)質(zhì)量分布均勻的球體或球殼間的相互作用 也可用萬(wàn)有引力定律計(jì)算 其中r是兩個(gè)球體或球殼的球心間的距離 如果兩個(gè)物體間的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于物體本身的大小時(shí) 物體可看成質(zhì)點(diǎn) 公式可近似適用 其中r為兩物體質(zhì)心間的距離 例題 1 如圖所示 r雖大于兩球的半徑 但兩球的半徑不能忽略 而球的質(zhì)量分布均勻 大小分別為m1與m2 則兩球間萬(wàn)有引力的大小為 a b c d 答案 d 討論 如圖所示 一位果農(nóng)挑著兩筐質(zhì)量均為30kg的蘋果 設(shè)兩筐蘋果質(zhì)心間的距離為2m 請(qǐng)用萬(wàn)有引力定律計(jì)算它們之間的萬(wàn)有引力 g取6 67 10 11n m2 kg2 答案 1 5 10 8n 1 萬(wàn)有引力的普遍性 萬(wàn)有引力不僅存在于星球間 任何客觀存在的有質(zhì)量的物體之間都存在著這種相互吸引力 2 萬(wàn)有引力的相互性 兩個(gè)物體相互作用的引力是一對(duì)作用力和反作用力 它們大小相等 方向相反 分別作用在兩個(gè)物體上 3 萬(wàn)有引力的宏觀性 在通常情況下 萬(wàn)有引力非常小 只有在質(zhì)量巨大的星球間或天體與天體附近的物體間 它的存在才有實(shí)際的物理意義 故在分析地球表面物體受力時(shí) 不考慮其他物體對(duì)它的萬(wàn)有引力 4 萬(wàn)有引力的特殊性 兩個(gè)物體間的萬(wàn)有引力只與它們本身的質(zhì)量有關(guān) 與它們之間的距離有關(guān) 而與所在空間的性質(zhì)無(wú)關(guān) 例題 2 你能立即回答出你對(duì)地球的引力是多大嗎 假設(shè)你身體的質(zhì)量是60kg 解析 我對(duì)地球的引力大小等于我的體重588n 因?yàn)轶w重為mg 60 9 8n 588n 而我的體重即我所受的重力 近似等于地球?qū)ξ业囊?又根據(jù)牛頓第三定律知 地球?qū)ξ业囊臀覍?duì)地球的引力是一對(duì)作用力與反作用力 大小應(yīng)當(dāng)相等 所以 我對(duì)地球的引力等于我的體重588n 答案 588n 思考 我們?nèi)伺c人之間也應(yīng)該存在萬(wàn)有引力 可是為什么我們感受不到呢 舉例估算兩個(gè)質(zhì)量50kg的同學(xué)相距0 5m時(shí)之間的萬(wàn)有引力約有多大 6 67 10 7n 是一粒芝麻重的幾千分之一 這么小的力人根本無(wú)法察覺到 解 1 引力常量的測(cè)量 思考 對(duì)于一個(gè)十分微小的物理量該采用什么方法測(cè)量 科學(xué)方法 放大法 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)g值為6 67 10 11nm2 kg2g值的物理含義 兩個(gè)質(zhì)量為1kg的物體相距1m時(shí) 它們之間萬(wàn)有引力為6 67 10 11n 卡文迪許扭稱實(shí)驗(yàn)的意義 證明了萬(wàn)有引力的存在 使萬(wàn)有引力定律進(jìn)入了真正實(shí)用的時(shí)代 開創(chuàng)了微小量測(cè)量的先河 使科學(xué)放大思想得到推廣 歲的劍橋 牛頓工作的地方 三一學(xué)院 卡文迪許實(shí)驗(yàn)室 卡文迪許實(shí)驗(yàn)室的座右銘 物體的重力并不等于萬(wàn)有引力 但物體的重力和地球?qū)υ撐矬w的萬(wàn)有引力差別很小 物體的重力是地球?qū)ξ矬w的萬(wàn)有引力的一個(gè)分力 萬(wàn)有引力f的另一個(gè)分力f1是使物體隨地球自轉(zhuǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力 越靠近赤道 緯度越低 如下圖所示 物體繞地軸隨地球一起運(yùn)動(dòng)的向心力f1就越大 重力就越小 反之 越靠近地球兩極 緯度越高 物體繞地軸隨地球一起運(yùn)動(dòng)的向心力f1就越小 重力就越大 在兩極 重力等于萬(wàn)有引力 一般情況下 可認(rèn)為重力和萬(wàn)有引力相等 重力是萬(wàn)有引力的一個(gè)分力 地球在自轉(zhuǎn) 分析 1 地球表面 可見 g與r是有關(guān)系的 2 地球離地面高為h 可見 g與h是有關(guān)系的 在地球表面或在地表附近 可近似認(rèn)為重力等于萬(wàn)有引力 即 四學(xué)生展示 下面我們請(qǐng)同學(xué)們進(jìn)行展示 龍組和虎組的同學(xué)進(jìn)行點(diǎn)評(píng) 給大家三分鐘時(shí)間準(zhǔn)備 每組選出代表來(lái)展示 展示1 關(guān)于萬(wàn)有引力的說法 正確的有 a 物體落到地面上 說明地球?qū)ξ矬w有引力 物體對(duì)地球沒有引力b 萬(wàn)有引力定律是牛頓在總結(jié)前人研究的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)的c 地面上自由下落的蘋果和天空中運(yùn)行的月亮 受到的都是地球的萬(wàn)有引力d 公式中的g是一個(gè)比例常數(shù) 是沒有單位的 bc 萬(wàn)有引力具有相互性 g的單位是 四川西充中學(xué)08 09學(xué)年高一下學(xué)期月考 設(shè)想人類開發(fā)月球 不斷把月球上的礦藏搬運(yùn)到地球上 假定經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間開采后 地球仍可看作是均勻的球體 月球仍沿開采前的圓周軌道運(yùn)動(dòng) 則與開采前相比 a 地球與月球間的萬(wàn)有引力將變大b 地球與月球間的萬(wàn)有引力將變小c 月球繞地球運(yùn)動(dòng)的周期將變大d 月球繞地球運(yùn)動(dòng)的周期將變短 解析 在地面附近的物體 所受重力近似等于物體所受到的萬(wàn)有引力 取測(cè)試儀為研究對(duì)象 其先后受力如圖 甲 乙 所示 據(jù)物體的平衡條件有fn1 mg1 g1 g 廣西鴻鳴中學(xué)08 09學(xué)年高一下學(xué)期月考 所以有 地球村 概念 地球 我們共同的家園 的呼喚 都是源于人類生存環(huán)境日趨惡化 保護(hù)地球環(huán)境 開發(fā)太空城 任重而道遠(yuǎn) 假設(shè)將來(lái)的 球狀太空城 的質(zhì)量是目前地球質(zhì)量的1 100 其直徑是目前地球直徑的1 10 那里的居民同樣享受陽(yáng)光 日出而耕日落而息 和現(xiàn)在沒什么兩樣 1 請(qǐng)畫出 球狀太空城 與太陽(yáng) 地球的位置關(guān)系并作簡(jiǎn)要說明 2 試用有關(guān)物理知識(shí)分析那時(shí)運(yùn)動(dòng)員的跳高成績(jī) 投擲成績(jī)并不比現(xiàn)在更好的原因 五高考動(dòng)向 近幾年來(lái)常考選擇題 只有2010年出現(xiàn)了萬(wàn)有引力的計(jì)算題 高考方向趨向于考查萬(wàn)有引力與向心力公式的綜合題 判斷或者計(jì)算周期 速率 角速度 加速度與半徑之間的關(guān)系 六課堂總結(jié) 1 縱觀萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)歷程 你覺得科學(xué)發(fā)現(xiàn)的