202X學年高中物理第5章萬有引力定律及其應用第1節(jié)萬有引力定律及引力常量的測定課件魯科版必修2

1、第1節(jié)萬有引力定律及引力常量的測定學習目標學習目標核心提煉核心提煉1.了解開普勒三定律的內(nèi)容。了解開普勒三定律的內(nèi)容。2.掌握萬有引力定律的內(nèi)容、表達式及適用掌握萬有引力定律的內(nèi)容、表達式及適用條件，并會用其解決簡單的問題。條件，并會用其解決簡單的問題。3.了解引力常量了解引力常量G，知道其測定方法及意義。，知道其測定方法及意義。4.會用萬有引力定律計算天體質量。會用萬有引力定律計算天體質量。4個定律個定律開普勒第一、二、三定開普勒第一、二、三定律，萬有引力定律律，萬有引力定律1種方法種方法“月月地地”檢驗檢驗1個常量個常量萬有引力常量萬有引力常量G6.671011 m3/(kgs2)一、行星

2、運動的規(guī)律一、行星運動的規(guī)律閱讀教材第閱讀教材第8990頁頁“行星運動的規(guī)律局部，知道開普勒行星運動定律的內(nèi)容。行星運動的規(guī)律局部，知道開普勒行星運動定律的內(nèi)容。開普勒行星運動的三個定律開普勒行星運動的三個定律一個焦點一個焦點定律名稱定律名稱內(nèi)容內(nèi)容對應圖示對應圖示第一定律第一定律(軌道定律軌道定律)所有行星繞太陽運動的軌道都是橢圓，太陽位所有行星繞太陽運動的軌道都是橢圓，太陽位于橢圓的于橢圓的_上上第二定律第二定律(面積定律面積定律)太陽與任何一個行星的連線太陽與任何一個行星的連線(矢徑矢徑)在相等的時在相等的時間內(nèi)掃過的間內(nèi)掃過的_第三定律第三定律(周期定律周期定律)行星繞太陽運行軌道半長

3、軸行星繞太陽運行軌道半長軸r的立方與其公轉周的立方與其公轉周期期T的平方成正比。數(shù)學表達式：的平方成正比。數(shù)學表達式：_面積相等面積相等思維拓展思維拓展如圖如圖1所示為地球繞太陽運動的示意圖及春分、夏至、秋分、冬至時地球所在的位置。所示為地球繞太陽運動的示意圖及春分、夏至、秋分、冬至時地球所在的位置。圖圖1(1)太陽是否在軌道平面的中心？夏至、冬至時地球到太陽的距離是否一樣？太陽是否在軌道平面的中心？夏至、冬至時地球到太陽的距離是否一樣？(2)一年之內(nèi)秋、冬兩季比春、夏兩季為什么要少幾天？一年之內(nèi)秋、冬兩季比春、夏兩季為什么要少幾天？答案答案(1)不是不一樣不是不一樣(2)秋、冬兩季比春、夏兩

4、季地球運動的快。秋、冬兩季比春、夏兩季地球運動的快。二、萬有引力定律二、萬有引力定律閱讀教材第閱讀教材第9093頁頁“萬有引力定律局部，知道萬有引力定律的內(nèi)容及表達式。萬有引力定律局部，知道萬有引力定律的內(nèi)容及表達式。1.萬有引力定律萬有引力定律內(nèi)容內(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，引力的大小力的大小F與這兩個物體質量的乘積與這兩個物體質量的乘積m1m2成成_，與這兩個物體間距離，與這兩個物體間距離r的的_成反比成反比公式公式F_，G_，r指兩個質點間的距離，對于指兩個質點間的距離，對于勻質球體，就

5、是兩勻質球體，就是兩_間的距離間的距離條件條件適用于兩質點間的相互作用適用于兩質點間的相互作用正比正比平方平方球心球心2.“月月地檢驗地檢驗證明了地球與物體間的引力和天體間的引力具有證明了地球與物體間的引力和天體間的引力具有_，遵循，遵循_。一樣性質一樣性質同樣的規(guī)律同樣的規(guī)律思維拓展思維拓展天體是有質量的，人是有質量的，地球上的其他物體也是有質量的。請思考：天體是有質量的，人是有質量的，地球上的其他物體也是有質量的。請思考：圖圖2(1)任意兩個物體之間都存在萬有引力嗎？任意兩個物體之間都存在萬有引力嗎？“兩個物體之間的距離兩個物體之間的距離r指物體哪兩局部指物體哪兩局部間的距離？間的距離？(

6、2)地球對人的萬有引力與人對地球的萬有引力大小相等嗎？地球對人的萬有引力與人對地球的萬有引力大小相等嗎？答案答案(1)都存在質心間距離都存在質心間距離(2)相等相等三、引力常量的測定及其意義三、引力常量的測定及其意義閱讀教材第閱讀教材第9395頁頁“引力常量的測定及其意義局部，知道引力常量的測定方法，引力常量的測定及其意義局部，知道引力常量的測定方法，了解其意義。了解其意義。1.測定：在測定：在1798年，英國物理學家年，英國物理學家_利用利用_實驗，較準確地測出了引實驗，較準確地測出了引力常量。力常量。2.意義：使意義：使_能進展定量運算，顯示出其真正的實用價值。能進展定量運算，顯示出其真正

7、的實用價值。3.知道知道G的值后，利用萬有引力定律可以計算出天體的質量，卡文迪許也因此被稱為的值后，利用萬有引力定律可以計算出天體的質量，卡文迪許也因此被稱為“_?？ㄎ牡显S卡文迪許扭秤扭秤萬有引力定律萬有引力定律能稱出地球質量的人能稱出地球質量的人對開普勒定律的認識對開普勒定律的認識要點歸納要點歸納1.從空間分布上認識：從空間分布上認識：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

8、定律又叫焦點定律。普勒第一定律又叫焦點定律。2.對速度大小的認識對速度大小的認識(1)如圖如圖3所示，如果時間間隔相等，即所示，如果時間間隔相等，即t2t1t4t3，由開普勒第二定律，面積，由開普勒第二定律，面積SASB，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，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。此開普勒第二定律又叫面積定律。圖圖3(2)近日點、遠日點分別是行星距離太陽的最近點、最遠點，所以同一行星在近日點近日點、遠日點分別是行星距離太陽的最近點、最遠點，所以同一行星在近日點速度最大，在遠日點速度最小。

9、速度最大，在遠日點速度最小。3.對周期長短的認識對周期長短的認識(1)行星公轉周期跟軌道半長軸之間有依賴關系，橢圓軌道半長軸越長的行星，其公行星公轉周期跟軌道半長軸之間有依賴關系，橢圓軌道半長軸越長的行星，其公轉周期越長；反之，其公轉周期越短。轉周期越長；反之，其公轉周期越短。(2)該定律不僅適用于行星，也適用于其他天體。例如，繞某一行星運動的不同衛(wèi)星。該定律不僅適用于行星，也適用于其他天體。例如，繞某一行星運動的不同衛(wèi)星。4.開普勒定律的近似處理：開普勒定律的近似處理：實際上，行星的軌道與圓十分接近，所以在中學階段的研實際上，行星的軌道與圓十分接近，所以在中學階段的研究中能夠按圓處理。也就是

10、說：究中能夠按圓處理。也就是說：(1)行星繞太陽運行的軌道十分接近圓，太陽處在圓心。行星繞太陽運行的軌道十分接近圓，太陽處在圓心。(2)對某一行星來說，它繞太陽做圓周運動的角速度對某一行星來說，它繞太陽做圓周運動的角速度(或線速度大小或線速度大小)不變，即行星做不變，即行星做勻速圓周運動。勻速圓周運動。精典例如精典例如例例1 關于行星繞太陽運動的以下說法中正確的選項是關于行星繞太陽運動的以下說法中正確的選項是()A.所有行星都在同一橢圓軌道上繞太陽運動所有行星都在同一橢圓軌道上繞太陽運動B.行星繞太陽運動時，太陽位于行星軌道的中心處行星繞太陽運動時，太陽位于行星軌道的中心處C.行星在橢圓軌道上

11、繞太陽運動的過程中，其速度與行星和太陽之間的距離有關，行星在橢圓軌道上繞太陽運動的過程中，其速度與行星和太陽之間的距離有關，距離小時速度小，距離大時速度大距離小時速度小，距離大時速度大D.離太陽越近的行星運動周期越短離太陽越近的行星運動周期越短D答案答案D萬有引力定律的理解及其應用萬有引力定律的理解及其應用(1)兩質量分布均勻的球體間的萬有引力，可用公式計算，此時兩質量分布均勻的球體間的萬有引力，可用公式計算，此時r是兩個球體球心是兩個球體球心的距離。的距離。(2)個質量分布均勻球體與球外一個質點間的萬有引力，可用公式計算，個質量分布均勻球體與球外一個質點間的萬有引力，可用公式計算，r為球為球

12、心到質點間的距離。心到質點間的距離。(3)兩個物體間的距離遠大于物體本身的大小時，公式也適用。兩個物體間的距離遠大于物體本身的大小時，公式也適用。2.萬有引力的萬有引力的“四性四性特點特點內(nèi)容內(nèi)容普遍性普遍性萬有引力是普遍存在于宇宙中任何有質量的物體萬有引力是普遍存在于宇宙中任何有質量的物體(大到天體，小到微觀粒大到天體，小到微觀粒子子)間的相互吸引力，它是自然界中物體間的基本相互作用之一間的相互吸引力，它是自然界中物體間的基本相互作用之一相互性相互性 兩個物體相互作用的引力是一對作用力與反作用力，符合牛頓第三定律兩個物體相互作用的引力是一對作用力與反作用力，符合牛頓第三定律宏觀性宏觀性通常情

13、況下，萬有引力非常小，只有在質量巨大的天體間或天體與物體通常情況下，萬有引力非常小，只有在質量巨大的天體間或天體與物體間，它的存在才有宏觀的物理意義。在微觀世界中，粒子的質量都非常間，它的存在才有宏觀的物理意義。在微觀世界中，粒子的質量都非常小，粒子間的萬有引力可以忽略不計小，粒子間的萬有引力可以忽略不計特殊性特殊性兩個物體間的萬有引力，只與它們本身的質量、它們之間的距離有關，兩個物體間的萬有引力，只與它們本身的質量、它們之間的距離有關，和所在空間的性質無關，和周圍有無其他物體的存在無關和所在空間的性質無關，和周圍有無其他物體的存在無關A.公式中的公式中的G是引力常量，它是由實驗得出的，而不是

14、人為規(guī)定的是引力常量，它是由實驗得出的，而不是人為規(guī)定的B.當兩個物體間的距離當兩個物體間的距離r趨于零時，萬有引力趨于無窮大趨于零時，萬有引力趨于無窮大C.m1和和m2所受引力大小總是相等的所受引力大小總是相等的D.兩個物體間的引力總是大小相等、方向相反的，是一對平衡力兩個物體間的引力總是大小相等、方向相反的，是一對平衡力答案答案AC答案答案ABC萬有引力與重力的關系萬有引力與重力的關系要點歸納要點歸納1.地球外表上的重力與萬有引力的關系地球外表上的重力與萬有引力的關系圖圖42.重力與緯度的關系重力與緯度的關系3.重力、重力加速度與高度的關系重力、重力加速度與高度的關系精典例如精典例如例例3

15、 地球外表重力加速度為地球外表重力加速度為g，忽略地球自轉的影響，在距地面高度為，忽略地球自轉的影響，在距地面高度為h的空中重力加的空中重力加速度是地面上重力加速度的幾倍？地球半徑為速度是地面上重力加速度的幾倍？地球半徑為R。針對訓練針對訓練3 (2021佳木斯高一檢測佳木斯高一檢測)某行星的質量與地球的質量比為某行星的質量與地球的質量比為a，半徑比為，半徑比為b，那，那么該行星外表與地球外表的重力加速度之比為么該行星外表與地球外表的重力加速度之比為()答案答案B要點歸納要點歸納1.天體質量的計算天體質量的計算天體質量和密度的計算天體質量和密度的計算2.天體密度的計算天體密度的計算精典例如精典例如例例4 我國航天技術飛速開展，設想數(shù)年后宇航員登上了某星球外表。宇航員從距該星我國航天技術飛速開展，設想數(shù)年后宇航員登上了某星球外表。宇航員從距該星球外表高度為球外表高度為h處，沿水平方向以初速度處，沿水平方向以初速度v拋出一小球，測得小