【課件】萬(wàn)有引力定律+課件高一下學(xué)期物理人教版（2019）必修第二冊(cè)

照片名：藍(lán)色彈珠（TheBlueMarble）拍攝時(shí)間：1972年12月7日拍攝者：阿波羅17號(hào)太空船船員拍攝地：距離地球約四萬(wàn)五千公里的太空第三章第2節(jié)萬(wàn)有引力定律行星為何圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)？是什么力使行星圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)？17世紀(jì)的物理學(xué)家是怎么解釋的？關(guān)于行星圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的各種解釋

證明了如果行星運(yùn)動(dòng)的軌道是橢圓．它所受的太陽(yáng)引力大小跟行星到太陽(yáng)的距離的二次方成反比。牛頓開普勒笛卡爾胡克、哈雷受到了來(lái)自太陽(yáng)的類似于磁力的作用在行星的周圍有旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)(以太)作用在行星上，使得行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)。受到了太陽(yáng)對(duì)它的引力，甚至證明了如果行星的軌道是圓形的，其所受的引力大小跟行星到太陽(yáng)的距離的二次方成反比。萬(wàn)有引力定律

（一）建立過(guò)程太陽(yáng)對(duì)行星的引力提供向心力F=F’F’’行星圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)，太陽(yáng)對(duì)行星的引力月球圍繞地球運(yùn)動(dòng)，地球?qū)υ虑虻囊Φ厍蚴固O果下落，地球?qū)χ車矬w的引力它們是否是同一種性質(zhì)的力，遵循相同的規(guī)律？月球地球月球軌道半徑：r2=3.84×108m月球繞地轉(zhuǎn)動(dòng)周期：T=27.3天≈2.36×106s地表重力加速度：g=9.8m/s2地球半徑：r1

=6.4×106m牛頓的“月—地”檢驗(yàn)理論值：實(shí)測(cè)值：r1r2≈60r1這表明地面上物體的重力與地球吸引月球、太陽(yáng)吸引行星的力是同一種性質(zhì)的力，遵守相同的規(guī)律。？萬(wàn)有引力定律

（一）建立過(guò)程太陽(yáng)對(duì)行星的引力提供向心力F=F’F’’牛頓第二定律開普勒第三定律牛頓第三定律“月地檢驗(yàn)”推廣到一切物體（三）表達(dá)式(G為引力常量）

自然界中任何兩個(gè)物體都是相互吸引的，引力的大小與這兩個(gè)物體的質(zhì)量的乘積成正比，與它們的距離的二次方成反比。（二）內(nèi)容牛頓雖然發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力定律，但卻無(wú)法算出天體（物體）間的引力大小，為什么呢？

思考以下問(wèn)題：

（1）卡文迪許實(shí)驗(yàn)裝置是如何解決“通常物體間萬(wàn)有引力因?yàn)楹苄《y于測(cè)量”的問(wèn)題？（2）這個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)所包含怎樣的物理思想方法？自主學(xué)習(xí)教材第48頁(yè)發(fā)展空間——卡文迪許測(cè)定引力常量的實(shí)驗(yàn)（四）扭秤實(shí)驗(yàn)測(cè)定引力常量（四）扭秤實(shí)驗(yàn)測(cè)定引力常量卡文笛許扭稱實(shí)驗(yàn)巧妙之處巧妙的利用引力力矩與懸絲的彈性恢復(fù)力矩平衡.充分利用T型軸將小球受到的萬(wàn)有引力作用效果進(jìn)行一次放大.充分利用光學(xué)反射原理，對(duì)微小形變進(jìn)行再一次的放大.①證明了萬(wàn)有引力的存在，測(cè)出了引力常量使萬(wàn)有引力定律進(jìn)入了真正實(shí)用的時(shí)代；②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?？ㄎ牡显S扭稱實(shí)驗(yàn)的意義(引力常量G=6.67×10-11英國(guó)物理學(xué)家卡文迪許卡文迪許實(shí)驗(yàn)室稱量地球質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)室N﹒m2/kg2)（四）扭秤實(shí)驗(yàn)測(cè)定引力常量(引力常量G=6.67×10-11N﹒m2/kg2)牛頓的“月—地”檢驗(yàn)卡文迪許的扭秤實(shí)驗(yàn)預(yù)測(cè)彗星的回歸海王星的發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)質(zhì)量約為2×1030kg，地球質(zhì)量約為6×1024kg，兩者相距1.5×1011m，它們之間的引力多大？3.6×1022N（可以把直徑是9000km的鋼柱拉斷?。?？?jī)蓚€(gè)質(zhì)量都為50kg的均勻球體，相距5m，它們之間的引力是多大？6.67×10-9N（一粒芝麻重的幾十萬(wàn)分之一?。ㄎ澹┌l(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力定律的意義萬(wàn)有引力定律清楚的向人們揭示，復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的后面隱藏著簡(jiǎn)潔的科學(xué)規(guī)律，它明確地向人們宣告，天上和地上的物體都遵循著完全相同的科學(xué)法則，

它是17世紀(jì)自然科學(xué)最偉大的成果之一，第一次揭示了自然界中的一種基本相互作用的規(guī)律，在人類認(rèn)識(shí)自然的歷史上樹立了一座里程碑。阿波羅8號(hào)從月球返航的途中，當(dāng)?shù)孛婵刂浦行膯?wèn)及“是誰(shuí)在駕駛”的時(shí)候，指令長(zhǎng)這樣回答：“我想現(xiàn)在是牛頓在駕駛”。東方紅一號(hào)最美地球照片——藍(lán)色彈珠科學(xué)規(guī)律發(fā)現(xiàn)的過(guò)程往往是大膽猜想和小心求證的結(jié)合“我不知道世人怎么看我，但在我自己看來(lái)，我只不過(guò)是一個(gè)在海濱玩耍的小孩，不時(shí)地為比別人找到一塊更光滑、更美麗的卵石和貝殼而感到高興，而在我面前的真理的海洋，卻完全是個(gè)謎”。

——牛頓萬(wàn)有引力定律太陽(yáng)對(duì)行星的引力提供向心力F=F’’牛頓第二定律開普勒第三定律牛頓第三定律“月地檢驗(yàn)”推廣到一切物體卡文迪許扭秤實(shí)驗(yàn)測(cè)定引力常量引力常量G=6.67×10-11N﹒m2/kg2

1、如圖所示，在半徑為R，質(zhì)量為M鉛球中，挖出一個(gè)半徑為的球形空穴．在距球心O為d的地方，有一個(gè)質(zhì)量為m的質(zhì)點(diǎn)．求兩者之間的萬(wàn)有引力．dmORM“補(bǔ)償法”

跳出地球，在宇宙中在來(lái)看地球，我們知道地球是個(gè)球體，在公轉(zhuǎn)的同時(shí)，也在自轉(zhuǎn)。設(shè)：地球的質(zhì)量為M，地球半徑為R，自轉(zhuǎn)的角速度為ω。萬(wàn)有引力與重力Fφ當(dāng)物體位于緯度φ處時(shí)受到的萬(wàn)有引力為:Fn萬(wàn)有引力的一個(gè)分力提供向心力：mg萬(wàn)有引力的另一個(gè)分力即為重力：Rω

當(dāng)物體位于兩極時(shí)，φ=90°當(dāng)物體位于赤道時(shí)，φ=0°

Rω

N重力加速度隨著緯度的增加而增大。赤道處重力加速度最小，兩極處重力加速度最大。重力加速度隨緯度的變化是很小的，一般認(rèn)為重力不變，重力與萬(wàn)有引力相等。?重力加速度隨緯度的變化F1．設(shè)地球自轉(zhuǎn)周期為T，質(zhì)量為M，引力常量為G，假設(shè)地球可視為質(zhì)量均勻分布的球體，半徑為R。同一物體在南極和赤道水平面上靜止時(shí)所受到的支持力之比為

。3、組成星球的物質(zhì)是靠引力吸引在一起的，這樣的星球有一個(gè)最大的自轉(zhuǎn)速率。如果超過(guò)了該速率，星球的萬(wàn)有引力將不足以維持其赤道附近的物體做圓周運(yùn)動(dòng)。由此能得到半徑為R

、密度為ρ、質(zhì)量為M且均勻分布的星球的最小自轉(zhuǎn)周期T

。下列表達(dá)式中正確的是（

）。星體自轉(zhuǎn)不瓦解的條件是：4、（2018年全國(guó)卷II）2018年2月，我國(guó)500m口徑射電望遠(yuǎn)鏡（天眼）發(fā)現(xiàn)毫秒脈沖星“J0318+0253”，其自轉(zhuǎn)周期T=5.19ms，假設(shè)星體為質(zhì)量均勻分布的球體，已知萬(wàn)有引力常量為6.67×10-11N·m2/kg2。以周期T穩(wěn)定自轉(zhuǎn)的星體的密度最小值約為（）A．5×109kg/m3 B．5×1012kg/m3

C．5×1015kg/m3 D．5×1018kg/m3地球表面:離地球表面高度h處：Rω

h——重力加速度隨離地高度的增加而減小?重力加速度隨高度的變化5、石墨烯是近些年發(fā)現(xiàn)的一種新材料，其超高強(qiáng)度及超強(qiáng)導(dǎo)電、導(dǎo)熱等非凡的物理化學(xué)性質(zhì)有望使21世紀(jì)的世界發(fā)生革命性的變化，其發(fā)現(xiàn)者由此獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。用石墨烯制作超級(jí)纜繩，人類搭建“太空電梯”的夢(mèng)想有望在本世紀(jì)實(shí)現(xiàn)?？茖W(xué)家們?cè)O(shè)想，通過(guò)地球同步軌道站向地面垂下一條纜繩至赤道基站，電梯倉(cāng)沿著這條纜繩運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)外太空和地球之間便捷的物資交換。當(dāng)電梯倉(cāng)停在距地面高度h2＝4R的站點(diǎn)時(shí)，求倉(cāng)內(nèi)質(zhì)量m2＝50kg的人對(duì)水平地板的壓力大小。取地面附近重力加速度g＝10m/s2，地球自轉(zhuǎn)角速度ω＝7.3×10－5rad/s，地球半徑R＝6.4×103km。?重力加速度隨深度的變化——重力加速度隨著深度d的增加而線性