天地力的綜合：萬(wàn)有引力定律 高一下學(xué)期物理魯科版（2019）必修第二冊(cè)

萬(wàn)有引力定律及引力常量的測(cè)定遠(yuǎn)古，人們就夢(mèng)想能夠飛出地球，去探索星空的秘密…導(dǎo)入：從嫦娥奔月到“阿波羅”上天空間探索之月球之旅

1957年10月4日，前蘇聯(lián)第一顆人造衛(wèi)星上天，拉開(kāi)了人類航天時(shí)代的序幕。前蘇聯(lián)宇航員加加林，于1961年4月12日，乘坐前蘇聯(lián)“東方號(hào)”飛船，環(huán)繞地球飛行了一圈，歷時(shí)近兩個(gè)小時(shí)，成為第一位進(jìn)入太空的人。在人類探索宇宙空間的道路上，留下了許多光輝的足跡，積累了大量豐富的資源。加加林嫦娥四號(hào)學(xué)習(xí)目標(biāo)1、了解開(kāi)普勒三定律。2、掌握萬(wàn)有引力定律及其使用條件，會(huì)求物體間的萬(wàn)有引力。3、理解重力與萬(wàn)有引力之間的關(guān)系。4、引力常數(shù)的測(cè)定及其意義。問(wèn)題:

人類登月的夢(mèng)想終于實(shí)現(xiàn),那么人類是如何實(shí)現(xiàn)這些夢(mèng)想呢?一、行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律——開(kāi)普勒三大定律問(wèn)題探究通過(guò)觀看上述材料及課本內(nèi)容，要求學(xué)生解決以下問(wèn)題：1.在古代，人們對(duì)天體的運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)有哪幾種學(xué)說(shuō)？2.各個(gè)學(xué)說(shuō)的內(nèi)容是怎樣的？代表人物是誰(shuí)？3.哪種學(xué)說(shuō)更先進(jìn)？用現(xiàn)在的觀點(diǎn)，如何認(rèn)識(shí)這兩種學(xué)說(shuō)？4.是哪位科學(xué)家否定了古人的觀點(diǎn)？他發(fā)現(xiàn)了什么規(guī)律？萬(wàn)有引力定律及引力常量的測(cè)定一.天體究竟做怎樣的運(yùn)動(dòng)——“地心說(shuō)”和“日心說(shuō)”1.地心說(shuō)：托勒密(90-168)ClaudiusPeolemy——在古代，以希臘亞里士多德為代表，認(rèn)為地球是宇宙的中心。其它天體則以地球?yàn)橹行?，在不停地運(yùn)動(dòng)。這種觀點(diǎn)，就是“地心說(shuō)”。公元二世紀(jì)，天文學(xué)家托勒密，把當(dāng)時(shí)天文學(xué)知識(shí)總結(jié)成宇宙的地心體系，發(fā)展完善了“地心說(shuō)”，描繪了一個(gè)復(fù)雜的天體運(yùn)動(dòng)圖象。地心說(shuō):認(rèn)為地球是宇宙的中心，地球是靜止不動(dòng)，太陽(yáng)、月亮及其他行星都繞地球運(yùn)動(dòng).代表人物是古希臘學(xué)者托勒密.地心說(shuō)萬(wàn)有引力定律及引力常量的測(cè)定哥白尼(1473～1543)波蘭天文學(xué)家,他在1510年寫成的《淺說(shuō)》初稿中指出:太陽(yáng)是宇宙的中心體,地球與行星都繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng),只有月亮才繞地球運(yùn)動(dòng),1530年終于完成了日心說(shuō)的建立工作,于1543年3月《天體運(yùn)動(dòng)學(xué)》書名出版,否定了在西方統(tǒng)治1千多年的地心說(shuō).萬(wàn)有引力定律及引力常量的測(cè)定2.日心說(shuō)：哥白尼(1473-1543)NicolausCopernicus

日心說(shuō):認(rèn)為太陽(yáng)是宇宙的中心，地球、月亮及其他行星都在繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)。代表人物波蘭天文學(xué)家是哥白尼.日心說(shuō)萬(wàn)有引力定律及引力常量的測(cè)定(二）人們對(duì)行星運(yùn)動(dòng)的研究1、古人把天體運(yùn)動(dòng)看得十分神圣，他們認(rèn)為天體的運(yùn)動(dòng)不同于地面上物體的運(yùn)動(dòng)，天體做的是最完美、最和諧的勻速圓周運(yùn)動(dòng)。2、開(kāi)普勒的導(dǎo)師第谷，丹麥偉大的天文學(xué)家他對(duì)天體運(yùn)動(dòng)的看法與其他古人一樣，也認(rèn)為天體在做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。并對(duì)行星的運(yùn)動(dòng)做了長(zhǎng)達(dá)20多年的觀察,記錄了大量的數(shù)據(jù).既然行星是繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的,那么行星是做什么樣的運(yùn)動(dòng)呢?3、開(kāi)普勒是第谷的學(xué)生,第谷去世后他繼承了第谷的工作,他接受日心說(shuō)觀點(diǎn),并對(duì)第谷記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的大量的數(shù)學(xué)運(yùn)算,總結(jié)出了太陽(yáng)行星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,發(fā)表了著名的開(kāi)普勒三定律.萬(wàn)有引力定律及引力常量的測(cè)定◎丹麥天文學(xué)家，精于觀測(cè)?！?572年，他觀測(cè)到仙后座出現(xiàn)了一顆過(guò)去從來(lái)沒(méi)見(jiàn)過(guò)的亮星。◎1601年，第谷臨終前，把自己畢生對(duì)火星的觀測(cè)資料全部留給了開(kāi)普勒，委托他進(jìn)行整理研究。第谷（丹麥）仙后座的新星爆發(fā)萬(wàn)有引力定律及引力常量的測(cè)定開(kāi)普勒（德國(guó)）◎在天文學(xué)史上，開(kāi)普勒享有“天空立法者”的盛譽(yù)?！蜷_(kāi)普勒觀念的基礎(chǔ)是日心說(shuō)?！?609年和1619年發(fā)表了行星運(yùn)動(dòng)的三個(gè)定律。萬(wàn)有引力定律及引力常量的測(cè)定所有的行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓，太陽(yáng)位于橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。1.開(kāi)普勒第一定律：（軌道定律）FF太陽(yáng)行星2.開(kāi)普勒第二定律：（面積定律）太陽(yáng)和行星的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過(guò)的面積相等。S1S2S1S2=思考：行星繞太陽(yáng)運(yùn)行時(shí)各點(diǎn)的速率相同嗎？3.開(kāi)普勒第三定律：

（周期定律）所有行星的軌道半長(zhǎng)軸R的立方跟公轉(zhuǎn)周期T的平方的比值成正比。太陽(yáng)行星FFROR：半長(zhǎng)軸T：公轉(zhuǎn)周期萬(wàn)有引力定律的推導(dǎo)過(guò)程

二.萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)1、把行星繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)近似看成是勻速圓周運(yùn)動(dòng)，太陽(yáng)對(duì)行星的萬(wàn)有引力是行星做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力2、據(jù)開(kāi)普勒第三定律知3、行星吸引太陽(yáng)的力F1和太陽(yáng)吸引行星的力F應(yīng)大小相等，并且有相同的性質(zhì)，因此太陽(yáng)對(duì)行星的引力F與行星的質(zhì)量成正比，自然也應(yīng)跟太陽(yáng)的質(zhì)量成正比式中G為常量牛頓認(rèn)為k是一個(gè)與行星無(wú)關(guān)，但與太陽(yáng)質(zhì)量有關(guān)的物理量【注意】（1）適用條件：兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)或者兩個(gè)均勻球體之間的相互作用（2）r—質(zhì)點(diǎn)間的距離（或球心距）（3）引力常量Ｇ具有單位，其值由卡文迪許測(cè)出萬(wàn)有引力定律：rm1m2FF引力常數(shù)的測(cè)定——卡文迪許扭秤(放大法）G=6.67×10－11

N·m2/kg2引力常量的物理意義——它在數(shù)值上等于兩個(gè)質(zhì)量都是1kg的物體相距1m時(shí)的相互作用力。測(cè)定引力常量的重要意義1．證明了萬(wàn)有引力的存在．2．“開(kāi)創(chuàng)了測(cè)量弱力的新時(shí)代”3．使得萬(wàn)有引力定律有了真正的實(shí)用價(jià)值．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（）r1rr2圖7－9A、B、C、D、答案：D

地球上的任何物體都要受到地球的引力作用，前面我們學(xué)習(xí)重力時(shí)對(duì)重力的定義是：由于地球的吸引而使物體受到的力叫做重力。那么重力是不是就是地球?qū)ξ矬w的萬(wàn)有引力呢？三、物體的重力和萬(wàn)有引力的關(guān)系1、地面上物體的重力是如何測(cè)量的？FGFG2、如果我們跳出地球看，地球在自轉(zhuǎn)，這時(shí)你眼中的物體還是靜止的嗎？它在做什么運(yùn)動(dòng)？此時(shí)物體所受的合外力還為0嗎？ω如果不是在赤道附近，萬(wàn)有引力和重力的關(guān)系如圖所示。重力是萬(wàn)有引力的一個(gè)分力，另一個(gè)分力提供物體隨地球做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力mgF萬(wàn)F向?yàn)榱搜芯糠奖?，我們?cè)诔嗟郎线M(jìn)行分析。已知地球質(zhì)量為6×1024kg，赤道處半徑為6400km，自轉(zhuǎn)周期為1天。F=9.765NF引F拉結(jié)論：由于地球自轉(zhuǎn)對(duì)物體的影響很小，我們可以不考慮地球自轉(zhuǎn)的影響，近似認(rèn)為地面上物體的重力就等于地球與物體間的萬(wàn)有引力。

1.地面上物體的重力嚴(yán)格地：緯度增大→mg增大近似地：三、物體的重力和萬(wàn)有引力的關(guān)系離地球表面h高處物體的重力物體在離地高等與地球半徑的地方重力是地面上的多少倍？高度增大→mg減小2.其它星球表面物體的重力