人教版高中物理必修第二冊(cè)第七章2萬有引力定律課件

2．萬有引力定律第七章

萬有引力與宇宙航行整體感知·自我新知初探[學(xué)習(xí)任務(wù)]

1．能利用開普勒第三定律、牛頓運(yùn)動(dòng)定律推導(dǎo)出太陽與行星之間引力的表達(dá)式。2．通過月—地檢驗(yàn)等將太陽與行星間的引力推廣為萬有引力定律，理解萬有引力定律的內(nèi)容、含義及適用條件。3．認(rèn)識(shí)引力常量測量的重要意義，能應(yīng)用萬有引力定律解決實(shí)際問題。[問題初探]

問題1．萬有引力定律內(nèi)容是什么？問題2．引力常量是誰測出的？問題3．引力常量的單位是什么？[自我感知]經(jīng)過你認(rèn)真的預(yù)習(xí)，結(jié)合你對(duì)本節(jié)課的理解和認(rèn)識(shí)，請(qǐng)畫出本節(jié)課的知識(shí)邏輯體系。探究重構(gòu)·關(guān)鍵能力達(dá)成1．行星與太陽間的引力(1)模型簡化：行星繞太陽的運(yùn)動(dòng)可以看作__________運(yùn)動(dòng)，受到一個(gè)指向圓心(太陽)的引力，太陽對(duì)行星的引力提供了行星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的________。知識(shí)點(diǎn)一行星與太陽間的引力月—地檢驗(yàn)勻速圓周向心力

連線

相同牛頓坐在蘋果樹下，蘋果砸到了他頭上。【問題】(1)為什么蘋果從樹上落向地面而不飛向天空？

(2)月球受到地球的吸引力嗎？

(3)為什么月球不會(huì)落到地球的表面，而是環(huán)繞地球運(yùn)動(dòng)？提示：(1)在地面附近，物體都受到重力作用，即受到地球的吸引力。(2)月球受到地球的吸引力。(3)月球受到的引力提供月球繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的向心力。1．兩個(gè)理想化模型(1)勻速圓周運(yùn)動(dòng)模型：由于太陽系中行星繞太陽做橢圓運(yùn)動(dòng)的軌跡的兩個(gè)焦點(diǎn)靠得很近，行星的運(yùn)動(dòng)軌跡非常接近圓，所以將行星的運(yùn)動(dòng)看成勻速圓周運(yùn)動(dòng)。(2)質(zhì)點(diǎn)模型：由于天體間的距離很遠(yuǎn)，研究天體間的引力時(shí)將天體看成質(zhì)點(diǎn)，即天體的質(zhì)量集中在球心上。2．推導(dǎo)過程(1)太陽對(duì)行星的引力(2)太陽與行星間的引力

√

√√√

易錯(cuò)警示

太陽與行星間的引力的兩點(diǎn)注意(1)太陽與行星間的引力大小與三個(gè)因素有關(guān)：太陽質(zhì)量、行星質(zhì)量、太陽與行星間的距離。太陽與行星間引力的方向沿著二者的連線。(2)太陽與行星間的引力是相互的，遵守牛頓第三定律。

知識(shí)點(diǎn)二萬有引力定律引力常量它們的連線正比二次方2．引力常量(1)測量者：__________。(2)數(shù)值：G＝6.67×10-11N·m2/kg2。卡文迪什“月—地檢驗(yàn)”結(jié)果表明，地面物體所受地球的引力、月球所受地球的引力，與太陽、行星間的引力遵從相同的規(guī)律。

3．萬有引力的四個(gè)特性普遍性萬有引力不僅存在于太陽與行星、地球與月球之間，宇宙間任何兩個(gè)有質(zhì)量的物體之間都存在著這種相互吸引的力相互性兩個(gè)有質(zhì)量的物體之間的萬有引力是一對(duì)作用力和反作用力，總是滿足大小相等，方向相反，作用在兩個(gè)物體上宏觀性地面上的一般物體之間的萬有引力比較小，與其他力比較可忽略不計(jì)，但在質(zhì)量巨大的天體之間或天體與其附近的物體之間，萬有引力起著決定性作用特殊性兩個(gè)物體之間的萬有引力只與它們本身的質(zhì)量和它們之間的距離有關(guān)，而與它們所在空間的性質(zhì)無關(guān)，也與周圍是否存在其他物體無關(guān)【微提醒】

任何物體間的萬有引力都是同種性質(zhì)的力。

√√AD

[萬有引力定律適用于兩質(zhì)點(diǎn)間的相互作用，當(dāng)兩球體質(zhì)量分布均勻時(shí)，可認(rèn)為球體質(zhì)量分布在球心，然后計(jì)算它們間的萬有引力，故A、D正確；當(dāng)r→0時(shí)，兩物體不能視為質(zhì)點(diǎn)，萬有引力公式不再適用，B錯(cuò)誤；若大、小球質(zhì)量分布均勻，則大球M對(duì)處于球心的小球m引力的合力為零，故C錯(cuò)誤。]

√【典例5】

(萬有引力與半徑的關(guān)系)在衛(wèi)星從發(fā)射到進(jìn)入預(yù)定軌道的過程中，衛(wèi)星所受地球引力大小F隨它距地面的高度h變化的關(guān)系圖像可能正確的是(

)

A

B

C

D

√【典例6】

(“割補(bǔ)法”計(jì)算萬有引力)在半徑為R、質(zhì)量為M、質(zhì)量分布均勻的銅球中挖去一個(gè)半徑為0.5R

的球形部分，留下的空穴與銅球表面相切。在銅球外有一個(gè)質(zhì)量為m、可視為質(zhì)點(diǎn)的小球，它位于銅球、空穴球心連線的延長線上，到銅球球心的距離為2R。挖去后銅球剩余部分對(duì)小球吸引力的大小是(

)√

√

規(guī)律方法

“割補(bǔ)法”計(jì)算萬有引力的方法找到原來物體所受的萬有引力減去割去部分所受的萬有引力，得到剩余部分所受的萬有引力之間的關(guān)系。

知識(shí)點(diǎn)三萬有引力與重力的關(guān)系

√

【典例9】

(選自人教版教材·萬有引力與重力的關(guān)系)已知月球的質(zhì)量是7.3×1022kg，半徑是1.7×103km，G＝6.67×10-11N·m2/kg2。(1)月球表面的自由落體加速度有多大？(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)(2)這對(duì)航天員在月球表面行走會(huì)產(chǎn)生什么影響？(3)若航天員在地面上最多舉起質(zhì)量為m的物體，他在月球表面最多能舉起質(zhì)量是多少的物體？(結(jié)果保留整數(shù))

[答案]

(1)1.68m/s2

(2)在月球上人感覺很輕，習(xí)慣在地球表面行走的人，在月球表面行走時(shí)是跳躍前進(jìn)的(3)6m

【典例10】

(重力與高度的關(guān)系)一火箭從地面由靜止開始以5m/s2的加速度豎直向上勻加速運(yùn)動(dòng)，火箭中有一質(zhì)量為2kg的科考儀器，在上升到距地面某一高度時(shí)科考儀器的視重為15N，已知地球半徑為R，則此時(shí)火箭離地球表面的距離為(地球表面處的重力加速度g取10m/s2)(

)A．0.5R

B．R

C．2R

D．3R√

√

【教用·備選例題】

1．理論上已經(jīng)證明：質(zhì)量分布均勻的球殼對(duì)殼內(nèi)物體的萬有引力為零?，F(xiàn)假設(shè)地球是一半徑為R、質(zhì)量分布均勻的實(shí)心球體，O為球心，以O(shè)為原點(diǎn)建立坐標(biāo)軸Ox，如圖所示。一個(gè)質(zhì)量一定的小物體(假設(shè)它能夠在地球內(nèi)部移動(dòng))在x軸上各位置受到的引力大小用F表示，則選項(xiàng)所示的四個(gè)F隨x變化的關(guān)系圖中，正確的是(

)A

B

C

D√

應(yīng)用遷移·隨堂評(píng)估自測1．(多選)物理學(xué)中的一些常量，對(duì)物理學(xué)的發(fā)展有很大作用，引力常量就是其中之一。1798年，卡文迪什首次利用如圖所示的裝置，比較精確地測量出了引力常量。關(guān)于這段歷史，下列說法正確的是(

)243題號(hào)1A．卡文迪什被稱為“首個(gè)測量地球質(zhì)量的人”B．萬有引力定律是牛頓和卡文迪什共同發(fā)現(xiàn)的C．這個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置巧妙地利用放大原理，提高了測量精度D．引力常量不易測量的一個(gè)重要原因就是地面上普通物體間的引力太微小243題號(hào)1√√√

243題號(hào)12．(選自粵教版教材)地球質(zhì)量約為月球質(zhì)量的81倍，地球半徑約為月球半徑的4倍。O為地月連線上一點(diǎn)，飛行器在該點(diǎn)受到地球和月球的引力的合力為零，O點(diǎn)距地心與月心的距離分別為r1、r2，則(

)A．r1∶r2＝1∶18 B．r1∶r2＝1∶9C．r1∶r2＝18∶1 D．r1∶r2＝9∶123題號(hào)14√

3．用傳感器測量一物體的重力時(shí)，發(fā)現(xiàn)在赤道測得的讀數(shù)與其在北極的讀數(shù)相差大約3‰。如圖所示，如果認(rèn)為地球是一個(gè)質(zhì)量分布均勻的標(biāo)準(zhǔn)球體，下列說法正確的是(

)A．在北極處物體的向心力為萬有引力的3‰B．在北極處物體的重力為萬有引力的3‰C．在赤道處物體的向心力為萬有引力的3‰D．在赤道處物體的重力為萬有引力的3‰23題號(hào)41√

23題號(hào)41

243題號(hào)1√

243題號(hào)1回歸本節(jié)知識(shí)，完成以下問題：1．萬有引力定律的內(nèi)容是什么？提示：自然界中任何兩個(gè)物體都相互吸引，引力的方向在它們的連線上，引力的大小與物體的質(zhì)量m1和m2的乘積成正比、與它們之間距離r的二次方成反比。2．萬有引力的公式是什么？其適用條件是什么？

3．引力常量是牛頓測出來的嗎？提示：不是，是卡文迪什測出的。

1題號(hào)2345678910111213課時(shí)分層作業(yè)（九）

1題號(hào)2345678910111213AB

[開普勒的三大定律是總結(jié)行星運(yùn)動(dòng)的觀察結(jié)果而總結(jié)歸納出來的規(guī)律，每一條都是經(jīng)驗(yàn)定律，都是從觀察行星運(yùn)動(dòng)所取得的資料中總結(jié)出來的，故開普勒的三大定律都是在實(shí)驗(yàn)室中無法驗(yàn)證的定律，故A、B正確，C、D錯(cuò)誤。]

√1題號(hào)2345678910111213√√BCD

[G是引力常量，其值是卡文迪什通過扭秤實(shí)驗(yàn)測得的，故A錯(cuò)誤；由萬有引力定律可知，地面附近自由下落的蘋果和天空中運(yùn)行的月亮，受到的都是地球引力，故B正確；地球吸引蘋果的力與蘋果吸引地球的力是相互作用力，因此地球?qū)μO果有引力，蘋果對(duì)地球也有引力，故C正確；萬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，故D正確。]1題號(hào)2345678910111213

√1題號(hào)2345678910111213√

1題號(hào)2345678910111213

√1題號(hào)2345678910111213

1題號(hào)2345678910111213

√1題號(hào)2345678910111213√

1題號(hào)2345678910111213

√1題號(hào)2345678910111213

1題號(hào)2345678910111213

題組三萬有引力和重力的關(guān)系7．地球可近似看成球形，由于地球表面上物體都隨地球自轉(zhuǎn)，所以有(

)A．物體在赤道處受到的地球引力等于兩極處，而重力小于兩極處B．赤道處的角速度比南緯30°的角速度大C．地球上物體的向心加速度都指向地心，且赤道上物體的向心加速度比兩極處大D．地面上的物體隨地球自轉(zhuǎn)時(shí)提供向心力的是重力√1題號(hào)2345678910111213A

[地球兩極處，物體隨地球自轉(zhuǎn)的半徑為0，萬有引力等于重力，赤道處重力作為萬有引力的一個(gè)分力，小于萬有引力，A正確；地球各處的(除兩極外)角速度均等于地球自轉(zhuǎn)的角速度，B錯(cuò)誤；地球上只有赤道上的物體的向心加速度指向地心，其他位置的向心加速度均不指向地心，C錯(cuò)誤；地面上的物體隨地球自轉(zhuǎn)時(shí)提供向心力的是萬有引力的一個(gè)分力，不是重力，D錯(cuò)誤。]1題號(hào)2345678910111213

√1題號(hào)2345678910111213

√1題號(hào)2345678910111213

1題號(hào)2345678910111213

√1題號(hào)2345678910111213

1題號(hào)2345678910111213

1題號(hào)2345678910111213

1題號(hào)2345