人教版高中物理必修二第六章万有引力与航天第三节万有引力定律(28张ppt)

§6.3万有引力定律人教版高中物理必修二第六章万有引力与航天丹东市第十四中学孙德发在第六章前两节,我们追寻牛顿等人的足迹,学习了《行星的运动》、《太阳与行星间的引力》。本节课,我们还要继续追寻牛顿的足迹，通过“重新发现”万有引力定律，来进一步体会科学规律发现的思路和过程.在太阳系中，行星为什么都会绕太阳公转，而不会飞离太阳呢？太阳系结构示意图【思考一】牛顿的发现已经告诉我们：是太阳对行星的引力，才使行星能绕太阳公转而不会飞离。2r行太mMF并且太阳与行星间的引力，满足：月球为什么也会绕地球公转，也不会飞离地球呢？对此，牛顿认为：是地球对月球的引力，使月球绕地球公转而不飞离地球。【思考二】月球绕地球公转为什么树上熟透的苹果会掉下来落到地面上？对此，牛顿认为：是地球对地面上苹果的引力，才使苹果下落。【思考三】太阳对行星的引力地球对月球的引力地球对地面上苹果的引力它们是同一种性质的力吗？都遵从相同的规律吗？122mmFr引起牛顿猜想牛顿发现但这需要理论和实际检验下面请看课本中介绍的（月—地检验）牛顿对引力的猜想一、月---地检验1、理论推导：假定地球对月球的引力,也同样满足：122mmFr∵月球轨道半径:R月=60R地∴地球对月球的引力:F月=F地∴由牛顿第二定律得：月球绕地球公转的加速度：a月g6012g601223/107.2sm在牛顿的时代，已能比较精确测定：月球与地球的距离3.8×108m，月球公转周期T=27.3天，地球的自由落体加速度g=9.8m/s2∵由向心加速度公式得：22822232443.14ar3.810m/sT(27.3243600)2.710m/s实际测量计算与假设的理论推导结果一致rTa224即：月球公转轨道半径r=3.8×108m2、实际测量计算一、月---地检验∴月球公转的向心加速度：3、月—地检验的结果：太阳对行星的引力地球对地面上物体的引力地球对月球的引力它们都是同一种性质的力，都遵循相同的规律。122mmFr宇宙中的一切物体间都有引力，且都满足:122mmFr由此牛顿大胆设想：1687年牛顿发表了科学史上最伟大的定律---------------------万有引力定律下面我们就来学习万有引力定律的知识1.内容：自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的方向在它们的连线上，引力的大小F与物体的质量m1和m2的乘积成正比，与它们的距离r的二次方成反比.122mmFGr2.公式：①m1,m2---两物体的质量②r---两物体间的距离③G---比例系数，叫引力常量，适用于任何物体，G的国际单位：N·m2/kg2122mmFrm1m2FF’r二、万有引力定律3.关于万有引力的理解①具有普遍性：任何两个物体之间都存在引力（大到天体小到微观粒子），万有引力是自然界中物体间的基本相互作用之一。②具有相互性：万有引力也具有相互性，符合牛顿第三定律③具有宏观性：通常情况下万有引力非常小，只有在质量巨大的天体间或天体与物体间它的存在才有宏观的意义。在微观世界中，万有引力可以忽略不计。4.关于公式的适用条件：①（理想情况）计算两个质点间引力大小②（实际情况）计算间距远大于物体大小的两个物体间引力大小（物体可看成质点）如：太阳与行星间；地球与月球间122mmFGrm1m2FF’rr为两质点间的距离r为两天体中心的距离122mmFGr③对于质量分布均匀的两个球体，可视为质量集中于球心r为物体到地心的距离r为两球心间的距离由公式当两物体之间的距离时,两个物体可视为质点，公式适用，则两物体之间的引力可知：122mmFGrr0F由此有人得出：当两物体间的距离时,则两物体之间的引力。0rF【解析】：当两物体间距离时，物体不能看成质点，公式已不再适用，故观点错误。122mmFGr0r【典例分析1】这种观点正确。你认为这种观点对吗？牛顿虽然发现万有引力定律，但却无法算出两个物体间万有引力的大小，因为他不知道引力常量G的值。100多年后终有人站出来，解决了他的难题。这个人名叫卡文迪许，英国物理学家。122mmFGr1798年，英国物理学家卡文迪许巧妙地利用扭秤装置,利用铅球间的引力作用，采取放大法比较准确地测出了引力常量G的数值。rFrFmm´mm´引力常量G的测量实验-----------扭秤实验三、引力常量G的测量11111222116.67106.67101mmFGNNr1122G=6.6710Nm/kg引力常量数值为：卡文迪许扭秤实验测量结果：引力常量G的含义—表示两质量m1=m2=1kg的匀质小球，相距r=1m时，小球万有引力的大小。测定引力常量G的重要意义：1、用实验证明了万有引力的存在。2、使万有引力定律公式有了真正的实用价值，可以计算天体间的引力大小。1、内容：自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的大小与物体的质量m1和m2的乘积成正比，与它们之间距离r的二次方成反比。221rmmGF2、公式：r：质点(球心)间的距离引力常量：G=6.67×10－11N·m2/kg23、条件:质点（或可当做质点）、均质球体4、理解:普遍性、相互性、宏观性m2m1FFr【知识整合】万有引力定律大麦哲伦云和小麦哲伦云是银河系外离地球最近的星系（很遗憾，在北半球看不见）.大麦哲伦云的质量为太阳质量1010倍，即，小麦哲伦云的质量为太阳质量的109倍，两者相距，求它们间的引力？402.010kg4510光年12240391148282.0102.0106.67105103103652436001.1910mmFGrNN解析：有万有引力定律得说明：星系之间的万有引力很大，具有宏观性【典例分析2】1、请计算两个60kg相距1m的人之间的万有引力？进而说明为什么当两个人接近时不会吸在一起?分析物体受力时是否需要考虑物体间的万有引力？说明：两人之间的引力很小，且远小于它们与地面间的摩擦力，故两人不会吸在一起；一般受力分析时可不考虑物体间引力。1221127mmFGr60606.6710N12.410N【课堂练习】2、一个质子由两个u夸克和一个d夸克组成。一个夸克的质量是求两个夸克相距时的万有引力?-307.110,kg-161.010m1223021116237(7.110)6.6710(1.010)3.410mmFGrNN解析：由万有引力定律得：说明：微观粒子间的万有引力非常小，有时可以忽略不计。【课堂练习】牛顿的猜想：引力的检验：牛顿的推广：万有引力定律的检验：万有引力定律:122mmFGr“天上”的力与“人间”的力是同一种力月---地检验宇宙中一切物体间都有引力卡文迪许引力常量G的测量实验课堂小结根据万有引力定律和牛顿第二定律说明：开普勒第三定律中k是一个与行星无关，只与太阳有关的常量.222322m4rr=k4MGmTGMrT太行行太太阳与行星的距离【解析】建立模型：行星绕太阳近似做匀速圆周运动行星公转轨道半径nFF引由万有引力定律和牛顿第二定律得kTr23【典例分析3】【课后作业】1.课本:P41（阅读与练习）2.堂堂清:P33(对应练习)3.预习：(§6.4万有引力理论的成就)