202X学年高中物理第5章万有引力定律及其应用第1节万有引力定律及引力常量的测定课件鲁科版必修2

1、第1节万有引力定律及引力常量的测定学习目标学习目标核心提炼核心提炼1.了解开普勒三定律的内容。了解开普勒三定律的内容。2.掌握万有引力定律的内容、表达式及适用掌握万有引力定律的内容、表达式及适用条件，并会用其解决简单的问题。条件，并会用其解决简单的问题。3.了解引力常量了解引力常量G，知道其测定方法及意义。，知道其测定方法及意义。4.会用万有引力定律计算天体质量。会用万有引力定律计算天体质量。4个定律个定律开普勒第一、二、三定开普勒第一、二、三定律，万有引力定律律，万有引力定律1种方法种方法“月月地地”检验检验1个常量个常量万有引力常量万有引力常量G6.671011 m3/(kgs2)一、行星

2、运动的规律一、行星运动的规律阅读教材第阅读教材第8990页页“行星运动的规律局部，知道开普勒行星运动定律的内容。行星运动的规律局部，知道开普勒行星运动定律的内容。开普勒行星运动的三个定律开普勒行星运动的三个定律一个焦点一个焦点定律名称定律名称内容内容对应图示对应图示第一定律第一定律(轨道定律轨道定律)所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳位所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳位于椭圆的于椭圆的_上上第二定律第二定律(面积定律面积定律)太阳与任何一个行星的连线太阳与任何一个行星的连线(矢径矢径)在相等的时在相等的时间内扫过的间内扫过的_第三定律第三定律(周期定律周期定律)行星绕太阳运行轨道半长

3、轴行星绕太阳运行轨道半长轴r的立方与其公转周的立方与其公转周期期T的平方成正比。数学表达式：的平方成正比。数学表达式：_面积相等面积相等思维拓展思维拓展如图如图1所示为地球绕太阳运动的示意图及春分、夏至、秋分、冬至时地球所在的位置。所示为地球绕太阳运动的示意图及春分、夏至、秋分、冬至时地球所在的位置。图图1(1)太阳是否在轨道平面的中心？夏至、冬至时地球到太阳的距离是否一样？太阳是否在轨道平面的中心？夏至、冬至时地球到太阳的距离是否一样？(2)一年之内秋、冬两季比春、夏两季为什么要少几天？一年之内秋、冬两季比春、夏两季为什么要少几天？答案答案(1)不是不一样不是不一样(2)秋、冬两季比春、夏两

4、季地球运动的快。秋、冬两季比春、夏两季地球运动的快。二、万有引力定律二、万有引力定律阅读教材第阅读教材第9093页页“万有引力定律局部，知道万有引力定律的内容及表达式。万有引力定律局部，知道万有引力定律的内容及表达式。1.万有引力定律万有引力定律内容内容自然界中任何两个物体都是相互吸引的，引力的方向沿两物体的连线，引自然界中任何两个物体都是相互吸引的，引力的方向沿两物体的连线，引力的大小力的大小F与这两个物体质量的乘积与这两个物体质量的乘积m1m2成成_，与这两个物体间距离，与这两个物体间距离r的的_成反比成反比公式公式F_，G_，r指两个质点间的距离，对于指两个质点间的距离，对于匀质球体，就

5、是两匀质球体，就是两_间的距离间的距离条件条件适用于两质点间的相互作用适用于两质点间的相互作用正比正比平方平方球心球心2.“月月地检验地检验证明了地球与物体间的引力和天体间的引力具有证明了地球与物体间的引力和天体间的引力具有_，遵循，遵循_。一样性质一样性质同样的规律同样的规律思维拓展思维拓展天体是有质量的，人是有质量的，地球上的其他物体也是有质量的。请思考：天体是有质量的，人是有质量的，地球上的其他物体也是有质量的。请思考：图图2(1)任意两个物体之间都存在万有引力吗？任意两个物体之间都存在万有引力吗？“两个物体之间的距离两个物体之间的距离r指物体哪两局部指物体哪两局部间的距离？间的距离？(

6、2)地球对人的万有引力与人对地球的万有引力大小相等吗？地球对人的万有引力与人对地球的万有引力大小相等吗？答案答案(1)都存在质心间距离都存在质心间距离(2)相等相等三、引力常量的测定及其意义三、引力常量的测定及其意义阅读教材第阅读教材第9395页页“引力常量的测定及其意义局部，知道引力常量的测定方法，引力常量的测定及其意义局部，知道引力常量的测定方法，了解其意义。了解其意义。1.测定：在测定：在1798年，英国物理学家年，英国物理学家_利用利用_实验，较准确地测出了引实验，较准确地测出了引力常量。力常量。2.意义：使意义：使_能进展定量运算，显示出其真正的实用价值。能进展定量运算，显示出其真正

7、的实用价值。3.知道知道G的值后，利用万有引力定律可以计算出天体的质量，卡文迪许也因此被称为的值后，利用万有引力定律可以计算出天体的质量，卡文迪许也因此被称为“_。卡文迪许卡文迪许扭秤扭秤万有引力定律万有引力定律能称出地球质量的人能称出地球质量的人对开普勒定律的认识对开普勒定律的认识要点归纳要点归纳1.从空间分布上认识：从空间分布上认识：行星的轨道都是椭圆，不同行星轨道的半长轴不同，即各行星行星的轨道都是椭圆，不同行星轨道的半长轴不同，即各行星的椭圆轨道大小不同，但所有轨道都有一个共同的焦点，太阳在此焦点上。因此开的椭圆轨道大小不同，但所有轨道都有一个共同的焦点，太阳在此焦点上。因此开普勒第一

8、定律又叫焦点定律。普勒第一定律又叫焦点定律。2.对速度大小的认识对速度大小的认识(1)如图如图3所示，如果时间间隔相等，即所示，如果时间间隔相等，即t2t1t4t3，由开普勒第二定律，面积，由开普勒第二定律，面积SASB，可见离太阳越近，行星在相等时间内经过的弧长越长，即行星的速率越大。因，可见离太阳越近，行星在相等时间内经过的弧长越长，即行星的速率越大。因此开普勒第二定律又叫面积定律。此开普勒第二定律又叫面积定律。图图3(2)近日点、远日点分别是行星距离太阳的最近点、最远点，所以同一行星在近日点近日点、远日点分别是行星距离太阳的最近点、最远点，所以同一行星在近日点速度最大，在远日点速度最小。

9、速度最大，在远日点速度最小。3.对周期长短的认识对周期长短的认识(1)行星公转周期跟轨道半长轴之间有依赖关系，椭圆轨道半长轴越长的行星，其公行星公转周期跟轨道半长轴之间有依赖关系，椭圆轨道半长轴越长的行星，其公转周期越长；反之，其公转周期越短。转周期越长；反之，其公转周期越短。(2)该定律不仅适用于行星，也适用于其他天体。例如，绕某一行星运动的不同卫星。该定律不仅适用于行星，也适用于其他天体。例如，绕某一行星运动的不同卫星。4.开普勒定律的近似处理：开普勒定律的近似处理：实际上，行星的轨道与圆十分接近，所以在中学阶段的研实际上，行星的轨道与圆十分接近，所以在中学阶段的研究中能够按圆处理。也就是

10、说：究中能够按圆处理。也就是说：(1)行星绕太阳运行的轨道十分接近圆，太阳处在圆心。行星绕太阳运行的轨道十分接近圆，太阳处在圆心。(2)对某一行星来说，它绕太阳做圆周运动的角速度对某一行星来说，它绕太阳做圆周运动的角速度(或线速度大小或线速度大小)不变，即行星做不变，即行星做匀速圆周运动。匀速圆周运动。精典例如精典例如例例1 关于行星绕太阳运动的以下说法中正确的选项是关于行星绕太阳运动的以下说法中正确的选项是()A.所有行星都在同一椭圆轨道上绕太阳运动所有行星都在同一椭圆轨道上绕太阳运动B.行星绕太阳运动时，太阳位于行星轨道的中心处行星绕太阳运动时，太阳位于行星轨道的中心处C.行星在椭圆轨道上

11、绕太阳运动的过程中，其速度与行星和太阳之间的距离有关，行星在椭圆轨道上绕太阳运动的过程中，其速度与行星和太阳之间的距离有关，距离小时速度小，距离大时速度大距离小时速度小，距离大时速度大D.离太阳越近的行星运动周期越短离太阳越近的行星运动周期越短D答案答案D万有引力定律的理解及其应用万有引力定律的理解及其应用(1)两质量分布均匀的球体间的万有引力，可用公式计算，此时两质量分布均匀的球体间的万有引力，可用公式计算，此时r是两个球体球心是两个球体球心的距离。的距离。(2)个质量分布均匀球体与球外一个质点间的万有引力，可用公式计算，个质量分布均匀球体与球外一个质点间的万有引力，可用公式计算，r为球为球

12、心到质点间的距离。心到质点间的距离。(3)两个物体间的距离远大于物体本身的大小时，公式也适用。两个物体间的距离远大于物体本身的大小时，公式也适用。2.万有引力的万有引力的“四性四性特点特点内容内容普遍性普遍性万有引力是普遍存在于宇宙中任何有质量的物体万有引力是普遍存在于宇宙中任何有质量的物体(大到天体，小到微观粒大到天体，小到微观粒子子)间的相互吸引力，它是自然界中物体间的基本相互作用之一间的相互吸引力，它是自然界中物体间的基本相互作用之一相互性相互性 两个物体相互作用的引力是一对作用力与反作用力，符合牛顿第三定律两个物体相互作用的引力是一对作用力与反作用力，符合牛顿第三定律宏观性宏观性通常情

13、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物理意义。在微观世界中，粒子的质量都非常间，它的存在才有宏观的物理意义。在微观世界中，粒子的质量都非常小，粒子间的万有引力可以忽略不计小，粒子间的万有引力可以忽略不计特殊性特殊性两个物体间的万有引力，只与它们本身的质量、它们之间的距离有关，两个物体间的万有引力，只与它们本身的质量、它们之间的距离有关，和所在空间的性质无关，和周围有无其他物体的存在无关和所在空间的性质无关，和周围有无其他物体的存在无关A.公式中的公式中的G是引力常量，它是由实验得出的，而不是

14、人为规定的是引力常量，它是由实验得出的，而不是人为规定的B.当两个物体间的距离当两个物体间的距离r趋于零时，万有引力趋于无穷大趋于零时，万有引力趋于无穷大C.m1和和m2所受引力大小总是相等的所受引力大小总是相等的D.两个物体间的引力总是大小相等、方向相反的，是一对平衡力两个物体间的引力总是大小相等、方向相反的，是一对平衡力答案答案AC答案答案ABC万有引力与重力的关系万有引力与重力的关系要点归纳要点归纳1.地球外表上的重力与万有引力的关系地球外表上的重力与万有引力的关系图图42.重力与纬度的关系重力与纬度的关系3.重力、重力加速度与高度的关系重力、重力加速度与高度的关系精典例如精典例如例例3

15、 地球外表重力加速度为地球外表重力加速度为g，忽略地球自转的影响，在距地面高度为，忽略地球自转的影响，在距地面高度为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几倍？地球半径为速度是地面上重力加速度的几倍？地球半径为R。针对训练针对训练3 (2021佳木斯高一检测佳木斯高一检测)某行星的质量与地球的质量比为某行星的质量与地球的质量比为a，半径比为，半径比为b，那，那么该行星外表与地球外表的重力加速度之比为么该行星外表与地球外表的重力加速度之比为()答案答案B要点归纳要点归纳1.天体质量的计算天体质量的计算天体质量和密度的计算天体质量和密度的计算2.天体密度的计算天体密度的计算精典例如精典例如例例4 我国航天技术飞速开展，设想数年后宇航员登上了某星球外表。宇航员从距该星我国航天技术飞速开展，设想数年后宇航员登上了某星球外表。宇航员从距该星球外表高度为球外表高度为h处，沿水平方向以初速度处，沿水平方向以初速度v抛出一小球，测得小