新教材人教版高中物理必修第二册 7.2 万有引力定律 导学案

1、精品文档 精心整理精品文档 可编辑的精品文档7.2 万有引力定律学案【学习目标】1.了解推导出太阳与行星之间引力的表达式的方法。2.了解月地检验的内容和作用。3.理解万有引力定律的内容、含义及适用条件，应用万有引力定律解决实际问题【课堂合作探究】一、科学家的思考问题：是什么力支配着行星绕着太阳做如此和谐而有规律的运动呢？问题：阅读课文，尝试简述科学家对行星运动规律的研究？二、行星与太阳间的引力问题：行星的实际运动是椭圆运动，但我们还不了解椭圆运动规律，那应该怎么办？能把它简化成什么运动呢？问题：行星绕太阳做匀速圆周运动需要向心力由什么力来提供做向心力？ 这个力的方向怎么样？ 行星绕太阳的运动可

2、以看做匀速圆周运动，行星做匀速圆周运动时，受到一个指向圆心（太阳）的引力，正是这个力提供了匀速圆周运动所需的向心力，由此可推知太阳与行星间引力的方向沿着二者的连线。问题：太阳对行星的引力提供作为向心力，那这个力大小有什么样定量关系？ 问题：既然太阳对行星有引力，那么行星对太阳有引力？它有怎么样定量的关系？月地检验1.牛顿的思考： 地球对月球的引力、地球对地面上物体的引力若为同一种力，其大小的表达式满足2检验过程：【理论分析】对月球绕地球做匀速圆周运动，由 和a月 ，可得： 对苹果自由落体，由 和a苹 得：a苹_由r60R，可得：a苹(a月)_【事实检验】请根据天文观测数据（事实）计算月球所在处

3、的向心加速度：当时，已能准确测量的量有：（即事实）地球表面附近的重力加速度：g = 9.8m/s2，地球半径： R = 6.4106m，月亮的公转周期：T =27.3天2.36106s，月亮轨道半径： r =3.8108m 60R。根据以上条件如何处理？万有引力定律定义： 表达式：适用条件：对万有引力定律的理解：(1)普遍性：它存在于宇宙中任何客观存在的两个物体之间。(2)相互性：任何两物体间的相互引力，都是一对作用力和反作用力，合牛顿第三定律。(3)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天体附近的物体间，它的作用才有实际的物理意义。（4）独立性：万有引力的大小只与

4、它们的质量和距离有关，与其他的因素均无关。不管它们之间是否还有其他作用力。5.发现万有引力定律的重要意义: 揭示了地面上物体运动的规律和天体上物体的运动遵从同一规律，让人们认识到天体上物体的运动规律也是可以认识的,解放了人们的思想,给人们探索自然的奥秘建立了极大信心, 对后来的物理学、天文学的发展具有深远的影响。 6.引力常量1686年牛顿发现万有引力定律后，却无法算出两个天体间的引力大小。100多年以后，英国物理学家卡文迪许利用扭秤装置，第一次比较准确地测出了引力常量。 装置的巧妙之处：两次放大及等效的思想 。（1）扭秤装置把微小力通过杠杆旋转明显反映出来（一次放大）；（2）扭转角度（微小形

5、变）通过光标的移动来反映（二次放大），从而确定物体间的万有引力。（3）标准值：G6.672591011Nm2/kg2， 通常取G6.671011Nm2/kg2 。测定引力常量的重要意义（1）证明了万有引力的存在；（2）“开创了测量弱力的新时代” （英国物理学家玻印廷语）；（3）使得万有引力定律有了真正的实用价值，可测定远离地球的一些天体的质量、平均密度等。【课堂检测】1.氢原子有一个质子和围绕质子运动的电子组成，已知质子的质量为1.6710-27kg，电子的质量为9.110-31kg，如果质子与电子的距离为1.010-10m，求它们之间的万有引力。2.下列说法正确的是（ ）A开普勒发现了行星的

6、运动规律并据此推广出了万有引力定律B牛顿借助万有引力定律发现了海王星和冥王星C卡文迪许第一次在实验室里测出了万有引力常量，因此被誉为称量地球质量第一人D据万有引力公式 ，当两物体间的距离趋近于0时，万有引力趋近于无穷大3.知两物体相距r时物体间的万有引力大小是F，现使两物体的质量和它们之间的距离都增大为原来的2倍，此时它们之间的万有引力是（）4.一颗人造卫星在地球引力作用下，绕地球做匀速圆周运动，已知地球的质量为M，地球的半径为R，卫星的质量为m，卫星离地面的高度为h，引力常量为G，则地球对卫星的万有引力大小为（ ）5.如图所示，两球间的距离为r，两球的质量分布均匀，质量大小分别为m1、m2，

7、半径大小分别为r1、r2，则两球间的万有引力大小为（ ）【达标训练】第谷、开普勒等人对行星运动的研究漫长而曲折，牛顿在他们研究的基础上，得出了科学史上最伟大的定律之一万有引力定律下列有关万有引力定律的说法中正确的是()A. 开普勒通过研究观测记录发现行星绕太阳运行的轨道是椭圆B. 太阳与行星之间引力的规律并不适用于行星与它的卫星C. 库仑利用实验较为准确地测出了引力常量G的数值D. 牛顿在发现万有引力定律的过程中没有利用牛顿第三定律的知识关于万有引力定律，下列说法正确的是()A. 万有引力定律是牛顿在总结前人研究的基础上发现的B. 两个物体间的万有引力总是大小相等、方向相反，是一对平衡力C.

8、公式F=Gm1m2r2中的G为比例系数，它是人为规定的D. 测出引力常量的科学家是伽利略下列说法正确的是()A. 开普勒行星运动定律只适用于行星绕太阳的运动，不适用于卫星绕行星的运动B. 牛顿提出了万有引力定律，并测定了引力常量的数值C. 万有引力的发现，揭示了自然界一种基本相互作用的规律D. 地球绕太阳在椭圆轨道上运行，在近日点和远日点受到太阳的万有引力大小是相同的地球的质量为M，半径为R。质量为m的宇航员离地面高度为h时，受到地球的万有引力为()A. F=GMmRB. F=GMmR2C. F=GMmR+hD. F=GMm(R+h)2假设地球是一半径为R、质量分布均匀的球体.一矿井深度为d(

9、矿井宽度很小).已知质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为零，则矿井底部和地面处的重力加速度大小之比为()A. 1-dRB. 1+dRC. R-dR2D. RR-d2北斗卫星导航系统BeiDou(COMPASS)NavigationSatelliteSystem是中国正在实施的自主研发、独立运行的全球卫星导航系统，缩写为BDS.北斗卫星导航系统由空间端、地面端和用户端三部分组成空间端包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星地面端包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站下列说法符合史实的是()A. 牛顿发现了行星的运动规律B. 开普勒发现了万有引力定律C. 卡文迪许第一次在实验室里测出了万有引力

10、常量D. 牛顿发现了海王星和冥王星以下关于行星运动及万有引力的描述正确的是()A. 开普勒认为行星绕太阳运行的轨道是椭圆，行星在椭圆轨道上各个地方的速率均相等B. 太阳对行星的引力与地球对月球的引力属于不同性质的力C. 牛顿提出的万有引力定律只适用于天体之间D. 卡文迪许利用扭称实验测出了引力常量的数值关于万有引力定律，以下说法正确的是()A. 牛顿在前人研究的基础上总结出万有引力定律，并准确得出了引力常量G的值B. 德国天文学家开普勒对第谷观测的行星数据进行了多年研究，得出万有引力定律C. 英国物理学家卡文迪许比较准确测得引力常量G的值，并求出了地球的质量D. 相互作用的两个物体，质量大的物

11、体受到的万有引力较大，质量小的物体受到的万有引力较小下列说法正确的是()A. 两个微观粒子之间也存在万有引力B. 月-地检验的结果证明了引力与重力式两种不同性质的力C. 牛顿发现了万有引力定律并测定了引力常量D. 由公式F=Gm1m2r2可知，当r0时，引力F下列说法正确的是()A. 对于行星绕太阳运动，开普勒第三定律公式a3T2=k中的k值由太阳质量决定，与行星质量无关B. 地球对月球的引力大于月球对地球的引力C. 牛顿发现了万有引力定律并测出了万有引力常量G的值D. 第一宇宙速度是人造卫星的最大发射速度，同时也是最小环绕速度参考答案【课堂检测】1.解：根据万有引力定律质子与电子之间的万有引

12、力为2.C 3.B 3.A 5.D【达标训练】1.A【解析】A.根据开普勒第一定律可知，所有行星绕太阳的运动都是椭圆，故A正确；B.太阳与行星间的引力就是万有引力，万有引力适用于一切天体之间，故B错误；C.万有引力常量G是由卡文迪许在实验室中首次准确测量出来的，故C错误；D.在发现万有引力定律的过程中，牛顿应用了牛顿第三定律的规律，故D错误。故选A。2.A【解析】A. 万有引力定律是牛顿在总结前人研究的基础上发现的。故A正确。B. 两个物体间的相互的万有引力是一对作用力和反作用力，大小相等，方向相反。故B错误。C.F=Gm1m2r2中的G为引力常量，它是由实验测得的，而不是人为规定的。故C错误

13、。D. 测出引力常量的科学家是卡文迪许。故D错误。故选：A。3.C【解析】A.开普勒行星运动定律只适用于行星绕太阳的运动，也适用于卫星绕行星的运动。故A错误。B.牛顿提出了万有引力定律，但没有引力常量的数值，是卡文迪许测定了引力常量的数值。故B错误。C.万有引力的发现，揭示了自然界一种基本相互作用的规律，故C正确。D.地球绕太阳在椭圆轨道上运行，由万有引力定律知地球在近日点受到太阳的万有引力比远日点的大，故D错误。故选：C。4.D【解析】根据万有引力公式有：F=GMmr2，其中r=R+h，则万有引力大小为：F=GMm(R+h)2，故D正确，ABC错误。故选D。5.A【解析】地球表面到深度为d的

14、部分为质量分布均匀的球壳对壳内的矿井底部引力为零。深度为d的矿井底部的引力，由半径为R-d的球形部分产生。地球表面的重力加速度为g=GMR2，矿井底部的重力加速度可以看成是半径为(R-d)的球体表面的重力加速度故有g=GMR-d2。所以球体质量分布均匀，所以M=g43R3，故MM=R-d3R3，综上可知gg=R-dR=1-dR，故A正确，BCD错误。故选A。6.C【解析】A.开普勒发现了行星的运动规律，故A错误；B.牛顿发现了万有引力定律，故B错误；C，卡文迪许第一次在实验室里测出了万有引力常量，故C正确；D.海王星和冥王星不是牛顿发现的，故D错误故选C7.D【解析】A、开普勒发现行星沿椭圆轨

15、道绕太阳运动，但行星在椭圆轨道上各个地方的速率不相等，故A错误；B、牛顿发现地球对周围物体的引力与太阳对行星的引力是相同性质的力，故B错误；C、牛顿发现了万有引力定律，适用自然界中任何物体，故C错误；D、卡文迪许通过实验测出引力常量，故D正确；故选：D。8.C【解析】A.牛顿在前人研究基础上总结出万有引力定律，英国物理学家卡文迪许利用扭秤实验首先较准确的测定了引力常量，故A错误；B.德国天文学家开普勒对他的导师第谷观测的行星数据进行多年研究，得出了开普勒三大定律，故B错误；C.英国物理学家卡文迪许利用扭秤比较准确的测定了引力常量，间接求出了地球的质量，故C正确；D.根据牛顿第三定律，相互作用的两个物体之间的作用力大小是相等的，质量大的物体受到的万有引力和质量小的物体受到的万有引力一样大，故D错误。故选C。9.A【解析】A、万有引力是普遍存在于宇宙空间中所有具有质量的物体之间的相互作用，具有普遍性，故A正确；B、“月-地检验”表明地面物体所受地球的引力与月球所受地球的引力是同种性质的力，故B错误；C、牛顿发现了万有引力定律，卡文迪许测定了引力常量，故C错误；D、当两个物体间距为零时，两个物体不能简化为质点，不适用于万有引力定律，故D错误；故选：A。10.A【解析】A.对于行星绕