鲁科版物理必修二课件51万有引力定律及引力常量的测定(讲授式)

高中物理课件灿若寒星整理制作高中物理课件灿若寒星整理制作1第1节万有引力定律及引力常量的测定第1节万有引力定律及引力常量的测定2浩瀚的宇宙浩瀚的宇宙3开普勒三条定律的得出过程开普勒（德国）第谷（丹麦）二十年的精心观测星体做匀速圆周运动结论:认为行星轨道为椭圆十年多的刻苦计算否定19种假设开普勒三条定律的得出过程开普勒（德国）第谷（丹麦）二十年的精41.行星运动的规律所有的行星围绕太阳运动的轨道是椭圆，太阳处在所在椭圆的一个焦点上。开普勒第一定律（亦称轨道定律）1.行星运动的规律所有的行星围绕太阳运动的轨道是椭圆，太阳处5对于每一个行星而言，太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积。开普勒第二定律（亦称面积定律）(近日点速率最大，远日点速率最小)1.行星运动的规律对于每一个行星而言，太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的6开普勒第三定律1.行星运动的规律开普勒第三定律1.行星运动的规律7所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等。即：a3/T2=kk是一个只决定于被绕天体（中心天体）质量的物理量.开普勒第三定律（亦称周期定律）a半长轴半短轴1.行星运动的规律所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等8与自转周期无关a最大a3/T2=k例题分析例1.关于行星的运动,下列说法正确的有是()A.行星轨道的半长轴越长,自转的周期就越大B.行星轨道的半长轴越长,公转的周期就越大C.行星轨道的半长轴越短,公转的周期就越大D.“冥王星”离太阳最远,绕太阳运动的公转周期最长与自转周期无关a最大a3/T2=k例题分析例1.关于行星的运91.在古代,人们对天体的运动存在着“地心说”和“日心说”两种对立的看法,“地心说”认为_____是宇宙的中心,是静止不动的;“日心说”认为______是静止不动的;这两种认识都是______(正确或错误)的地球太阳错误练习1.在古代,人们对天体的运动存在着“地心说”和“日心说”两种102.开普勒关于行星运动的公式a3/T2=k,以下理解正确的是()A.k是一个与行星无关的常量B.k代表行星运动的轨道半径C.T代表行星运动的自转周期D.T代表行星绕太阳运动的公转周期AD练习2.开普勒关于行星运动的公式a3/T2=k,以下理解正确的是11一、轨道定律近似圆周，太阳在圆心二、面积定律行星绕太阳做匀速圆周运动三、周期定律r(k与行星无关)行星运动的简化的模型一、轨道定律近似圆周，太阳在圆心二、面积定律行星绕太阳做匀速12根据我们已有的知识和经验，你认为太阳和行星间引力的大小可能跟哪些因素有关？太阳的质量M行星的质量m太阳和行星之间的距离r太阳的大小及形状行星的大小及形状……科学猜想太阳对行星的引力根据我们已有的知识和经验，你认为太阳和行星间引力的大小可能跟13力运动探究角度——力和运动的关系决定反映太阳对行星的引力力运动探究角度——力和运动的关系决定反映太阳对行星的引力14理解问题的实质：实质上是一个“已知运动求力”的动力学问题已知什么？待求什么？------行星运动规律------太阳对行星的引力牛顿运动定律太阳对行星的引力理解问题的实质：实质上是一个“已知运动求力”的动力学问题已知15逻辑推理F1mM行星的公转周期：T行星到太阳的距离:r设行星的质量为m行星则由牛顿第二定律得：行星需要的向心力为：已知运动由开普勒第三定律：不同行星的公转周期T不同，如何消去T？以上两式联立消去T得：太阳对行星的引力逻辑推理F1mM行星的公转周期：T行星到太阳的距离:r设行星16逻辑推理F1mMF2太阳对行星的吸引力一对相互作用力：同一性质，大小相等什么关系？太阳对行星F1行星对太阳F2行星对太阳的吸引力太阳与行星间的引力太阳对行星的引力逻辑推理F1mMF2太阳对行星的吸引力一对相互作用力：什么关17飞人跳得再高也会落地,为什么他不能漂浮在空中？飞人跳得再高也会落地,为什么他不能漂浮在空中？18为什么月球不能飞离地球呢？为什么月球不能飞离地球呢？191.既然是太阳与行星之间的引力使得行星不能飞离太阳，那么，太阳与地球之间的吸引力与地球吸引物体（苹果）的力是否是同一种力呢?2.即使在最高的建筑物上和最高的山顶上，都不会发现重力有明显的减弱，那么，这个力会不会延伸作用到月球上?拉住月球围绕地球运动？牛顿的猜想1.既然是太阳与行星之间的引力使得行星不能飞离太阳，那么，太20牛顿的猜想猜想：假设地球对月亮、苹果的力是同一种性质的力，这可能是地球对其表面上的物体的重力延伸到月亮，且它们都是类似太阳与行星间的引力，都应遵从“与距离平方成反比”的规律。牛顿的猜想猜想：21检验目的：地球和月球之间的吸引力是否与地球吸引苹果的力为同一种力．根据牛顿第二定律，知：检验原理：猜想的验证：月-地检验检验目的：地球和月球之间的吸引力是否与地球吸引苹果的力为同一22猜想的验证：月-地检验根据向心加速度公式,有：即：验证过程验证成功地表重力加速度：g=9.8m/s2地球半径：R=6400×103m月球周期：T=27.3天≈2.36×106s月球轨道半径：r≈60R=3.84×108m当时，已能准确测量的量有：猜想的验证：月-地检验根据向心加速度公式,有：即：验证过程验231.定律表述：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F与这两个物体质量的乘积m1m2成正比，与这两个物体间距离r的平方成反比.2.【说明】1.m1和m2表示两个物体的质量，r表示它们的距离。2.G为引力常量，G=6.67259×10-11m3/(kg.s2)3.G的物理意义——两质量各为1kg的物体相距1m时相互吸引力的大小.即，2.万有引力定律1.定律表述：自然界中任何两个物体都是相互吸引的，引力的方向243.万有引力公式的适用范围：（1）万有引力存在于一切物体之间，但上述公式只能计算两质点间的引力；即两物体的形状和大小对它们之间的距离而言,影响很小,可以忽略不计.（2）两质量分布均匀的球体之间的引力，也可用上述公式计算，且r为两球心间距离；m1m2r2.万有引力定律3.万有引力公式的适用范围：（1）万有引力存在于一切物体之间254.万有引力定律理解⑴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），它是自然界的物体间的基本相互作用之一。⑵相互性：两个物体之间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。(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，粒子的质量都非常小，粒子间的万有引力很不显著，万有引力可以忽略不计。2.万有引力定律4.万有引力定律理解⑴普遍性：任何两个物体之间都存在引力（大265.万有引力与重力（1）万有引力的一个分力提供物体随地球自转的向心力，一个分力为重力。（4）重力随纬度的增大而增大。（5）由于随地球自转的向心力很小，所以若不考虑地球自转,则万有引力等于重力。（2）在南北极：（3）在赤道：2.万有引力定律5.万有引力与重力（1）万有引力的一个分力提供物体随地球自转27例2.下面我们粗略地来计算一下两个质量为50kg，相距0.5m的人之间的引力。答案：2.万有引力定律例2.下面我们粗略地来计算一下两个质量为50kg，相距0.528例3．关于万有引力定律的适用范围，下列说法中正确的有()A．只适用于天体，不适用于地面的物体B．只适用于球形物体，不适用于其他形状的物体C．只适用于质点，不适用于实际物体D．适用于自然界中任何两个物体之间万有引力存在于一切物体之间解析：例3．关于万有引力定律的适用范围，下列说法中正确的有()万有29例4.离地面某一高度h处的重力加速度是地球表面重力加速度的二分之一，则高度h是地球半径的多少倍？解析：地球表面上物体所受重力约等于地球对物体的引力，则有:离地面高度为h处:由题意知解得即h是地球半径的倍例4.离地面某一高度h处的重力加速度是地球表面重力加速度的二301687年，牛顿发表了万有引力定律，只提出引力与两个物体质量和两者之间距离有关，却没能给出准确的引力常数，如何准确测量引力常数成为物理界普遍关心的重大课题。其实，引力常量是很小很小的，平时见到的物体的质量又不大，引力比较微小。例如两个质量各为50kg的同学，相距0.5m时，他们之间的万有引力只有几百粒尘埃重。正因为如此引力常量的测定是非常困难的。所以这个问题悬疑了一百多年，直至1789年，卡文迪许利用扭秤实验成功测出了引力常量。1687年，牛顿发表了万有引力定律，只提出引力与两个物体质量313、引力常量的测定及其意义卡文迪许实验3、引力常量的测定及其意义卡文迪许实验32卡文迪许为什么说自己的实验是“称量地球的重量（质量）”？请你解释一下原因。不考虑地球自转的影响,有：其中，R是物体距地心的距离，即地球半径背景：重力加速度g和地球半径R在卡文迪许之前就知道了，一旦测得引力常量G，则可以计算出地球的质量M。地球质量为：3、引力常量的测定及其意义卡文迪许为什么说自己的实验是“称量地球的重量（质量）”？请你33例5.设地面附近的重力加速度g=9.8m/s2，地球半径R=6.4×106m，引力常量G=6.67×10-11N·m2/kg2，试估算地球的质量.答案：6×1024kg解：不考虑地球自转的影响,有：地球质量为：例5.设地面附近的重力加速度g=9.8m/s2，地球半径R=34例6.把地球绕太阳的公转看作是匀速圆周运动，轨道半径约为1.5×1011m，已知引力常量G=6.67×10－11N·m2/kg2，则可估算出太阳的质量约为kg。解：地球绕太阳运转的周期:T=365×24×60×60s=3.15×107s地球绕太阳做匀速圆周运动的向心力由万有引力提供，例6.把地球绕太阳的公转看作是匀速圆周运动，轨道半径约为1.35测定引力常量的重要意义1.证明了万有引力存在的普遍性.2.万有引力定律有了真正的实用价值，可测定远离地球的天体的质量、密度等.3.扭秤实验巧妙地利用等效法合理地将微小量进行放大，开创了测量弱力的新时代.3、引力常量的测定及其意义测定引力常量的重要意义1.证明了万有引力存在的普遍性.3、引361.对于万有引力定律的表述式，下列说法中正确的是()A.公式中G为引力常量，它是由实验测得的，而不是人为规定的B.当r趋近于零时，万有引力趋于无穷大C.m1与m2受到的引力大小总是相等的，方向相反，是一对平衡力D.m1与m2受到的引力大小总足相等的，而与m1、m2是否相等无关AD课堂训练1.对于万有引力定律的表述式，下列说法中正确的是()AD课堂372.要使两物体间的万有引力减小到原来的1/4，下列办法可采用的是（）A.使两个物体质量各减小一半，距离不变B.使其中一个物体的质量减小到原来的1/4，距离不变C.使两物体的距离增为原来的2倍，质量不变D.两物体的距离和两物体质量都减小为原来的1/4ABC课堂训练2.要使两物体间的万有引力减小到原来的1/4，下列办法可采用383.下列说法正确的有()A.太阳系中的八大行星有一个共同的轨道焦点B.行星的运动方向总是沿着轨道的切线方向C.行星的运动方向总是与它和太阳的连线垂直D.日心说的说法是完全正确的AB课堂训练3.下列说法正确的有()AB课堂训练39课本P95:4.两艘轮船，质量都是1.0×104t，相距10km，它们之间的万有引力是多大？请将这个力与轮船所受的重力进行比较，看看是重力的多少倍。解：可以将轮船看成质点，根据万有引力定律而重力的大小为：它们的比值为：课堂训练课本P95:4.两艘轮船，质量都是1.0×104t，相距10405.太阳的质量为2.0×1030kg，太阳和地球的平均距离为1.5×1011m，太阳和地球之间的万有引力是多大？比较2、3两题的计算结果，你有什么发现？（地球的质量约为6.0×1024kg)解：根据万有引力定律:比较4、5两题的计算结果可知：质量大小的乘积对引力大小的贡献是非常大的。课堂训练5.太阳的质量为2.0×1030kg，太阳和地球的平均距离为41高中物理课件灿若寒星整理制作高中物理课件灿若寒星整理制作42第1节万有引力定律及引力常量的测定第1节万有引力定律及引力常量的测定43浩瀚的宇宙浩瀚的宇宙44开普勒三条定律的得出过程开普勒（德国）第谷（丹麦）二十年的精心观测星体做匀速圆周运动结论:认为行星轨道为椭圆十年多的刻苦计算否定19种假设开普勒三条定律的得出过程开普勒（德国）第谷（丹麦）二十年的精451.行星运动的规律所有的行星围绕太阳运动的轨道是椭圆，太阳处在所在椭圆的一个焦点上。开普勒第一定律（亦称轨道定律）1.行星运动的规律所有的行星围绕太阳运动的轨道是椭圆，太阳处46对于每一个行星而言，太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积。开普勒第二定律（亦称面积定律）(近日点速率最大，远日点速率最小)1.行星运动的规律对于每一个行星而言，太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的47开普勒第三定律1.行星运动的规律开普勒第三定律1.行星运动的规律48所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等。即：a3/T2=kk是一个只决定于被绕天体（中心天体）质量的物理量.开普勒第三定律（亦称周期定律）a半长轴半短轴1.行星运动的规律所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等49与自转周期无关a最大a3/T2=k例题分析例1.关于行星的运动,下列说法正确的有是()A.行星轨道的半长轴越长,自转的周期就越大B.行星轨道的半长轴越长,公转的周期就越大C.行星轨道的半长轴越短,公转的周期就越大D.“冥王星”离太阳最远,绕太阳运动的公转周期最长与自转周期无关a最大a3/T2=k例题分析例1.关于行星的运501.在古代,人们对天体的运动存在着“地心说”和“日心说”两种对立的看法,“地心说”认为_____是宇宙的中心,是静止不动的;“日心说”认为______是静止不动的;这两种认识都是______(正确或错误)的地球太阳错误练习1.在古代,人们对天体的运动存在着“地心说”和“日心说”两种512.开普勒关于行星运动的公式a3/T2=k,以下理解正确的是()A.k是一个与行星无关的常量B.k代表行星运动的轨道半径C.T代表行星运动的自转周期D.T代表行星绕太阳运动的公转周期AD练习2.开普勒关于行星运动的公式a3/T2=k,以下理解正确的是52一、轨道定律近似圆周，太阳在圆心二、面积定律行星绕太阳做匀速圆周运动三、周期定律r(k与行星无关)行星运动的简化的模型一、轨道定律近似圆周，太阳在圆心二、面积定律行星绕太阳做匀速53根据我们已有的知识和经验，你认为太阳和行星间引力的大小可能跟哪些因素有关？太阳的质量M行星的质量m太阳和行星之间的距离r太阳的大小及形状行星的大小及形状……科学猜想太阳对行星的引力根据我们已有的知识和经验，你认为太阳和行星间引力的大小可能跟54力运动探究角度——力和运动的关系决定反映太阳对行星的引力力运动探究角度——力和运动的关系决定反映太阳对行星的引力55理解问题的实质：实质上是一个“已知运动求力”的动力学问题已知什么？待求什么？------行星运动规律------太阳对行星的引力牛顿运动定律太阳对行星的引力理解问题的实质：实质上是一个“已知运动求力”的动力学问题已知56逻辑推理F1mM行星的公转周期：T行星到太阳的距离:r设行星的质量为m行星则由牛顿第二定律得：行星需要的向心力为：已知运动由开普勒第三定律：不同行星的公转周期T不同，如何消去T？以上两式联立消去T得：太阳对行星的引力逻辑推理F1mM行星的公转周期：T行星到太阳的距离:r设行星57逻辑推理F1mMF2太阳对行星的吸引力一对相互作用力：同一性质，大小相等什么关系？太阳对行星F1行星对太阳F2行星对太阳的吸引力太阳与行星间的引力太阳对行星的引力逻辑推理F1mMF2太阳对行星的吸引力一对相互作用力：什么关58飞人跳得再高也会落地,为什么他不能漂浮在空中？飞人跳得再高也会落地,为什么他不能漂浮在空中？59为什么月球不能飞离地球呢？为什么月球不能飞离地球呢？601.既然是太阳与行星之间的引力使得行星不能飞离太阳，那么，太阳与地球之间的吸引力与地球吸引物体（苹果）的力是否是同一种力呢?2.即使在最高的建筑物上和最高的山顶上，都不会发现重力有明显的减弱，那么，这个力会不会延伸作用到月球上?拉住月球围绕地球运动？牛顿的猜想1.既然是太阳与行星之间的引力使得行星不能飞离太阳，那么，太61牛顿的猜想猜想：假设地球对月亮、苹果的力是同一种性质的力，这可能是地球对其表面上的物体的重力延伸到月亮，且它们都是类似太阳与行星间的引力，都应遵从“与距离平方成反比”的规律。牛顿的猜想猜想：62检验目的：地球和月球之间的吸引力是否与地球吸引苹果的力为同一种力．根据牛顿第二定律，知：检验原理：猜想的验证：月-地检验检验目的：地球和月球之间的吸引力是否与地球吸引苹果的力为同一63猜想的验证：月-地检验根据向心加速度公式,有：即：验证过程验证成功地表重力加速度：g=9.8m/s2地球半径：R=6400×103m月球周期：T=27.3天≈2.36×106s月球轨道半径：r≈60R=3.84×108m当时，已能准确测量的量有：猜想的验证：月-地检验根据向心加速度公式,有：即：验证过程验641.定律表述：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F与这两个物体质量的乘积m1m2成正比，与这两个物体间距离r的平方成反比.2.【说明】1.m1和m2表示两个物体的质量，r表示它们的距离。2.G为引力常量，G=6.67259×10-11m3/(kg.s2)3.G的物理意义——两质量各为1kg的物体相距1m时相互吸引力的大小.即，2.万有引力定律1.定律表述：自然界中任何两个物体都是相互吸引的，引力的方向653.万有引力公式的适用范围：（1）万有引力存在于一切物体之间，但上述公式只能计算两质点间的引力；即两物体的形状和大小对它们之间的距离而言,影响很小,可以忽略不计.（2）两质量分布均匀的球体之间的引力，也可用上述公式计算，且r为两球心间距离；m1m2r2.万有引力定律3.万有引力公式的适用范围：（1）万有引力存在于一切物体之间664.万有引力定律理解⑴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），它是自然界的物体间的基本相互作用之一。⑵相互性：两个物体之间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。(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，粒子的质量都非常小，粒子间的万有引力很不显著，万有引力可以忽略不计。2.万有引力定律4.万有引力定律理解⑴普遍性：任何两个物体之间都存在引力（大675.万有引力与重力（1）万有引力的一个分力提供物体随地球自转的向心力，一个分力为重力。（4）重力随纬度的增大而增大。（5）由于随地球自转的向心力很小，所以若不考虑地球自转,则万有引力等于重力。（2）在南北极：（3）在赤道：2.万有引力定律5.万有引力与重力（1）万有引力的一个分力提供物体随地球自转68例2.下面我们粗略地来计算一下两个质量为50kg，相距0.5m的人之间的引力。答案：2.万有引力定律例2.下面我们粗略地来计算一下两个质量为50kg，相距0.569例3．关于万有引力定律的适用范围，下列说法中正确的有()A．只适用于天体，不适用于地面的物体B．只适用于球形物体，不适用于其他形状的物体C．只适用于质点，不适用于实际物体D．适用于自然界中任何两个物体之间万有引力存在于一切物体之间解析：例3．关于万有引力定律的适用范围，下列说法中正确的有()万有70例4.离地面某一高度h处的重力加速度是地球表面重力加速度的二分之一，则高度h是地球半径的多少倍？解析：地球表面上物体所受重力约等于地球对物体的引力，则有:离地面高度为h处:由题意知解得即h是地球半径的倍例4.离地面某一高度h处的重力加速度是地球表面重力加速度的二711687年，牛顿发表了万有引力定律，只提出引力与两个物体质量和两者之间距离有关，却没能给出准确的引力常数，如何准确测量引力常数成为物理界普遍关心的重大课题。其实，引力常量是很小很小的，平时见到的物体的质量又不大，引力比较微小。例如两个质量各为50kg的同学，相距0.5m时，他们之间的万有引力只有几百粒尘埃重。正因为如此引力常量的测定是非常困难的。所以这个问题悬疑了一百多年，直至1789年，卡文迪许利用扭秤实验成功测出了引力常量。1687年，牛顿发表了万有引力定律，只提出引力与两个物体质量723、引力常量的测定及其意义卡文迪许实验3、引力常量的测定及其意义卡文迪许实验73卡文迪许为什么说自己的实验是“称量地球的重量（质量）”？请你解释一下原因。不考虑地球自转的影响,有：其中，R是物体距地心的距离，即地球半径背景：重力加速度g和地球半径R在卡文迪许之前就知道了，一旦测得引力常量G，则可以计算出地球的质量M。地球质量为：3、引力常量的测定及其意义卡文迪许为什么说自己的实验是“称量地球的重量（质量）”？请你74例5.设地面附近的重力加速度g=9.8m/s2，地球半径R=6.4×106m，引力常量G=6.67×10-11N·m2/kg2，试估算地球的质量.答案：6×1024kg解：不考虑地球自转的影响,有：地球质量为：例5.设地面附近的重力加速度g=9.8m/s2，地球半径R=75例6.把地球绕太阳的公转看作是匀速圆周运动，轨道半径约为1.5×1011m，已知引力常量G=6.67×10－11N·m2/kg2，则可估算出太阳的质量约为kg。解：地球绕太阳运转的周期:T=