人教版高中物理必修二 （万有引力定律）万有引力与宇宙航行教师教学课件

2万有引力定律第七章万有引力与宇宙航行

1.知道太阳对行星的引力提供了行星做圆周运动的向心力，能利用开普勒第三定律、牛顿运动定律推导出太阳与行星之间引力的表达式.2.了解月—地检验的内容和作用.3.理解万有引力定律内容、含义及适用条件.4.认识引力常量测定的重要意义，能应用万有引力定律解决实际问题.学习目标梳理教材夯实基础探究重点提升素养随堂演练逐点落实内容索引NEIRONGSUOYIN梳理教材夯实基础01行星绕太阳的运动可看作匀速圆周运动.设行星的质量为m，速度为v，行星到太阳的距离为r.天文观测测得行星公转周期为T，则行星与太阳间的引力一月—地检验二2.验证：(1)苹果自由落体加速度a苹＝g＝9.8m/s2.(2)月球中心距地球中心的距离r＝3.8×108m.月球公转周期T＝27.3d≈2.36×106s3.结论：地面物体所受地球的引力、月球所受地球的引力，与太阳、行星间的引力，遵从

的规律.2.7×10－32.8×10－4相同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

，引力的大小与物体的

成正比，与它们之间

成反比.2.表达式：

，其中G叫作引力常量.万有引力定律三连线上质量m1和m2的乘积距离r的二次方牛顿得出了万有引力与物体质量及它们之间距离的关系，但没有测出引力常量G.英国物理学家

通过实验推算出引力常量G的值.通常情况下取G＝_______

N·m2/kg2.引力常量四卡文迪什6.67×10－11即学即用1.判断下列说法的正误.(1)万有引力不仅存在于天体之间，也存在于普通物体之间.(

)(2)牛顿发现了万有引力定律，并测出了引力常量.(

)(3)质量一定的两个物体，若距离无限小，它们间的万有引力趋于无限大.(

)(4)把物体放在地球中心处，物体受到的引力无穷大.(

)(5)由于太阳质量大，太阳对行星的引力大于行星对太阳的引力.(

)√××××2.两个质量都是1kg的物体(可看成质点)，相距1m时，两物体间的万有引力F＝___________N，其中一个物体的重力F′＝____N，万有引力F与重力F′的比值为___________.(已知引力常量G＝6.67×10－11N·m2/kg2，取重力加速度g＝10m/s2)6.67×10－11106.67×10－12探究重点提升素养02对太阳与行星间引力的理解一导学探究1.是什么原因使行星绕太阳运动？答案太阳对行星的引力使行星绕太阳运动.2.在推导太阳与行星间的引力时，我们对行星的运动怎么简化处理的？用了哪些知识？答案将行星绕太阳的椭圆运动看成匀速圆周运动.在推导过程中，用到了向心力公式、开普勒第三定律及牛顿运动定律.知识深化万有引力定律的得出过程√√解析由于力的作用是相互的，则F′和F大小相等、方向相反，是作用力与反作用力，太阳对行星的引力提供行星绕太阳做圆周运动的向心力，故正确答案为B、D.万有引力定律二导学探究(1)通过月—地检验结果表明，地面物体所受地球的引力、月球所受地球的引力，与太阳、行星间的引力遵从相同的规律.一切物体都存在这样的引力，如图1，那么，为什么通常两个人(假设两人可看成质点，质量均为100kg，相距1m)间的万有引力我们却感受不到？图1(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？答案相等.它们是一对相互作用力.知识深化1.万有引力定律表达式：F＝G，G＝6.67×10－11N·m2/kg2.2.万有引力定律公式适用的条件(1)两个质点间的相互作用.(2)一个均匀球体与球外一个质点间的相互作用，r为球心到质点的距离.(3)两个质量均匀的球体间的相互作用，r为两球心间的距离.例2关于万有引力和万有引力定律的理解正确的是A.不能看作质点的两物体间不存在相互作用的引力D.引力常量的大小是牛顿首先测出来的，且约等于6.67×10－11N·m2/kg2√解析任何两物体间都存在相互作用的引力，故称万有引力，A错；物体间的万有引力与它们之间距离r的二次方成反比，故r减小，它们之间的引力增大，C对；引力常量G是由卡文迪什首先精确测出的，D错.例3如图2所示，两球间的距离为r0.两球的质量分布均匀，质量分别为m1、m2，半径分别为r1、r2，则两球间的万有引力大小为图2√例4

(2019·江川二中高一期末)一个质量均匀分布的球体，半径为2r，在其内部挖去一个半径为r的球形空穴，其表面与球面相切，如图3所示.已知挖去小球的质量为m，在球心和空穴中心连线上，距球心d＝6r处有一质量为m2的质点，求：(1)被挖去的小球挖去前对m2的万有引力为多大？图3解析被挖去的小球挖去前对m2的万有引力为(2)剩余部分对m2的万有引力为多大？重力和万有引力的关系三1.物体在地球表面上所受引力与重力的关系：除两极以外，地面上其他点的物体，都围绕地轴做圆周运动，这就需要一个垂直于地轴的向心力.地球对物体引力的一个分力F′提供向心力，另一个分力为重力G，如图4所示.图4(2)当物体在赤道上时：F′＝mω2R最大，此时重力最小(3)从赤道到两极：随着纬度增加，向心力F′＝mω2R′减小，F′与F引夹角增大，所以重力G在增大，重力加速度增大.因为F′、F引、G不在一条直线上，重力G与万有引力F引方向有偏差，重力大小mg<G .2.重力与高度的关系若距离地面的高度为h，则mg′＝G(R为地球半径，g′为离地面h高度处的重力加速度).在同一纬度，距地面越高，重力加速度越小.3.特别说明(1)重力是物体由于地球吸引产生的，但重力并不是地球对物体的引力.(2)在忽略地球自转的情况下，认为mg＝G.例5

(多选)万有引力定律能够很好地将天体运行规律与地球上物体运动规律具有的内在一致性统一起来.用弹簧测力计称量一个相对于地球静止的质量为m的小物体的重力，随称量位置的变化可能会有不同的结果.已知地球质量为M，引力常量为G.将地球视为半径为R、质量均匀分布的球体.下列说法正确的是√√(1)在火星表面上受到的重力是多少？答案222.2N(2)若宇航员在地球表面能跳1.5m高，那他在火星表面能跳多高？答案3.375m随堂演练逐点落实031.(对万有引力定律的理解)(2019·武威第十八中学高一期末)对于万有引力定律的表达式F＝G，下列说法正确的是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.对于m1与m2间的万有引力，质量大的受到的引力大D.m1与m2受到的引力是一对平衡力√解析万有引力定律的表达式F＝G，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，选项A正确；当r趋近于零时，万有引力定律表达式不再适用，选项B错误；m1与m2间的万有引力是相互作用力，两物体受到的万有引力是等大反向的，选项C错误；m1与m2受到的引力是一对相互作用力，因作用在两个物体上，故不是平衡力，选项D错误.2.(月—地检验)(2018·北京卷)若想检验“使月球绕地球运动的力”与“使苹果落地的力”遵循同样的规律，在已知月地距离约为地球半径60倍的情况下，需要验证1234√3.(万有引力定律的简单应用)两个完全相同的实心均质小铁球紧靠在一起，它们之间的万有引力为F.若将两个用同种材料制成的半径是小铁球2倍的实心大铁球紧靠在一起，则两个大铁球之间的万有引力为A.2F B.4FC.8F D.16F1234√4.(重力加速度的计算)据报道，在太阳系外发现了首颗“宜居”行星，设其质量为地球质量的k倍，其半径为地球半径的p倍，由此可推知该行星表面的重力加速度与地球表面重力加速度之比为1234√7.2万有引力定律

(1)理解太阳与行星间引力的存在;(2)能根据开普勒行星运动定律和牛顿第三定律推导出太阳与行星间的引力表达式;(3)了解万有引力定律得出的思路和过程，理解万有引力定律的含义，掌握万有引力定律的公式;(4)知道任何物体间都存在着万有引力，且遵循相同的规律。学习目标知识回顾：开普勒三定律开普勒第一定律——轨道定律所有行星都分别在大小不同的椭圆轨道上围绕太阳运动，太阳是在这些椭圆的一个焦点上;开普勒第二定律——面积定律对每个行星来说，太阳和行星的连线在相等的时间扫过相等的面积;开普勒第三定律——周期定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.太阳行星ba问题探究:行星为什么绕太阳如此和谐而又有规律地做椭圆运动？

科学足迹伽利略一切物体都有合并的趋势。行星的运动是受到了来自太阳的类似于磁力的作用，与距离成反比。开普勒在行星的周围有旋转的物质(以太)作用在行星上，使得行星绕太阳运动笛卡尔胡克行星的运动是太阳吸引的缘故，并且力的大小与到太阳距离的平方成反比。牛顿：牛顿(1643—1727)英国著名的物理学家当年牛顿在前人研究的基础上，并凭借其超凡的数学能力和坚定的信念，深入研究，最终发现了万有引力定律。牛顿在1676年给友人的信中写道：

如果说我看的比别人更远，那是因为我站在巨人的肩膀上。建立模型：太阳行星a诱思：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？太阳行星a简化太阳行星r诱思：既然把行星绕太阳的运动简化为圆周运动。那么行星绕太阳运动可看成匀速圆周运动还是变速圆周运动？行星绕太阳做匀速圆周运动需要向心力，那什么力来提供做向心力？这个力的方向怎么样？F太阳Ｍ行星ｍｒＶ诱思：太阳对行星的引力提供向心力，那这个力大小有什么样的定量关系呢？消去v行星运行速度v不容易观测？怎么办？消去T讨论科学探究：太阳对行星的引力:关系式中m是受力天体还是施力天体的质量？结论：太阳对行星的引力跟受力星体的质量成正比，与行星、太阳距离的二次方成反比.行星对太阳的引力:太阳对行星的引力跟受力星体的质量成正比，与行星、太阳距离的二次方成反比.类比法牛三行星对太阳的引力F′跟太阳的质量成正比，与行星、太阳距离的二次方成反比.F行星太阳F′万有引力定律：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，引力的大小跟这两个物体的质量m1和m2的乘积成正比，跟它们的距离r的二次方成反比。2、公式其中G=6.67×10-11N·m2/kg2——引力常量引力恒量的测定:装置介绍:T形架、石英丝、镜尺、M球和m球⑵测量原理介绍:扭秤达到平衡时,引力矩等于石英丝的阻力矩.石英丝转角可由镜尺测出,由石英丝转角可知扭力矩等于引力矩,从而可测得万有引力,进而可测引力恒量G.公式的适用条件：1.万有引力存在于一切物体之间，但万有引力公式适用于质点间的引力大小的计算.r为质点间的距离，两物体的形状和大小对其间距的影响可忽略不计，r≫R;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；3.一个质量分布均匀的球体与球外一个质点间的万有引力，r为球心到质点间的距离。m1m2r万有引力的性质：1.普遍性万有引力存在于任何两个有质量的物体之间,它是自然界中物质间基本的相互作用之一2.宏观性一般物体之间虽然存在万有引力，但是很小，只有天体与物体之间或天体之间万有引力才比较显著，因此，涉及天体运动时。才考虑万有引力3.相互性万有引力的作用是相互的，符合牛顿第三定律4.独立性两物体间的万有引力只与它们本身的质量和它们间的距离有关，与周围有无其他物质无关题1［2019•广东仲元中学高一检测］为了将天上的力和地上的力统一起来，牛顿进行了著名的“月—地检验”。“月—地检验”比较的是（）A.月球表面上物体的重力加速度和地球公转的向心加速度B.月球表面上物体的重力加速度和地球表面上物体的重力加速度C.月球公转的向心加速度和地球公转的向心加速度D.月球公转的向心加速度和地球表面上物体的重力加速度【解析】“月—地检验”比较的是月球绕地球公转的向心加速度和地球表面上物体的重力加速度，得出天上的力和地上的力是统一的。【答案】D【点评】知道物理学史，知道物理学家在对应科学研究中的主要步骤和采用的物理方法。常考题型题组一月----地检验题2［2018·北京卷］若想检验“使月球绕地球运动的力”与“使苹果落地的力”是否遵循同样的规律，在已知月地距离约为地球半径60倍的情况下，需要验证（）A.地球吸引月球的力约为地球吸引苹果的力的

B.月球公转的加速度约为苹果落向地面加速度的

C.自由落体在月球表面的加速度约为地球表面的

D.苹果在月球表面受到的引力约为在地球表面的

B题3［2019•广东潮阳实验学校高一检测］对于万有引力定律的表达式F=，下面说法中正确的是（）A.公式中G为引力常量，它不是由实验测得的，而是人为规定的B.当两物体表面距离r趋于零时，万有引力趋于无穷大C.m1、m2受到彼此的引力总是大小相等的，而与m1、m2是否相等无关D.m1、m2受到彼此的引力总是大小相等、方向相反的，是一对平衡力【解析】

A错：公式中G为引力常量，它不是人为规定的，而是由实验测得的。B错：万有引力定律只适用于质点间的作用，当两物体表面距离r趋于零时，万有引力定律不再成立。C对，D错：m1、m2受到彼此的引力是作用力与反作用力，不是平衡力，总是大小相等、方向相反，与m1、m2是否相等无关。【答案】

C题组二

对万有引力定律的理解题4［2019·全国Ⅱ卷］2019年1月，我国嫦娥四号探测器成功在月球背面软着陆。在探测器“奔向”月球的过程中，用h表示探测器与地球表面的距离，F表示它所受的地球引力，能够描述F随h变化关系的图象是（）

A

B

CDD题5［2019·河北波峰中学高一检测］如图所示，两球间距离为r，两球质量分布均匀，大小分别为m1、m2，半径分别为r1、r2，则两球间的万有引力的大小为（）A.

B.

C.

D.

D题组三万有引力定律的简单应用题6［2019•河南周口中英文学校高一检测］一名航天员来到一个星球上，如果星球的质量是地球质量的一半，它的直径是地球直径的一半，那么这名航天员在该星球上所受到的万有引力的大小是他在地球上所受万有引力大小的（）A. B. C.2.0倍 D.4.0倍【解析】设地球质量为M，半径为R，航天员的质量为m，可知地球对航天员的万有引力，该星球对航天员的万有引力=2G=2F。【答案】

C题7.如图所示，一个质量分布均匀的半径为R的球体对球外质点P的万有引力为F。如果在球体中央挖去半径为r的一部分球体，且r=，则球体剩余部分对质点P的万有引力变为（）

A. B. C. D.【解析】利用填补法来分析此题。原来物体间的万有引力为F，挖去的半径为的球体的质量为原来球体的质量的，其他条件不变，所以挖去的球体对质点P的万有引力为，故剩余部分对质点P的万有引力为F-=。【答案】

C题8［2019·广东仲元中学高一检测］地球的半径为R，某卫星在地球表面附近所受万有引力为F，则该卫星在离地面高度约6R的轨道上受到的万有引力约为（）A.6F B.7F

C. D.

D题9

两个质量分布均匀、密度相同且大小相同的实心小球紧靠在一起，它们之间的万有引力为F，如图所示。现将其中一个小球挖去半径为原球半径的球，并按如图所示的方式紧靠在一起（三个球心在一条直线上），试计算它们之间的万有引力大小。

题组四万有引力和重力的关系

【特别提醒】地面上的物体所受的重力近似等于万有引力；离地面有一定高度的物体所受重力等于万有引力。利用=mg分析计算，其中r是物体到地心的距离，而不是到地面的距离。题11［2019·北京西城区高一检测］航天员在地球表面以一定初速度竖直上抛一小球，经过时间t，小球落回原处；若他在某星球表面以相同的初速度竖直上抛同一小球，需经过时间5t落回原处。（地球表面重力加速度g取10m/s2，空气阻力不计）（1）求该星球表面附近的重力加速度g′；（2）已知该星球的半径与地球半径之比为R星∶R地=1∶4，求该星球的质量与地球质量之比M星∶M地。（1）2m/s2;（2）1/80求重力加速度的三种情形（1）绕地球做匀速圆周运动的物体，其圆周运动的向心加速度等于重力加速度，