人教版 (2019)必修 第二册万有引力定律多媒体教学ppt课件

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第2节　万有引力定律第七章　万有引力与宇宙航行1.知道万有引力存在于任意两个物体之间，知道其表达式和适用范围。2.理解万有引力定律的推导过程。3.会用万有引力定律解决简单的引力计算问题。4.了解引力常量G的测定在科学史上的重大意义。学习目标目 录CONTENTS知识点1知识点二　月—地检验知识点一　行星与太阳间的引力知识点三　万有引力定律　引力常量知识点四　万有引力与重力的关系知识点一　行星与太阳间的引力　　　如图所示，行星所做的匀速圆周运动与我们平常生活中见到的匀速圆周运动是否遵从同样的动力学规律？如果是，分析行星的受力情况。1.太阳对行星的引力 (1)建立模型①行星绕太阳做的椭圆运动可简化为以太阳为圆心的匀速圆周运动。②太阳对行星的引力提供行星做匀速圆周运动的向心力，模型如图所示。(2)太阳对行星引力的推导设行星的质量为m，速度为v，公转周期为T，行星与太阳间的距离为r。则(3)结论太阳对行星的引力F与行星的质量m成______，与r2成______，即F∝ 。正比反比太阳的质量m太正比反比3.太阳与行星间的引力 (1)推导 (2)太阳与行星间的引力关系：F＝___________。D解析　根据牛顿第三定律，太阳对行星的引力与行星对太阳的引力是作用力与反作用力，故两个力的大小相等、方向相反，故A、B错误；太阳对行星的引力的受力物体是行星，行星对太阳的引力的受力物体是太阳，故两个力不是平衡力，故C错误；行星绕太阳做匀速圆周运动，太阳对行星的万有引力提供行星做圆周运动的向心力，故D正确。C知识点二　月—地检验　　　秋天苹果成熟后会从树上落下来；月球绕着地球在公转。(1)苹果从树上脱落后，为什么落向地面而不是飞上天空？月球为什么能够绕地球转动？(2)苹果和地球之间的作用与月球和地球之间的作用性质相同吗？如何证明？提示　(1)苹果受到地球的吸引作用使苹果落向地面；地球对月球的引力为月球做圆周运动提供向心力。(2)地球对苹果的引力与地球对月球的引力性质相同，从而具有相同的表达形式；假设二者表达形式相同，则其加速度之比应与其距离二次方成反比，通过测量计算若二者加速度之比满足这种关系，从而得证。1.检验目的：地球绕太阳运动、月球绕地球运动的力与地球对树上苹果的引力是否为__________的力。2.检验方法同一性质(1)假设地球与月球间的作用力和太阳与行星间的作用力是同一种力，它们的表达式也应该满足F＝________________。(2)根据牛顿第二定律，月球绕地球做圆周运动的向心加速度a月＝_________＝___________ (式中m地是地球质量，r是地球中心与月球中心的距离)。这表明：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______的规律。9.8 m/s2相同D知识点三　万有引力定律　引力常量　　　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，为什么我们感觉不到周围物体的引力呢？通过以下实例分析。(1)如图所示，假若小明与同桌小兵的质量均为60 kg，相距0.5 m。粗略计算他们间的引力(已知G＝6.67×10－11 N·m2/kg2)。(2)一粒芝麻的质量大约是0.004 g，其重力约为4×10－5 N，是小明和同桌小兵之间引力的多少倍？(3)在对一个人受力分析时需要分析两个人之间的引力吗？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质量m1和m2的______成正比，与它们之间距离r的________成反比。连线上乘积二次方3.引力常量 由英国物理学家卡文迪什测量得出，常取G＝____________ N·m2/kg2。6.67×10－114.对万有引力定律的理解(1)普遍性：宇宙间任何两个有质量的物体之间都存在着相互吸引的力。(2)相互性：两个有质量的物体之间的万有引力是一对作用力和反作用力。(3)宏观性：地面上的一般物体之间的万有引力比较小，与其他力比较可忽略不计，但在质量巨大的天体之间或天体与其附近的物体之间，万有引力起着决定性作用。(4)适用范围：只适用于可以看作质点的两个物体间的相互作用；若是两个均匀的球体，应是两球心间的距离。提示　不正确。当r趋近于零时，两物体不可看作质点，万有引力定律表达式不再适用。2.如图所示，卡文迪什扭秤实验是世界史上最美的十个物理实验之一，你觉得测定G值有什么意义？提示　证明了万有引力定律的正确性；使万有引力定律有了真正的实用价值。D1.万有引力定律公式的适用条件的理解(1)两质点间的相互作用。当物体间的距离r趋于零时，两个物体不能被看作质点，其引力不能由万有引力公式求解。(2)质量分布均匀的球体间的相互作用，式中r是两个球体球心间的距离。2.两个物体之间的万有引力是一对相互作用力　　　　A例5 (人教版教材P71复习与提高B组T3改编)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A(引力常量为G)，求：(1)被挖去的小球在挖去前对质点A的万有引力；(2)剩余部分对质点A的万有引力。解析　(1)被挖去的小球在挖去前对质点A的万有引力大小为故剩余部分对质点A的万有引力大小为填补法：大球体被挖去小球体后，大球体的密度不再均匀，无法直接利用公式求解大球对质点产生的万有引力，此时我们采取割补法，将被挖部分补回去，完整的大球体密度均匀，此时可以利用万有引力的公式求解完整地大球对质点的万有引力，再减去挖掉的小球对质点的万有引力即可。　　　　知识点四　万有引力与重力的关系　　　假如某个人做环球旅行，可能到达地球的任何地点，如果将地球看成标准的球体，那么该人分别位于赤道上某点、北半球的某点、南半球的某点、北极点、南极点等不同地点。(1)该人在各地点所受的万有引力有什么关系？(2)该人在各地点所受的重力有什么关系？(3)有人说，重力就是地球对物体的吸引力，对吗？提示　 (1)该人在各地点所受的万有引力大小相等，方向沿对应的地球半径指向地心。(2)由于地球自转的影响，该人在各地点所受的重力大小不一定相等，方向也不一定指向地心。(3)不对。重力是物体由于地球吸引产生的，但重力不是地球对物体的吸引力。地球对物体的万有引力F表现为两个效果：一是产生重力mg，二是提供物体随地球自转的向心力Fn。设地球的质量为M，半径为R，如图所示。B随堂对点自测2D1.(引力常量)(人教版教材P53图7.2－3改编)物理学领域中具有普适性的一些常量，对物理学的发展有很大作用，引力常量G就是其中之一。1798年，卡文迪什首次利用如图所示的装置，比较精确地测量出了引力常量。下列说法错误的是(　　)A.引力常量不易测量的一个重要原因就是地面上普通物体间的引力太微小B.月球上的引力常量等于地球上的引力常量C.这个实验装置巧妙地利用放大原理，提高了测量精度D.引力常量G的大小与两物体质量的乘积成反比，与两物体间距离的平方成正比解析　地面上普通物体间的引力太微小，这个力很难测量，故不易通过万有引力定律公式直接计算G，A正确；引力常量是一个常数，与物体所在的位置及物体的质量、物体间的距离无关，月球上的引力常量等于地球上的引力常量，故B正确，D错误；地面上普通物体间的引力太微小，扭矩引起的形变很小，该形变不易被测量，而题图所示装置利用放大原理，提高了测量精度，故C正确。BA3.(万有引力与重力的关系)假如地球的自转角速度增大，对于物体的重力，下列说法正确的是(　　)A.放在赤道地面上的物体所受的万有引力不变B.放在两极地面上的物体重力变小C.放在赤道地面上的物体的重力不变D.“一昼夜”的时间不变课后巩固训练3AB对点题组练CABD题组二　万有引力定律及引力常量3.(多选)(人教版教材P53科学漫步改编)在力学理论建立的过程中，有许多伟大的科学家做出了贡献。关于科学家和他们的贡献，下列说法正确的是(　　 )A.开普勒总结出行星运动的三个规律，被誉为“天空立法者”B.牛顿是经典物理学的奠基人，著有巨作《自然哲学的数学原理》，被誉为“经典物理学之父”C.胡克最早提出了引力大小与距离平方成反比的猜想，是万有引力定律的提出者D.卡文迪什通过扭秤实验第一次测出了引力常量的值，被誉为“第一个称量地球的人”解析　德国杰出的天文学家、物理学家、数学家开普勒在丹麦天文学家第谷积累的大量天文观测记录基础上通过研究发现了行星运动的三大定律，首次对行星运动规律作出了准确的描述，被誉为“天空立法者”；牛顿的巨作《自然哲学的数学原理》，开辟了大科学时代，牛顿是最有影响的科学家，被誉为“经典物理学之父”；英国科学家胡克发现了胡克定律，提出了关于“太阳对行星的吸引力与行星到太阳的距离的平方成反比”的猜想，万有引力定律是牛顿首先提出来的；卡文迪什通过实验推算出来引力常量的值，被誉为第一个能“称量地球质量”的人，故A、B、D正确。D4.如图所示，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，引力常量为G，则两球间的万有引力大小为(　　)AD6.2020年12月，我国嫦娥五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变化关系的图像是(　　)ABB9.从“玉兔”登月到“祝融”探火，我国星际探测事业实现了由地月系到行星际的跨越。已知火星质量约为月球的9倍，半径约为月球的2倍，“祝融”火星车的质量约为“玉兔”月球车的2倍。在着陆前，“祝融”和“玉兔”都会经历一个由着陆平台支撑的悬停过程。悬停时，“祝融”与“玉兔”所受着陆平台的作用力大小之比为(　　)综合提升练A.9∶1 B.9∶2 C.36∶1 D.72∶1AC10.(多选)如图所示，P、Q是质量均为m的两个质点，分别置于地球表面不同的纬度上。如果把地球看成是一个质量分布均匀的球体，P、Q两质点随地球自转做匀速圆周运动，则下列说法正确的是(　　)A.P、Q所受地球引力大小相等B.P、Q做圆周运动的向心力大小相等C.P、Q做圆周运动的角速度大小相等D.P、Q两质点的重力大小相等答案　(1)222.2 N　(2)3.375 m航天员在火星上受到的重力A培优加强练