2020高中物理第六章万有引力与航天第3节万有引力定律课件 人教版必修2 38页

第六章 万有引力与航天 第三节　万有引力定律 素养目标定位 ※ 知道地面上物体所受重力与天体间的引力是同一性质的力 ※ 理解万有引力定律的含义，会用万有引力定律解决有关实际问题 ※ 了解引力常量 G 的测定在科学历史上的重大意义 素养思维脉络 课前预习反馈 1 ．检验目的 维持月球绕地球运动的力与地球上苹果下落的力是否为同一性质的力。 2 ． 检验方法 由于月球轨道半径约为地球半径的 60 倍。则月球轨道上物体受到的引力是 知识点 1 月一地检验 地球上的 __ __ __ 倍。根据 ________________ ，物体在月球轨道上运动时的加速度 ( 月球公转的向心加速度 ) 应该是它在地球表面附近下落时的加速度 ( 自由落体 加速度 ) 的 __ __ __ 倍。计算对比两个加速度就可以分析验证两个力是否为同一性质的力。 牛顿第二定律　 3 ．结论 加速度关系也满足 “ 平方反比 ” 规律。证明两种力为同种性质的力。 1 ．定律内容 自然界中 ________ 两个物体都是相互吸引的，引力的大小跟这两个物体的 ______________ 成正比，跟它们的距离的 __________ 成反比。 2 ． 表达式 F ＝ ________ _ 式中，质量的单位用 ______ ，距离的单位用 _____ ，力的单位用 _____ ， G 称为 ____________ 。 知识点 2 万有引力定律 任何　 质量的乘积　 二次方　 kg 　 m 　 N 　 引力常量 　 3 ．意义 万有引力定律清楚地向人们揭示，复杂运动的后面隐藏着简洁的科学规律；它明确地向人们宣告，天上和地下都遵循着 ____________ 的科学法则，人类认识自然界有了质的飞跃。 完全相同　 1 ．大小 引力常量在数值上等于两个质量都是 1kg 的物体相距 1 m 时的相互吸引力，大小通常取 G ＝ _____________________ 。它是由英国物理学家 ____________ 在实验室里测得的。 2 ． 意义 用实验证明了万有引力定律，使万有引力定律具有更广泛的实用价值。 知识点 3 引力常量 6.67×10 － 11 N·m 2 /kg 2 　 卡文迪许　 『 判一判 』 (1) 月球绕地球做匀速圆周运动是因为月球受力平衡。 ( 　　 ) (2) 万有引力不仅存在于天体之间，也存在于普通物体之间。 ( 　　 ) (3) 引力常量是牛顿首先测出的。 ( 　　 ) (4) 物体间的万有引力与它们间的距离成反比。 ( 　　 ) (5) 根据万有引力表达式可知，质量一定的两个物体，若距离很近，它们间的万有引力可能很大。 ( 　　 ) 辨析思考 × 　 √ 　 × 　 × 　 × 　 C 　 解析： 万有引力定律适用于任何物体， A 错；当物体间距趋于 0 时，公式已不再适用， B 错；引力常量的值是卡文迪许测定的， D 错；万有引力也符合牛顿第三定律， C 正确。 『 想一想 』 万有引力定律告诉我们，任何两个物体都存在相互作用，但为什么通常的两个物体间感受不到万有引力？两个质量为 1 kg 的质点相距 1 m 时，它们间万有引力是多大？ 提示： 万有引力太小； 6.67×10 － 11 N 。 课内互动探究 探究一　对万有引力定律的理解　 如图甲所示，两个挨得很近的人之间的万有引力是不是很大呢？如图乙所示，设想将一个小球放到地球的中心，小球受到的万有引力又是多少呢？ 1 提示： 两个挨得很近的人，不能看作质点，不能根据万有引力定律求他们间的万有引力；物体放在地球的中心，地球的各部分对物体的吸引力是对称的，物体受的万有引力是零。 1 ．万有引力定律的四个特性 (1) 普遍性。万有引力不仅存在于星球间，任何客观存在的有质量的物体之间都存在着这种相互吸引力。 (2) 相互性。两个物体相互作用的引力是一对作用力和反作用力，它们大小相等，方向相反，分别作用在两个物体上。 (3) 宏观性。在通常情况下万有引力非常小，只有在质量巨大的星球间或天体与天体附近的物体间，它的存在才有实际的物理意义，故在分析地球表面物体受力时，不考虑其他物体对它的万有引力。 (4) 特殊性。两个物体间的万有引力只与它们本身的质量有关，与它们之间的距离有关。而与所在空间的性质无关。 3 ．引力常量 (1)1789 年，英国物理学家卡文迪许用 “ 扭秤实验 ” ( 如图所示 ) 比较准确地测出了 G 的数值。 (2) ① 标准值 G ＝ 6.672 59 × 10 － 11 N · m 2 /kg 2 ，通常取 G ＝ 6.67 × 10 － 11 N · m 2 /kg 2 。 ② 测定 G 值的意义： ① 证明了万有引力的存在； ② 使万有引力定律有了真正的实用价值。 特别提醒： (1) 任何物体间的万有引力都是同种性质的力。 (2) 任何有质量的物体间都存在万有引力，一般情况下，质量较小的物体之间万有引力忽略不计，只考虑天体间或天体对放入其中的物体的万有引力。 　　　 　 两个大小相同的实心小铁球紧靠在一起，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，则两大铁球之间的万有引力为 ( 　　 ) A ． 2 F 　　　 B ． 4 F C ． 8 F D ． 16 F D 　 典例 1 〔 对点训练 1〕 　 (2018 · 河北省定州中学高一下学期月考 ) 卡文迪许利用如图所示的扭秤实验装置测量了引力常量： (1) 横梁一端固定有一质量为 m 半径为 r 的均匀铅球 A ，旁边有一质量为 m ，半径为 r 的相同铅球 B ， A 、 B 两球表面的最近距离 L ，已知引力常量为 G ，则 A 、 (2) 为了测量石英丝极微小的扭转角，该实验装置中采取使 “ 微小量放大 ” 的措施是 ______ 。 A ．增大石英丝的直径 B ．减小 T 型架横梁的长度 C ．利用平面镜对光线的反射 D ．增大刻度尺与平面镜的距离 B 两球间的万有引力大小为 F ＝ _____________ _ 。 CD 　 探究二　重力与万有引力的关系　 如图所示，把地球视为质量分布均匀的球体，人站在地球的不同位置，比如赤道、两极或者其他位置，请思考： (1) 人在地球的不同位置，受到的万有引力大小一样吗？ (2) 人在地球的不同位置，受到的重力大小一样吗？ 2 (2) 重力是万有引力的一个分力，由于人随地球转动，还需要向心力，在地球的不同位置，向心力不同，所以人在地球的不同位置，受的重力大小不一样。 　　　 　 某星球 “ 一天 ” 的时间 T ＝ 6 h ，用弹簧测力计在星球的 “ 赤道 ” 上比在 “ 两极 ” 处测同一物体的重力时读数小 10% ，设想该星球自转的角速度加快，使赤道上的物体会自动飘起来，这时星球的 “ 一天 ” 是多少小时？ 典例 2 答案： 1.9 h 〔 对点训练 2〕 　某个行星的质量是地球质量的一半，半径也是地球半径的一半。某运动员在地球上能举起 250 kg 的杠铃，在该行星上最多能举起质量为多少的杠铃？ 答案： 125 kg 核心素养提升 计算一些非球形物体间的万有引力，常采用割补法。对本来是非对称的物体，通过割补后构成对称物体，然后再利用对称物体所满足的物理规律进行求解的方法称为割补法。 割补法求解万有引力 案 例