《2020版高中物理人教必修二课件：6.3万有引力定律》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020版高中物理人教必修二课件：6.3万有引力定律（65页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、3 万有引力定律 1 对 月 地 检验的认识 1 月球轨道半径约为地球半径的60倍 若遵从 平方 反比 的规律 在月球轨道上的物体受到的引力是在 地面附近受到的引力的 2 月 地检验证明 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 都遵从 相同 的规律 2 万有引力定律 任务驱动 当两个物体间的距离趋于零时 万有引力趋 于无穷大 这种说法正确吗 提示 不正确 当r 0时 两个物体不能看作质点 万有引力定律公式不 适用 1 自然界中任何两个物体都能相互 引力的方 向在它们的 引力的大小与物体的质量m1和m2的 乘积成 与它们之间的距离r的二次方成 2 表达式为 3 引力常量
2、G适用于任何两个物体 通常情况下 G 吸引 连线上 正比反比 6 67 10 11 N m2 kg2 主题一 对 月 地 检验的认识 问题探究 探究点1 牛顿的思考 太阳的吸引力使得行星不能飞离太阳 那么 是什么力 使得地面上的物体不能飞离地球呢 它们是同一种力吗 能用事实验证吗 提示 拉住月球使它围绕地球运动 与拉着苹果下落的 力 以及太阳对行星的吸引力 或许真的遵循相同的规 律 可以用 月 地 之间的观测数据加以检验 探究点2 月 地 检验 1 月球绕地球转动的向心力由谁提供 提示 地球对月球的引力 2 根据实际测量的数据 地面附近的重力加速度g 9 8 m s2 月球绕地球运动的 周期为
3、27 3天 月球绕地球的转动半径r为地球半径R的 60倍 请结合已学的知识推导物体在月球轨道上运动 的加速度 提示 由向心加速度公式得a 2r 2 7 10 3m s2 3 根据引力公式 理论推导月球运动的加速度 提示 根据上述引力公式 对于 月 地系统 和地面 上的物体分别可得到G m月a月 G m物a物 m物g 两式相比 得月球绕地球运动的向心力加速度 a月 2g 因为地球和月球之间的距离r地月约为地球 半径r地的60倍 所以a月 2g 9 8 m s2 2 7 10 3m s2 4 根据第 2 3 的结果 能推出什么结论 提示 由a 得到 说明地面上物体所受地 球引力 与月球所受地球的引
4、力是同一种性质的力 探究总结 月 地 检验证明 地面上的物体所受地球的引力 与 月球所受地球的引力 和 太阳与行星间的引 力 是同一种性质的力 遵从相同的规律 典例示范 2018 北京高考 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 A 地球吸引月球的力约为地球吸引苹果的力的1 602 B 月球公转的加速度约为苹果落向地面加速度的1 602 C 自由落体在月球表面的加速度约为地球表面的1 6 D 苹果在月球表面受到的引力约为在地球表面的1 60 解析 选B 设月球的质量为M月 地球的质量为M 苹 果的质量为m 则月球
5、受到的万有引力为F月 苹果受到的万有引力为F 由于月球质量和苹 果质量之间的关系未知 故二者之间万有引力的关系 无法确定 故A错误 根据牛顿第二定律 M月a月 ma 整理可得a月 a 故B正确 在月球表面 处 m g月 由于月球本身的半径大小及其质量 与地球的质量 半径关系未知 故无法求出月球表面和 地球表面重力加速度的关系 故C错误 苹果在月球表面 受到的引力为F 由于月球本身的半径大小 及其质量与地球的质量 半径关系未知 故无法求出苹 果在月球表面受到的引力与在地球表面受到的引力之 间的关系 故D错误 探究训练 1 多选 2019 延安高一检测 在讨论地球潮汐成因 时 地球绕太阳运行轨道与
6、月球绕地球运行轨道可视为 圆轨道 已知太阳质量约为月球质量的2 7 107倍 地球绕太阳运行的轨道半径约为月球绕地球运行的轨 道半径的400倍 关于太阳和月球对地球上相同质量海 水的引力 以下说法正确的是 A 太阳引力远大于月球引力 B 太阳引力与月球引力相差不大 C 月球对不同区域海水的吸引力大小相等 D 月球对不同区域海水的吸引力大小有差异 解析 选A D 根据万有引力定律得 太阳引力 F1 月球引力F2 代入数据得 168 75 故A正确 B错误 由于月心到不 同区域海水的距离不同 所以引力大小有差异 地球潮 汐是由于月球对海水不同程度的吸引造成的 故C错 误 D正确 2 地球的质量大约
7、是月球质量的81倍 一飞行器在地球 和月球之间 当地球对它的引力和月球对它的引力相等 时 这飞行器距地心的距离与距月心的距离之比为 A 1 1B 3 1C 6 1D 9 1 解题指南 解答本题应把握以下两点 1 理清研究对象以及地球和月球间的质量关系 2 利用万有引力公式 列方程求解 解析 选D 设月球中心离飞行器的距离为r1 月球 的质量为m1 地球中心离飞行器的距离为r2 地球的质 量为m2 飞行器的质量为m 则万有引力的公式为 F月 而F地 由于F月 F地 则 故 故D正确 A B C错误 补偿训练 多选 月 地 检验的结果说明 A 地面物体所受地球的引力与月球所受地球的引力是 同一种性
8、质的力 B 地面物体所受地球的引力与月球所受地球的引力不 是同一种类型的力 C 地面物体所受地球的引力只与物体质量有关 即G mg D 月球所受地球的引力除与月球质量有关外 还与地球 质量有关 解析 选A D 月 地 检验的结果说明地面物 体所受地球的引力与月球所受地球的引力是同一种性 质的力 都是万有引力 A对 B错 地面物体所受地球的 引力不但与物体质量有关 还与地球的质量有关 C错 月球所受地球的引力除与月球质量有关外 还与地球质 量有关 D对 主题二 万有引力定律 问题探究 1 把太阳与行星之间 地球与月球之间 地球与地面 物体之间的引力遵从的规律推广到宇宙万物之间 你觉 得合适吗 提
9、示 万有引力是普遍存在于宇宙中任何有质量的物体 之间的相互吸引力 日对地 地对月 地对地面上物 体的引力都是其实例 2 若两个物体间有引力作用 为何我们感受不到 提示 由F 知 地面上的物体质量比起天体来说太 小了 所以我们感受不到 3 万有引力定律的内容是什么 写出表达式 并注明每 个符号的单位和物理意义 提示 万有引力定律的内容 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 引力大小与物 体的质量的乘积成正比 跟它们之间距离的平方成反比 公式 F 式中各物理量的含义及单位 F为两个物体间的引力 单位 N m1 m2分别表示两个物体的质量 单位 kg r为两个物体间的距离 单位
10、 m G为万有引力常量 G 6 67 10 11 N m2 kg2 它在数值 上等于两个质量是1 kg的物体相距1 m时的相互作用力 单位 N m2 kg2 探究总结 1 万有引力公式的适用条件 1 F 只适用于质点间的相互作用 但当两物体 间的距离远大于物体本身的大小时 物体可视为质点 公式也近似成立 2 当两物体是质量分布均匀的球体时 它们之间的引 力也可直接用公式计算 但式中的r是指两球心间的距 离 2 万有引力的特点 1 普遍性 万有引力不仅存在于太阳与行星 地球与 月球之间 宇宙间任何两个有质量的物体之间都存在着 这种相互吸引的力 2 相互性 两个有质量的物体之间的万有引力是一对 作
11、用力和反作用力 它们总是大小相等 方向相反 作 用在两个物体上 3 宏观性 地面上的物体之间的万有引力一般比较小 与其他力相比可忽略不计 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的作 用 4 特殊性 两个物体之间的万有引力只与它们的质量 和距离有关 而与它们所在空间的性质及周围是否存在 其他物体无关 拓展延伸 引力常量的测定 1 卡文迪许扭秤实验的工作原理是利用大球和小球间 产生力矩 如图所示 此力矩与金属丝力矩平衡 万有引 力力矩使T形架转动 T形架转动时带动平面镜也发生转 动 进而使在镜面上反射出的光线发生偏转 从刻度尺 上读出光线偏转时光点移动的距离 进而计算
12、偏转角度 利用金属丝扭转力矩和扭转角度的关系 求出扭转力矩 从而求出大球和小球间的万有引力 利用G 即G 比较准确地得出了G的数值 目前推荐的标 准值为G 6 672 59 10 11 N m2 kg2 通常取 G 6 67 10 11 N m2 kg2 2 卡文迪许扭秤实验利用了 放大法 典例示范 2019 郑州高一检测 如图 所示为一质量为M的球形物体 密度均匀 半径为R 在距球体球心为2R处有一质量 为m的质点 若将球体挖去一个半径为 的小球 两球 心和质点在同一直线上 且两球表面相切 则剩下部分 对质点的万有引力的大小是多少 解题指南 解答本题注意以下两点 1 万有引力定律适用于求两质
13、点间的万有引力 2 本题为满足定律的适用条件 应用等效填补法 先将 被挖去部分补上 解析 小球未被挖去时 大球对质点的万有引力为 F1 由体积公式知被挖去的小球质量M M 它在被挖去前对质点的引力为F2 G 因此小球被挖去后剩余部分对质点的万有引力为 F F1 F2 答案 规律方法 填补法解决万有引力问题的思路 1 把从均匀球体上挖去的部分补上 2 计算完整球体所受的万有引力 3 计算补上部分所受万有引力 则两者之差即为所求 球体剩余部分所受的万有引力 探究训练 1 2019 福州高一检测 下列说法正确的是 A 万有引力定律仅对质量较大的天体适用 对质量较小 的物体不适用 B 根据公式F 可知
14、 当r趋近于零时 万有引力 将趋于无穷大 C 牛顿发现了万有引力定律 卡文迪许测出了万有引力 常量G D 两物体间相互吸引的一对万有引力是一对平衡力 解析 选C 万有引力定律对大到天体 小到微观粒 子都适用 A错误 当r趋近于零时 两物体不能看作质点 则万有引力定律不再适用 B错误 牛顿发现了万有引 力定律 卡文迪许测出了万有引力常量G C正确 两物体 间相互吸引的一对万有引力是一对作用力与反作用力 D错误 2 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 若两个半径是小铁球2倍的实心大铁球紧 靠在一起 则它们之间的万有引力为 A 2FB 4FC 8FD 16F 解题指南 解答
15、该题应注意以下两点 1 r为两球心间的距离 2 半径发生变化时质量也随之改变 解析 选D 小铁球之间的万有引力 大铁球半径是小铁球的2倍 小铁球的质量 m V r3 大铁球的质量M V 8 r3 8m 故两个大铁球间的万有引力 F 16F 故选D 补偿训练 1 关于万有引力 下列说法正确的是 A 万有引力只有在天体与天体之间才能明显表现出来 B 一个苹果由于其质量很小 所以它受的万有引力几乎 可以忽略 C 地球对人造卫星的万有引力远大于卫星对地球的万 有引力 D 地球表面的大气层是因为万有引力的约束而存在于 地球表面附近 解析 选D 由月 地检验可知 自然界中任何两个 物体间都有相同的引力作用
16、 故A错 苹果质量虽小 但 由于地球质量很大 故引力不可忽略 B错 物体间的引 力是相互的 由牛顿第三定律知应等大 故C错 地球表 面的大气层由于与地球之间存在万有引力 而被约束在 地球表面 D选项正确 2 多选 对于万有引力定律的表达式F 下列 说法中正确的是 A 公式中G为引力常量 与两个物体的质量无关 B 当r趋近于零时 万有引力趋近于无穷大 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受到的引力大小总是相等的 而与m1 m2是否 相等无关 解析 选A D 公式中的G为比例系数 称作引力常 量 与两个物体的质量无关 A对 当两物体表面距离r越 来越小 直至趋近于零时 物体不能再看作质点 表达式 F 已不再适用于计算它们之间的万有引力 B 错 m1与m2受到彼此的引力为作用力与反作用力 此二 力总是大小相等 方向相反 与m1 m2是否相等无关 C错 D对 3 多选 关于万有引力和万有引力定律 下列理解正确 的有 A 不能看作质点的两物体之间不存在相互作用的引力 B 可看作质点的两物体间的引力可用F 计算 C 由F 知 两物体间距离r减小时 它们之
