《2023年学年高中创新设计物理教科版必修学案第章 第节 万有引力定律.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2023年学年高中创新设计物理教科版必修学案第章 第节 万有引力定律.doc（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第2节万有引力定律学习目标核心提炼1.了解万有引力定律得出的过程和思路。1个定律万有引力定律1个常量万有引力常量G6.671011Nm2/kg22.理解万有引力定律内容、含义及适用条件。3.知道任何物体间都存在万有引力，且遵循相同的规律。一、与引力有关现象的思考阅读教材第45页“与引力有关现象的思考”部分，讨论猜想什么力维持天体的运动。1猜想：维持月球绕地球运动的力与使得苹果下落的力是同一种力，同样遵从“平方反比”的规律。2推理：根据牛顿第二定律，物体在月球轨道上运动时的加速度大约是它在地面附近下落时的加速度的。3结论：自由落体加速度和月球的向心加速度与我们的预期符合得很好。这表明：地面物体所
2、受的地球的引力、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。思维拓展月球受到地球的引力作用，但没有被吸到地球表面上，是因为月球受力平衡吗？图1答案不是。是因为地球对月球的引力提供了月球绕地球运动的向心力，使月球做匀速圆周运动。二、万有引力定律引力常量阅读教材第4647页“万有引力定律”和“引力常量”部分，知道万有引力定律的内容及表达式，了解引力常量的测定。1内容：任何两个物体之间都存在相互作用的引力，引力的方向在它们的连线上，引力的大小与这两个物体的质量的乘积成正比，与这两个物体之间距离的平方成反比。2表达式：FG。3引力常量G：由英国物理学家卡文迪许测量得出，常取G6.67101
3、1Nm2/kg2。思维拓展天体是有质量的，人是有质量的，地球上的其他物体也是有质量的。请思考：图2(1)任意两个物体之间都存在万有引力吗？“两个物体之间的距离r”指物体哪两部分间的距离？(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(1)都存在质心间距离(2)相等预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中问题1问题2问题3万有引力定律的理解要点归纳1万有引力表达式FG的适用条件(1)两质量分布均匀的球体间的万有引力，可用公式计算，此时r是两个球体球心的距离。(2)个质量分布均匀球体与球外一个质点间的万有引力，可用公式计算，r为球心到质点间的距离。(3)两个物体间的距离远大于物
4、体本身的大小时，公式也适用。2万有引力的“四性”特点内容普遍性万有引力是普遍存在于宇宙中任何有质量的物体(大到天体，小到微观粒子)间的相互吸引力，它是自然界中物体间的基本相互作用之一相互性两个物体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，粒子间的万有引力可以忽略不计特殊性两个物体间的万有引力，只与它们本身的质量、它们之间的距离有关，和所在空间的性质无关，和周围有无其他物体的存在无关精典示例例1 (多选)对于质量为m1和质量为m2的两个物体间的万有引力
5、的表达式FG，下列说法正确的是()A公式中的G是引力常量，它是由实验得出的，而不是人为规定的B当两个物体间的距离r趋于零时，万有引力趋于无穷大Cm1和m2所受引力大小总是相等的D两个物体间的引力总是大小相等、方向相反的，是一对平衡力解析引力常量G是由英国物理学家卡文迪许运用构思巧妙的“精密”扭秤实验第一次测定出来的，所以选项A正确；两个物体之间的万有引力是一对作用力与反作用力，它们总是大小相等、方向相反，分别作用在两个物体上，所以选项C正确，D错误；公式FG适用于两质点间的相互作用，当两物体相距很近时，两物体不能看成质点，所以选项B错误。答案AC针对训练1 (多选)要使两物体间的万有引力减小到
6、原来的，下列办法可以采用的是()A使两物体的质量各减小一半，距离不变B使其中一个物体的质量减小到原来的，距离不变C使两物体间的距离增大为原来的2倍，质量不变D使两物体间的距离和质量都减小为原来的解析由万有引力定律FG可知，A、B、C选项中两物体间的万有引力都将减少到原来的，而D选项中两物体间的万有引力保持不变，故应选A、B、C选项。答案ABC万有引力与重力的关系要点归纳1地球表面上的重力与万有引力的关系如图3所示，设地球的质量为M，半径为R，A处物体的质量为m，则物体受到地球的吸引力为F，方向指向地心O，由万有引力公式得FG。图3图中F1为物体随地球自转做圆周运动的向心力，F2就是物体的重力m
7、g，故一般情况mgG。2重力与纬度的关系(1)在赤道上：重力和向心力在一条直线上，Gm2Rmg(2)在两极上：F向0，Gmg(3)在一般位置：重力是万有引力的一个分力，Gmg。越靠近南北两极g值越大，由于物体随地球自转所需的向心力较小，常认为万有引力近似等于重力，即mg。3重力、重力加速度与高度的关系(1)地球表面物体的重力约等于地球对物体的万有引力，即mgG，所以地球表面的重力加速g。(2)地球上空h高度，万有引力等于重力，即mgG，所以h高度的重力加速度g。精典示例例2 地球表面重力加速度为g，忽略地球自转的影响，在距地面高度为h的空中重力加速度是地面上重力加速度的几倍？已知地球半径为R。
8、解析不计地球自转的影响，物体受到的重力等于物体受到的万有引力。设地球质量为M，物体质量为m，则地面上：mgG，h高处：mgG，解得：答案倍针对训练2 (2019佳木斯高一检测)某行星的质量与地球的质量比为a，半径比为b，则该行星表面与地球表面的重力加速度之比为()A B Cab2 Dab解析星球表面上万有引力与重力相等，在地球表面上mgG，某行星表面上mgG，由两式得，故B正确。答案B1(物理学史的考查)(2019南宁高一检测)(多选)2019年的诺贝尔物理学奖授予了日本的梶田隆章和加拿大的阿瑟麦克唐纳，以表彰他们在科学实验中所做出的贡献。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。
9、关于科学家和他们的贡献，下列说法正确的是()A伽利略发现了行星运动的规律B卡文迪许通过实验测出了引力常量C牛顿最早指出了力不是维持物体运动状态的原因D笛卡儿对牛顿第一定律的建立做出了贡献解析开普勒发现了行星运动的规律，A错误；卡文迪许测出了引力常量，B正确；伽利略最早指出了力不是维持物体运动状态的原因，C错误，笛卡儿提出了如果运动中的物体没有受到力的作用，将以同一速度沿同一直线运动，既不停下来也不偏离原来的方向，D正确。答案BD2(对月一地检验的理解)牛顿得出万有引力定律之前进行的月地检验是检验下列哪两个力属于同一性质力()A太阳对地球的引力和太阳对其他行星的引力B地球对太阳的引力和地球对月球
10、的引力C地球对其表面物体的引力和月球对表面物体的引力D地球对月球的引力和地球对表面物体的引力解析月地检验是判断地球对月球的引力与地球对表面物体的引力是否为同一性质力，故选D。答案D3(对万有引力定律的应用)航天员王亚平在“天宫一号”飞船内进行了我国首次太空授课，演示了一些完全失重状态下的物理现象。若飞船质量为m，距地面高度为h，地球质量为M，半径为R，引力常量为G，则飞船所在处的重力加速度大小为()A0 BC D解析“天宫一号”飞船绕地球飞行时与地球之间的万有引力F引G，由于“天宫一号”飞船绕地球飞行时重力与万有引力相等，即mgG，故飞船所在处的重力加速度gG，故选项B正确，选项A、C、D错误
11、。答案B4(重力与高度的关系)(2019临沂高一检测)地球半径为R，地球表面的重力加速度为g，若高空中某处的重力加速度为g，则该处距地球表面的高度为()A(1)R BRCR D2R解析设地球质量为M，则质量为m的物体在地球表面上重力mgG，在高度为h处的重力mgG。解以上两式得：h(1)R，A正确。答案A5(万有引力定律的应用)如图4所示，阴影区域是质量为M、半径为R的球体挖去一个小圆球后的剩余部分。所挖去的小圆球的球心O和大球体球心O的距离是。求球体的剩余部分对球体外离球心O距离为2R、质量为m的质点P的引力(P在两球心OO连线的延长线上)。图4解析用填补法计算万有引力。将挖去的部分补上，则
12、完整的大球对球外质点P的引力：F1半径为的小球的质量M3，补上的小球对质点P的引力：F2G，因而挖去小球后阴影部分对P质点的引力FF1F2。答案基础过关1(多选)关于万有引力常量G，以下说法正确的是()A在国际单位制中，G的单位是Nm2/kgB在国际单位制中，G的数值等于两个质量各1 kg的物体，相距1 m时的相互吸引力C在不同星球上，G的数值不一样D在不同的单位制中，G的数值不一样答案BD2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性质的力C地面物体所受地球的引力，只与物体的质量有关D月球所受地球的
13、引力，只与月球的质量有关解析通过完全独立的途径得出相同的结果，证明地球表面上的物体受地球的引力和星球之间的引力是同一种性质的力，A正确，B错误；由万有引力公式FG知，引力与两个相互作用的物体的质量都有关系，C、D错误。答案A3在某次测定引力常量的实验中，两金属球的质量分别为m1和m2，球心间的距离为r，若测得两金属球间的万有引力大小为F，则此次实验得到的引力常量为()A BC D解析由万有引力定律公式 FG得G，所以B项正确。答案B4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，那么一个物体在此行星表面上的重力是地球表面上重力的()A倍 B倍C4倍 D2倍解析物体在某星球表面的重力等
14、于万有引力G星GG2G2G地，故D正确。答案D5两个大小相同的实心均质小铁球，紧靠在一起时它们之间的万有引力为F；若两个半径为小铁球2倍的实心均质大铁球紧靠在一起，则它们之间的万有引力为()A2F B4FC8F D16F解析设小铁球的半径为R，则两小球间：FGGG22R4，同理，两大铁球之间：FGG22(2R)416F。答案D6火星半径是地球半径的一半，火星质量约为地球质量的，那么地球表面质量为m的人受到地球的吸引力约为火星表面同质量的人受到火星引力的多少倍？解析设火星半径为R，质量为M，则地球半径为2R，质量为9M。在地球表面人受到的引力FG，在火星表面人受到的引力FG；所以，即同质量的人在地球表面受到的引力是在火星表面受到的引力的倍。答案倍能力提升7设想把物体放到地球中心，则此物体与地球间的万有引力为()A零 B无穷大C某一有限值 D无法确定解析不可用F求此时的万有引力，因为r0，物体不可视为质点，公式不再适用，可把地球分成无数个质点，每一个质点关于物体有一个对称质点，两者对物体的万有引力的合力为零。答案A8设地球表面重力加速度为g0，物体在距离地心4R(R是地球的半
