物理：3.1《万有引力定律》课件 （粤教版必修2）

欢迎进入物理课堂 第3章万有引力定律及其应用 第一节万有引力定律 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 课前自主学案 第一节万有引力定律 课标定位 课标定位学习目标 1 了解地心说和日心说的基本内容和代表人物以及人类对天体运动探索的发展历程 2 了解开普勒三大定律和处理行星运动问题的基本思路 3 能应用开普勒三大定律分析相关问题 4 理解万有引力定律的含义并会用它进行有关分析和计算 重点难点 万有引力定律的内容以及表达式 课前自主学案 一 天体究竟做怎样的运动1 地心说 是宇宙的中心 是静止不动的 太阳 月亮以及其他行星都绕 运动 地心说的代表人物是 2 日心说 是宇宙的中心 是静止不动的 地球和其他行星都绕 运动 日心说的代表人物是 地球 地球 托勒密 太阳 太阳 哥白尼 3 行星的运动规律 1 开普勒第一定律 又叫椭圆轨道定律 所有的行星围绕太阳运动的轨道都是 太阳位于所有 的一个焦点上 如图3 1 1所示 图3 1 1图3 1 2 椭圆 椭圆 2 开普勒第二定律 又叫面积定律 行星和太阳之间的连线在相等的时间内扫过相同的 如图3 1 2所示 3 开普勒第三定律 又叫周期定律 行星绕太阳公转周期的 和轨道半长轴的 成正比 面积 平方 立方 思考感悟 1 行星绕太阳在椭圆轨道上运行 行星距太阳较近处与距太阳较远处相比较 运动速率何处较大 提示 由开普勒第二定律可知 距太阳较近处运动速率较大 二 苹果落地的思考 万有引力定律的发现1 万有引力的发现在前人研究的基础上 经过一系列想象 假设 理想实验 类比 归纳 终于发现了万有引力 并经严密的推理运算和实践检验 提出了 牛顿 万有引力定律 2 万有引力定律 1 内容 宇宙间的一切物体都是 两个物体间引力的方向在它们的连线上 引力的大小跟它们的质量的乘积成 跟它们之间的距离的二次方成 2 公式 式中质量的单位用kg 距离的单位用m 力的单位用N G称为引力常数 首先由英国科学家卡文迪许利用扭秤测出 现在精确的实验测得G 互相吸引的 正比 反比 6 67 10 11N m2 kg2 3 万有引力定律公式使用的条件公式中的r对于可看做质点的物体而言指的就是两质点间的距离 对于一般物体而言 r应为两个物体的重心间的距离 如质量分布均匀的球体 r可为 的距离 两球心之间 思考感悟 2 设想把质量为m的物体放到地球的中心 地球质量为M 半径为R 则物体与地球间的万有引力是无穷大吗 提示 不是 把物体放到地球的中心时 r 0 两物体不能看成质点 此时万有引力定律不再适用 所以不能应用公式F G来讨论 由于地球和物体关于地心对称 所以吸引力相互抵消 整体而言 万有引力为零 核心要点突破 一 开普勒行星运动规律的理解1 开普勒定律是利用行星运动的观察结果而总结归纳出来的规律 它们每一条都是经验定律 都是行星运动所取得的资料中总结出来的规律 2 行星运动的轨迹是椭圆 接近于圆 是曲线运动 行星的运动也同样符合运动和力的关系 仍然可以运用动力学和曲线运动的知识对行星运动进行分析 从面积定律可知行星在近日点的速率大于在远日点的速率 3 开普勒三定律不仅适用于行星绕太阳的运动 也适用于卫星绕地球的运动 还适用于其他天体绕某一中心天体的运动 4 围绕同一天体运行的行星或卫星 它们公转周期的二次方和半长轴的立方成正比 即半长轴的立方与公转周期的二次方之比为常数k k是一个与行星质量无关的常量 但不是恒量 在不同的星体系中 k值不相同 常数 k 只与中心天体有关 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 单选 16世纪 哥白尼根据天文观测的大量资料 经过40多年的天文观测和潜心研究 提出 日心说 的如下四个基本论点 这四个论点目前看没有缺陷的是 A 宇宙的中心是太阳 所有行星都在绕太阳做匀速圆周运动B 地球是绕太阳做匀速圆周运动的行星 月球是绕地球做匀速圆周运动的卫星 它绕地球运动的同时还跟地球一起绕太阳运动 C 天穹不转动 因为地球每天自西向东自转一周 造成天体每天东升西落的现象D 与日地距离相比 其他恒星离地球都十分遥远 比日地间的距离大得多解析 选D 所有行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆 太阳处在所有椭圆的一个焦点上 整个宇宙是在不停地运动的 二 万有引力定律的理解1 万有引力的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的力 2 万有引力的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 分别作用于两个物体上 3 万有引力的宏观性在通常情况下 万有引力非常小 只有质量巨大的星球间或天体与天体附近的物体间 它的存在才有实际意义 4 万有引力的特殊性两个物体间的万有引力只与它们本身的质量有关 与它们间的距离有关 与所在空间的性质无关 也与周期及有无其他物体无关 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 双选 对于质量为m1和质量为m2的两个物体间的万有引力的表达式F G 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 当物体间的距离r趋于零时 万有引力趋于无穷大C m1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 选AC 由基本概念 万有引力定律及其适用条件逐项判断 引力常量G值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 三 万有引力与重力1 重力与万有引力的关系在地球表面上的物体所受的万有引力F可以分解成物体所受的重力G和随地球自转做圆周运动的向心力F 如图3 1 3所示 其中F G 而F mr 2 图3 1 3 即时应用 即时突破 小试牛刀 3 2011年扬州高一检测 假设火星和地球都是球体 火星的质量M火与地球的质量M地之比M火 M地 p 火星的半径和地球的半径之比R火 R地 q 求它们表面处的重力加速度之比 课堂互动讲练 单选 某行星沿椭圆轨道运行 远日点离太阳的距离为a 近日点离太阳的距离为b 过远日点时行星的速率为va 则过近日点时的速度为 图3 1 4 答案 C 方法总结 利用开普勒第二定律可以判定对于行星运动近日点速率大于远日点速率 当行星运行轨道上两点到太阳距离已知时 利用太阳和行星的连线在相等时间里扫过的面积相等 可求解瞬时速度大小关系 图3 1 5 答案 25 23 方法总结 对于有规则几何形状 质量分布均匀的物体 它们之间的距离为几何中心的距离 对于质量分布均匀的不规则物体应具体情况具体分析 解题中注意发散思维的应用 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全