高一物理：6.3《万有引力定律》课件（人教必修2）

欢迎进入物理课堂 6 3万有引力定律课件 人教版必修2 1666年夏末一个温暖的傍晚 在英格兰林肯郡乌尔斯索普 一个腋下夹着一本书的年轻人走进他母亲家的花园里 坐在一棵树下 开始埋头读他的书 当他翻动书页时 他头顶的树枝中有样东西晃动起来 一只历史上最著名的苹果落了下来 打在23岁的伊萨克 牛顿的头上 恰巧在那天 牛顿正苦苦思索着一个问题 是什么力量使月球保持在环绕地球运行的轨道上 以及使行星保持在其环绕太阳运行的轨道上 为什么这只打中他脑袋的苹果会坠落到地上 如下图所示 正是从思考这一问题开始 他找到了这些问题的答案 万有引力定律 1 假定维持月球绕地球运动的力与使得苹果下落的力真的是同一种力 同样遵从 的定律 那么 由于月球轨道半径约为地球半径的60倍 所以月球轨道上一个物体受到的引力是在地球上的 倍 根据牛顿第二定律 物体在月球轨道上运动的加速度 月球 加速度 是它在地面附近下落时的加速度 加速度 的 倍 根据牛顿时代测出的月球公转周期和轨道半径 检验的结果是 与 真的是同一种力 2 自然界中任何两个物体都 引力的大小与 正比 与 成反比 其中G叫 数值为 它是英国物理学家 在实验室利用扭秤实验测得的 3 万有引力定律的发现 是17世纪自然科学最伟大的成果之一 它把地面上 规律和 规律统一了起来 对以后物理学和天文学的发展具有深远的影响 它第一次揭示了 规律 在人类认识自然的历史上树立了一座里程碑 1 牛顿的猜想 地球与太阳之间的吸引力与地球对周围物体的引力可能是同一种力 遵循相同的规律 2 猜想的依据 行星与太阳之间的引力使行星不能飞离太阳 物体与地球之间的引力使物体不能离开地球 在离地面很高的距离内 都不会发现重力有明显的减弱 那么这个力必定延伸到很远的地方 3 检验的思想 如果猜想正确 月球在轨道上运动的向心加速度与地面重力加速度的比值 应该等于地球半径平方与月球轨道半径平方之比 即1 3600 4 检验的结果 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力 1 定律内容自然界中任何两个物体都是相互吸引的 引力的大小跟这两个物体的质量的乘积成正比 跟它们的距离的二次方成反比 3 万有引力定律适用的条件 严格地说 万有引力定律只适用于质点的相互作用 两个质量分布均匀的球体或球壳间的相互作用 也可用万有引力定律计算 其中r是两个球体或球壳的球心间的距离 如果两个物体间的距离远远大于物体本身的大小时 物体可看成质点 公式可近似适用 其中r为两物体质心间的距离 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 设想质量为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 答案 A 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 分别作用在两个物体上 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 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 与它们之间的距离有关 而与所在空间的性质无关 你能立即回答出你对地球的引力是多大吗 假设你身体的质量是60kg 答案 588N解析 我对地球的引力大小等于我的体重588N 因为体重为mg 60 9 8N 588N 而我的体重即我所受的重力 近似等于地球对我的引力 又根据牛顿第三定律知 地球对我的引力和我对地球的引力是一对作用力与反作用力 大小应当相等 所以 我对地球的引力等于我的体重588N 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 标准值G 6 67259 10 11N m2 kg2 通常取G 6 67 10 11N m2 kg2 如图所示 一位果农挑着两筐质量均为30kg的苹果 设两筐苹果质心间的距离为2m 请用万有引力定律计算它们之间的万有引力 G取6 67 10 11N m2 kg2 答案 1 5 10 8N 物体的重力并不等于万有引力 但物体的重力和地球对该物体的万有引力差别很小 物体的重力是地球对物体的万有引力的一个分力 万有引力F的另一个分力F1是使物体随地球自转做匀速圆周运动所需的向心力 越靠近赤道 纬度越低 如图所示 物体绕地轴随地球一起运动的向心力F1就越大 重力就越小 反之 越靠近地球两极 纬度越高 物体绕地轴随地球一起运动的向心力F1就越小 重力就越大 在两极 重力等于万有引力 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 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 答案 AC点评 如果对万有引力定律只适用于质点这一条件缺乏深刻理解 或根本不注意适用条件 往往不能认识当两物体间的距离r趋于零时 这两个物体不能看做质点 万有引力定律不适用于此种情况 就容易盲目套用定律错选B 答案 C 四川西充中学08 09学年高一下学期月考 设想人类开发月球 不断把月球上的矿藏搬运到地球上 假定经过长时间开采后 地球仍可看作是均匀的球体 月球仍沿开采前的圆周轨道运动 则与开采前相比 A 地球与月球间的万有引力将变大B 地球与月球间的万有引力将变小C 月球绕地球运动的周期将变大D 月球绕地球运动的周期将变短 答案 BD 解析 在地面附近的物体 所受重力近似等于物体所受到的万有引力 取测试仪为研究对象 其先后受力如图 甲 乙 所示 据物体的平衡条件有FN1 mg1 g1 g 一行星探测器从所探测的行星表面垂直升空 探测器的质量是1500kg 发动机推力为恒力 升空途中发动机突然关闭 如图所示为探测器速度随时间的变化图象 其中A点对应的时刻tA 9s 此行星半径为6 103km 引力恒量G 6 67 10 11N m2 kg2 求 1 探测器在该行星表面达到的最大高度 2 该行星表面的重力加速度 3 发动机的推力 4 距此行星高h 6 103km处的重力加速度 答案 1 1200m 2 6 4m s2 3 2 6 104N 4 2 45m s2 阅读下列材料 并提出和解决问题 据 科技日报 报道 英国伦敦大学科学家最新测算表明 被称为地核的地球最内层的温度可达5500 这一结果大大高出早先的一些估算 地球内部是一种层状结构 由表及里分别划分为地壳 地幔和地核 主要由铁元素组成的地核又细分为液态外核和固态内核 其中外核距地球表面约为2900km 地核距地球表面如此之深 直接测量其温度几乎是不可能的 为此科学家们提出 如果能估算出地核主要成分铁元素的熔点 特别是固态内核和液态外核交界处的熔融温度 那么就可以间接得出地核温度的高低 地核中的铁元素处于极高压力环境中 其熔点比其位于地表时的1800 要高出许多 伦敦大学学院的研究人员在研究中采用了新的研究方法 来估算巨大压力下铁的熔点的变化情况 研究人员最终估算认为 地核的实际温度可能在5500 1 至少提出三个与本文有关的物理知识或方法的问题 不必回答问题 提问要简单明了 每一问不超过15个字 2 若地核的体积约为整个地球体积的a 地核质量约为地球质量的b 经估算地核的平均密度为 可提供的数据还有 地球自转角速度 地球自转周期T 地球半径R 地球表面处的重力加速度g 引力常量G 答案 1 对于第一问可提出以下问题 液态外核内还会有固态的内核吗 为什么地核中压力极高 铁的熔点是如何随压强而变化的 液态外核会影响地球的自转运动吗 强大压力和流动液态是地震原因吗 铁元素的熔点为什么与压力有关 地球内部的压力是怎样产生的 为何地核分液态外核和固态内核 广西鸿鸣中学08 09学年高一下学期月考 所以有 地球村 概念 地球 我们共同的家园 的呼唤 都是源于人类生存环境日趋恶化 保护地球环境 开发太空城 任重而道远 假设将来的 球状太空城 的质量是目前地球质量的1 100 其直径是目前地球直径的1 10 那里的居民同样享受阳光 日出而耕日落而息 和现在没什么两样 1 请画出 球状太空城 与太阳 地球的位置关系并作简要说明 2 试用有关物理知识分析那时运动员的跳高成绩 投掷成绩并不比现在更好的原因 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