((广东版))[[高一物理课件]]高一物理必修二3.1《万有引力定律》PPT课件

1、 (1)了解万有引力定律的发现过程。 (2)知道万有引力定律并能进行有关计算。 (1)了解“地心说”与“日心说”,认识物理模型的作用。 (2)以科学探究的方式,了解牛顿是怎样发现万有引力定 律的。 (1)由人类对天体运动的探索过程,培养实事求是的科学 态度。 (2)正确利用和克服万有引力为社会创造价值。 地心说是长期盛行于古代地心说是长期盛行于古代 欧洲的宇宙学说。它最初欧洲的宇宙学说。它最初 由古希腊学者欧多克斯在由古希腊学者欧多克斯在 公元前三世纪提出，后来公元前三世纪提出，后来 经经（90-168）进一）进一 步发展而逐渐建立和完善步发展而逐渐建立和完善 起来。起来。 地球是宇宙的中心，

2、太阳、月球以地球是宇宙的中心，太阳、月球以 及其他所有星球都是绕地球运动。及其他所有星球都是绕地球运动。 托托 勒勒 密密 一、天体究竟做怎样的运动一、天体究竟做怎样的运动 1.天体的运动天体的运动 (1)(1)：，地球静止不，地球静止不 运动，太阳、月亮及其他行星都绕地球运动，运动，太阳、月亮及其他行星都绕地球运动， 代表人物是代表人物是。 “地心说地心说”占领统治地位的时间占领统治地位的时间 较长，原因是由于它比较符合人较长，原因是由于它比较符合人 们的们的，如：太阳从东边，如：太阳从东边 升起，从西边落下。同时它也符升起，从西边落下。同时它也符 合当时在政治上占统治地位的合当时在政治上占

3、统治地位的 观点。观点。 为什么为什么“地心说地心说”能占领较长的统能占领较长的统 治时间？治时间？ 约在公元前约在公元前260年，古年，古 希腊天文学家阿利斯塔希腊天文学家阿利斯塔 克最早提出了日心说的克最早提出了日心说的 观点。但真正发展并完观点。但真正发展并完 善日心说的，是来自波善日心说的，是来自波 兰的兰的（1473- 1543）。）。 宇宙的中心是太阳，所有行星都在绕宇宙的中心是太阳，所有行星都在绕 太阳运动。太阳运动。 哥哥 白白 尼尼 为什么为什么 日心说日心说”能战胜能战胜”地心说地心说”? 对行星运动的描述更简明清对行星运动的描述更简明清 晰，不仅迈出了人类认识宇宙历程中最

4、艰难而又最重晰，不仅迈出了人类认识宇宙历程中最艰难而又最重 要的一步，而且冲破了中世纪教会神学对人们思想的要的一步，而且冲破了中世纪教会神学对人们思想的 禁锢，使人们认识到禁锢，使人们认识到 ，。 “日心说日心说”所以能够战胜所以能够战胜“地心说地心说”是因为很是因为很多多“地心地心 说说”不能解释的现象不能解释的现象“日心说日心说”则能说明，就是说则能说明，就是说 。例如：若地球不。例如：若地球不 运动，昼夜交替是太阳绕地球运动形成的，那么每天运动，昼夜交替是太阳绕地球运动形成的，那么每天 的情况就应是相同，事实上，每天白天的长短不同，的情况就应是相同，事实上，每天白天的长短不同， 冷暖不同

5、，而冷暖不同，而“日心说日心说”则能说明这种情况；则能说明这种情况； ，而，而。 一、天体究竟做怎样的运动一、天体究竟做怎样的运动 1.天体的运动天体的运动 (1)(1)：，地球静止不，地球静止不 运动，太阳、月亮及其他行星都绕地球运动，运动，太阳、月亮及其他行星都绕地球运动， 代表人物是代表人物是。 (2)(2)：太阳是静止太阳是静止 不动的，地球和其他行星都绕太阳运动，代表不动的，地球和其他行星都绕太阳运动，代表 人物是人物是。 练习1 下列说法正确的是：（ ） A.地球是宇宙的中心，太阳、月亮及其他行星都绕地 球运动 B.太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动 C.地球是绕太阳运动

6、的一颗行星 D.日心说和地心说都是错误的 “地心说”和”日心说”之争曾经历了漫长的历程， 现在我们应该如何评价它们的争论？请发表你自己的 观点。 C D 点评：点评：“日心说日心说”也并不是绝对正确的，因为太阳只是太阳系也并不是绝对正确的，因为太阳只是太阳系 的一个中心天体，而太阳系只是宇宙中众多星系之一，的一个中心天体，而太阳系只是宇宙中众多星系之一， 日心说日心说”，只是，只是 比比“地心说地心说”更准确一些罢了。更准确一些罢了。 【人类对天体运动的【人类对天体运动的】 哥白尼的宇宙体系动摇了基督教宇宙体哥白尼的宇宙体系动摇了基督教宇宙体 系的根基，但它并没有在天文测算的精确系的根基，但它

7、并没有在天文测算的精确 度上有多大的提高。近代早期最重要的观度上有多大的提高。近代早期最重要的观 测工作是由丹麦的测工作是由丹麦的（1546-16011546-1601）进行）进行 的。的。 德国天文学家德国天文学家（1571-16301571-1630）应）应 用用 时，发现与其老师第谷的观测值有时，发现与其老师第谷的观测值有 ，他坚信老师数据正确，毅然，他坚信老师数据正确，毅然 否定火星做匀速圆周运动，经多种拟合、否定火星做匀速圆周运动，经多种拟合、 反复核算，终于发现反复核算，终于发现火星做椭圆运动火星做椭圆运动。 开开 普普 勒勒 第一定律：第一定律： (轨道定律轨道定律) 第二定律：

8、第二定律： (面积定律面积定律) 所有的行星围绕太阳运动所有的行星围绕太阳运动 的轨道都是的轨道都是，太阳处在所，太阳处在所 有椭圆的有椭圆的上。上。 行星和太阳的连线，在行星和太阳的连线，在内内 扫过扫过。 同一颗行星在同一颗行星在 近日点的速率近日点的速率 大于大于远日点的远日点的 速率速率. . 第三定律：第三定律： (周期定律周期定律) R3 T2 = k 注：注：1 1）K K与行星无关，与行星无关， 只与只与“”- 太阳太阳有关。有关。 2 2）T T是是， 不是自转周期。不是自转周期。 所有行星的椭圆所有行星的椭圆跟跟 公转公转的比值都相等。的比值都相等。 K T R T R 2

9、 3 2 3 火火 火火 地地 地地 火星火星 地球地球 FF 太阳太阳 R O A B 1 2 2从天文望远镜中观察到银河系中从天文望远镜中观察到银河系中 有两颗行星绕某恒星运行，两行星的轨有两颗行星绕某恒星运行，两行星的轨 道均为椭圆，观察测量到它们的运行周道均为椭圆，观察测量到它们的运行周 期之比为期之比为8 1，则它们椭圆轨道的半长，则它们椭圆轨道的半长 轴之比为轴之比为（ ） A2 1 B4 1 C8 1 D1 4 B K T R T R 2 2 3 2 2 1 3 1 2 3 1 2 2 2 2 2 1 3 2 3 1 64, 1 8 RR T TR R 由 2 3 T R 2 3

10、 2 3 T R T R 月月 月月 地地 地地 3关于开普勒行星运动的公式关于开普勒行星运动的公式 Ak是一个与行星无关的常量是一个与行星无关的常量 B若地球绕太阳运转轨道的半长轴为若地球绕太阳运转轨道的半长轴为R地 地，周期为 ，周期为T地 地； ； 月球绕地球运转轨道的长半轴为月球绕地球运转轨道的长半轴为R月 月，周期为 ，周期为T月 月，则 ，则 CT表示行星运动的自转周期表示行星运动的自转周期 DT表示行星运动的公转周期表示行星运动的公转周期 k， 以下理解正确的是以下理解正确的是 （ ）AD 4关于开普勒第三定律的公式关于开普勒第三定律的公式 2 3 T R A公式只适用于绕太阳做

11、椭圆轨道运行的行星公式只适用于绕太阳做椭圆轨道运行的行星 B公式适用于所有围绕星球运行的行星（或卫星）公式适用于所有围绕星球运行的行星（或卫星） C式中的式中的k值，对所有行星（或卫星）都相等值，对所有行星（或卫星）都相等 D式中的式中的k值，对围绕不同星球运行的行星值，对围绕不同星球运行的行星 （或卫星）都相同（或卫星）都相同 下列说法中正确的是下列说法中正确的是（ ） = k， B 提示：开普勒定律的三个行星运动定律不仅适 用于行星绕太阳的运动，也适用于其他天体系 统。 关于行星运动的各种关于行星运动的各种 1717世纪前世纪前：认为天体做匀速圆周运动认为天体做匀速圆周运动最完美，天最完美

12、，天 体神圣和永恒体神圣和永恒，无需无需动因。动因。 伽利略伽利略：行星的运动与地面的运动遵从不同的规：行星的运动与地面的运动遵从不同的规 律律，行星运动是，行星运动是“惯性惯性”自行维持的。自行维持的。 开普勒开普勒：行星的运动是由于：行星的运动是由于太阳磁力吸引太阳磁力吸引的缘故，的缘故， 磁力磁力与距离成反比与距离成反比。 胡克、哈雷、雷恩胡克、哈雷、雷恩等：行星的运动是等：行星的运动是太阳的引力太阳的引力 的缘故，其所受的引力大小跟行星到太阳的的缘故，其所受的引力大小跟行星到太阳的距离距离 的平方成反比的平方成反比；认为；认为重力是地球引力产生的重力是地球引力产生的。 笛卡儿笛卡儿：宇

13、宙由不停旋转着的微粒所组成，微粒的运动形成：宇宙由不停旋转着的微粒所组成，微粒的运动形成 漩涡。太阳和行星在各自的漩涡中心。行星漩涡带动卫星运漩涡。太阳和行星在各自的漩涡中心。行星漩涡带动卫星运 动，太阳的动，太阳的漩涡带动漩涡带动行星和卫星一起运动。行星和卫星一起运动。 牛顿关于苹果落地的思考：牛顿关于苹果落地的思考： (1)苹果为什么会落地? 如果苹果树长到月球那么高,苹果会 落到地面上吗? 月球为什么不落到地球上呢? (2)如果在地球表面附近把苹果水平抛出，苹果的运 动能和月球的运动一样吗？ 猜想1： 。 猜想猜想2 2：行星绕太阳的运动和卫星绕行星的运动相：行星绕太阳的运动和卫星绕行星

14、的运动相 似似, ,故故 。 猜想猜想3 3：既然一切天体之间有引力，地球与物体之间有：既然一切天体之间有引力，地球与物体之间有 引力。那么，引力。那么，所有物体之间可能存在相互吸引的力所有物体之间可能存在相互吸引的力。 二、苹果落地的思考：万有引力定律的发现 1.1.万有引力定律内容万有引力定律内容： ，其，其与与 ，与它们间，与它们间 。 2 21 r mm GF 2.数学表达式： ( (由由于于16871687年在其出版的年在其出版的自然哲学的数自然哲学的数 学原理学原理一书中提出一书中提出.).) 3.G：由利用测得。G适用适用 于任何两个物体，它在数值上等于质量都是于任何两个物体，它

15、在数值上等于质量都是1kg1kg的物体的物体 相距相距1m1m时的相互作用力。时的相互作用力。 )/ 1067. 6( 22 11 kgmN G 4.万有引力定律公式的 2 21 r mm GF (1) 适用于计算两个. (2)两个质量分布均匀的球体间的相互用，可用 公式计算，其中。 (3)一个均匀球体与球外一个质点间的万有引力, 可用公式计算，其中。 (4)两个物体间的距离远大于物体本身的大小 时,公式也近似适用，其中 。 1. 如果有一天万有引力突然消失,世界将发生 什么变化?对你的生活将产生什么影响? 若没有万有引力的作用，地球表面的大 气和水将会脱离地球表面，飞散到茫茫宇宙 之中；地球

16、表面的土、石以及人类也将在地 球自转的影响下沿着地球表面的切线飞向宇 宙之中，像流星一样在太空中遨游总之， 。 2. 万有引力定律指出,任何物体间都存在着 引力，为什么当两个人靠近时并没有吸引到 一起？请估算一下你和同桌同学之间的引力 有多大？ 解：设两人质量mr5 . 0,间距 由万有引力定律,有 比较：一粒芝麻质量gm004. 0 FNmgG40104 5 kgmm50 21 NN r mm GF 7 2 2 11 2 21 1067. 6 5 . 0 50 1067. 6 结论结论： ！ 那么那么太阳与地球之间的万有引力又是多大呢？太阳与地球之间的万有引力又是多大呢？ 已知：太阳的质量为

17、已知：太阳的质量为M=2.01030kg，地球质量为，地球质量为 m=6.01024kg，日地之间的距离为，日地之间的距离为R=1.51011m F=GMm/R2 =6.6710-112.010306.01024/(1.51011)2 =3.51022(N) 太阳对质量为太阳对质量为50kg50kg的人，引力很小，不到的人，引力很小，不到0.3N0.3N 2 21 r mm GF 5.5.对对的理解的理解 (1)(1)：万有引力不仅存在太阳与行星、：万有引力不仅存在太阳与行星、 地球与月球之间，宇宙间地球与月球之间，宇宙间 都存在着这种相互吸引的力。都存在着这种相互吸引的力。 (2)(2)：两

18、个有质量的物体之间的万有引力是：两个有质量的物体之间的万有引力是 ，总是满足大小相等、方向相，总是满足大小相等、方向相 反，作用在两个物体上。反，作用在两个物体上。 (3)(3)：在地面上的一般物体之间，由于质量比：在地面上的一般物体之间，由于质量比 较小物体间的万有引力比较小，与其他力比较可忽较小物体间的万有引力比较小，与其他力比较可忽 略不计略不计, ,但在但在, ,或或 , ,万有引力起着决定性作用万有引力起着决定性作用。 (4)(4)：两个物体之间的：两个物体之间的万有引力万有引力 ，而，而 ，也，也。 5. 如图所示，如图所示，r虽大于两球的半径，但两球的半径虽大于两球的半径，但两球的半径 不能忽略，而球的质量分布均匀，大小分别为不能忽略，而球的质量分布均匀，大小分别为m1 与与m2，则两球间万有引力的大小为（，则两球间万有引力的大小为（ ） r1 r r2 图79 2 21 r mm G 2 21 21 )(rr mm G 2 21 21 )(rr