(3)万有引力定律ppt

1、第三节第三节 万有引力万有引力【导入】【导入】 1666年夏末，一只历史上著名的苹果落了下来，年夏末，一只历史上著名的苹果落了下来，打在打在23岁的牛顿的头上。恰巧在那天，牛顿正苦苦思岁的牛顿的头上。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，以及绕地球运行的轨道上，以及 使行星保持在其环绕太阳运使行星保持在其环绕太阳运 行的轨道上？为什么这只打中行的轨道上？为什么这只打中 他脑袋的苹果会坠地落到地上？他脑袋的苹果会坠地落到地上？ 正是从思考这一问题开始，他正是从思考这一问题开始，他 找到了这些问题的答案找到了这些问

2、题的答案 万有引力定律万有引力定律。行星围绕太阳的运动行星围绕太阳的运动【探究【探究1】行星为什么能绕太阳做圆周运动】行星为什么能绕太阳做圆周运动?太阳对行星的引力使得行星保持在绕太阳运行的轨道上太阳对行星的引力使得行星保持在绕太阳运行的轨道上苹果落地苹果落地【探究【探究3】树上的苹果为什么会落在地面上】树上的苹果为什么会落在地面上?地面上的物体之所以会落下来，是因为受到重力的作用。地面上的物体之所以会落下来，是因为受到重力的作用。“天上天上”的力的力与与“人间人间”的的是否是同一种是否是同一种力呢力呢?思考与猜想：思考与猜想： 牛顿的设想：牛顿的设想：苹果不离开地球，是否也是苹果不离开地球，

3、是否也是由于地球对苹果的引力造成的？地球对苹果的由于地球对苹果的引力造成的？地球对苹果的引力和太阳对行星的引力是否根本就是同一种引力和太阳对行星的引力是否根本就是同一种力？若真是这样，物体离地面越远，其受到地力？若真是这样，物体离地面越远，其受到地球的引力就应越小。可是地面上的物体距地面球的引力就应越小。可是地面上的物体距地面很远时，如在高山上，似乎重力没有明显的减很远时，如在高山上，似乎重力没有明显的减弱，是物体离地面还不够远吗？这样的高度比弱，是物体离地面还不够远吗？这样的高度比起天体之间的距离来，真的不算远！再往远处起天体之间的距离来，真的不算远！再往远处设想，如果物体延伸到地月距离那样

4、远，物体设想，如果物体延伸到地月距离那样远，物体是否也会像月球那样围绕地球运动？是否也会像月球那样围绕地球运动？一一. .月月- -地检验地检验 【探究【探究1】月】月-地检验的目的是什么？地检验的目的是什么？目的：验证目的：验证“天上天上”的力与的力与“人间人间”的力是的力是同一同一 种性质的力。种性质的力。【探究【探究2】月】月-地检验的验证原理是怎样的？地检验的验证原理是怎样的？假定维持月球绕地球运动的力与使得苹果下落的力是假定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一种力,同样遵从同样遵从平方反比平方反比定律，那么，由于月球定律，那么，由于月球轨道半径约为地球半径的轨道半径

5、约为地球半径的60倍，所以月球轨道上一倍，所以月球轨道上一个物体物体受到的引力，比它在地面附近时受到的引个物体物体受到的引力，比它在地面附近时受到的引力要小，前者只有后者的力要小，前者只有后者的1/602。据牛顿第二定律，。据牛顿第二定律，物体在月球轨道上运动时的加速度就应该大约是它在物体在月球轨道上运动时的加速度就应该大约是它在地面附近下落时的加速度的地面附近下落时的加速度的1/602。F1F2月球轨道月球轨道r=60R数据表明：地面物体所受地球的引力、月球所受地球的引数据表明：地面物体所受地球的引力、月球所受地球的引力，以及太阳与行星间的引力，遵从相同的规律。力，以及太阳与行星间的引力，遵

6、从相同的规律。R=6370Km【探究【探究3】如何进行验证？】如何进行验证？验证：验证：根据验证原理根据验证原理，若，若“天上天上”“”“人间人间”是同种性质的力，是同种性质的力，由由“平方反比平方反比”规律规律及地球表面的重力加及地球表面的重力加速度，可求得月球表速度，可求得月球表面的重力加速度。面的重力加速度。 根据人们观测到的根据人们观测到的月球绕地球运动的周月球绕地球运动的周期，及月期，及月-地间的距离地间的距离，可运用公式，可运用公式a=42r/T2求得月球表求得月球表面的重力加速度。面的重力加速度。【讨论讨论】根据下列是当时可以测量的数据，如何根据下列是当时可以测量的数据，如何证明

7、月亮受力满足证明月亮受力满足“平方反比平方反比”的关系？的关系？ 地表重力加速度：地表重力加速度：g = 9.8m/s2 地球半径：地球半径： R = 6400103m 月亮周期：月亮周期： T = 27.3天天2.36106s 月亮轨道半径：月亮轨道半径： r 60R=3 .84108mga36001月？计算验证：计算验证：gsmrTa36001/1072. 242322月计算结果：计算结果：牛顿再度思考：牛顿再度思考：【讨论【讨论1 1】既然太阳行星】既然太阳行星间、地球月球间、地球物间、地球月球间、地球物体间有引力，那么任何两体间有引力，那么任何两个有质量的物体间是否存个有质量的物体间是

8、否存在引力呢在引力呢？ 于是我们大胆地把以于是我们大胆地把以上结论推广到宇宙中的一上结论推广到宇宙中的一切物体之间。切物体之间。【讨论【讨论2 2】若两个物体间有引力作用，为何】若两个物体间有引力作用，为何两个物体没有在引力作用下紧靠在一起呢？两个物体没有在引力作用下紧靠在一起呢？二二. .万有引力定律万有引力定律 自然界中任何两个物体都是互相吸引的，引力的自然界中任何两个物体都是互相吸引的，引力的方向在它们的连线上，引力的大小跟这两个物体方向在它们的连线上，引力的大小跟这两个物体的质量的质量m1和和m2的乘积成正比，跟它们的距离的的乘积成正比，跟它们的距离的二次方成反比二次方成反比.1. 1

9、.内容：内容：2. 2.公式：公式：221rmmGF 3. 3.单位：单位： 质量质量m-kgm-kg，距离，距离r-mr-m， 力力F -NF -N； 常量常量G-NG-Nmm2 2/kg/kg2 2 ，( ( 数值上等于数值上等于两质量各为两质量各为1Kg1Kg的物体相距的物体相距1m1m时的万时的万有引力的大小有引力的大小) )。4. 4.使用条件：使用条件： （1）适用于两个）适用于两个质点质点间相互作用力，间相互作用力， （2）适用两个）适用两个均匀球体均匀球体之间的相互作用。之间的相互作用。 （两物体为均匀球体时，（两物体为均匀球体时，r为两球心间的距离）为两球心间的距离） （3）

10、适用于质点与球体间的相互作用力。）适用于质点与球体间的相互作用力。 5 5、万有引力定律的进一步理解、万有引力定律的进一步理解 （1 1）普遍性：普遍性：万有引力是普遍存在于宇宙中的任何有质万有引力是普遍存在于宇宙中的任何有质量的物体（大到天体小到微观粒子）间的相互吸引力，量的物体（大到天体小到微观粒子）间的相互吸引力，它是自然界的物体间的基本相互作用之一它是自然界的物体间的基本相互作用之一（2 2）相互性：相互性：两个物体相互作用的引力是一对作用力两个物体相互作用的引力是一对作用力与反作用力，符合牛顿第三定律与反作用力，符合牛顿第三定律（3 3）宏观性：宏观性：通常情况下，万有引力非常小，只

11、有在通常情况下，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，的物理意义在微观世界中，粒子的质量都非常小，粒子间的万有引力很不显著，万有引力可以忽略不粒子间的万有引力很不显著，万有引力可以忽略不计计（4 4）特殊性特殊性：F F与与mm1 1，mm2 2，r r有关，与空间性质无关，有关，与空间性质无关，也与周围有无其他物体无关。也与周围有无其他物体无关。6. 6.意义：意义： 揭示了地面上物体运动的规律和天体上揭示了地面上物体运动的规律和天体上物体的运动物体的运动 遵从同一规律，让

12、人们认识到遵从同一规律，让人们认识到天体上物体的运动规律也是可以认识的天体上物体的运动规律也是可以认识的, ,解解了人们的思想了人们的思想, ,给人们探索自然的奥秘建立给人们探索自然的奥秘建立了极大信心了极大信心, , 对后来的物理学、天文学的发对后来的物理学、天文学的发展具有深远的影响。展具有深远的影响。 a.1686a.1686年牛顿发现万有引力定律后，曾经设想过年牛顿发现万有引力定律后，曾经设想过几种测定引力常量的方法，却没有成功几种测定引力常量的方法，却没有成功. .b.b.其间又有科学家进行引力常量的测量也没有成其间又有科学家进行引力常量的测量也没有成功功. .c.c.直到直到178

13、91789年，英国物理学家年，英国物理学家卡文迪许卡文迪许巧妙地利巧妙地利用了用了扭秤扭秤装置，第一次在实验室里对两个物体间装置，第一次在实验室里对两个物体间的引力大小作了精确的测量和计算，比较准确地的引力大小作了精确的测量和计算，比较准确地测出了引力常量测出了引力常量 三三. .引力常量引力常量 引力常量的测量引力常量的测量卡文迪许扭称实验卡文迪许扭称实验(1789年年)卡文迪许卡文迪许卡文迪许实验室卡文迪许实验室卡文迪许扭称实验卡文迪许扭称实验(1789年年)-放大法放大法1、实验原理：、实验原理：力矩平衡，即引力矩力矩平衡，即引力矩=扭转力矩扭转力矩2、科学方法：、科学方法：放大法放大法

14、3、测定引力常量的意义、测定引力常量的意义物理含义：物理含义： 两个质量为两个质量为1kg的物体相距的物体相距1m时，时，它们之间万有引力为它们之间万有引力为6.6710-11 N两次放大及等效的思想两次放大及等效的思想 ： (1)(1)扭秤装置把微小力转变成力矩来反映扭秤装置把微小力转变成力矩来反映(2)(2)扭转角度扭转角度( (微小形变微小形变) )通过光标的移动来反映通过光标的移动来反映A、证明了万有引力的存在、证明了万有引力的存在B、开创了测量弱力的新时代、开创了测量弱力的新时代C、使得万有引力定律有了真正的实用价值、使得万有引力定律有了真正的实用价值( (卡文迪许被称为能称出地球质

15、量的人卡文迪许被称为能称出地球质量的人) )练习1： 估算两个质量50kg的同学相距0.5m 时之间的万有引力约有多大？ 答案：答案：6.6710-7牛牛四四. .万有引力应用万有引力应用 练习练习2：如图所示，如图所示，r虽大于两球的半径，但两球的半虽大于两球的半径，但两球的半 径不能忽略，而球的质量分布均匀，大小分别径不能忽略，而球的质量分布均匀，大小分别 为为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r1rr2221rmmG22121)(rrrmmGA、B、C、D、2121rmmGD3、两个物体的质量分别是、两个物体的质量分别是m1和和m2，当它们相距，当它们相距为为r时，它们之间的引力是时，它们之间的引力是F=_。(1)若把若把m1改为改为2m1，其他条件不变，则引力为，其他条件不变，则引力为_F。(2)若把若把m1改为改为2m1，m2改为改为3m2，r不变，则引不变，则引力为力为 F。(3)若把若把