7.2万有引力定律 教学课件-2023-2024学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

第六章万有引力与航天6.3万有引力定律武陟县第一中学任伟涛第六章万有引力与航天第六章万有引力与航天视频简单地介绍了我国在航天上取得的一些成就，有神舟号系列、天宫系列、天舟号等。除此，还有我们熟知的嫦娥号系列和探测火星的天问一号。这里尤其要提的是神州十三号载人飞船经过为期6个月的在轨飞行后于4月16日安全返航。探索浩瀚宇宙，永无止境。发展航天事业，建设航天强国，是我们不懈的追求。航天事业的发展，离不开万有引力定律的支撑，而万有引力定律的前世今生还要从一个苹果说起！第六章万有引力与航天6.3万有引力定律思考与回顾F行星rOMm通过上一节的学习，我们知道了太阳和行星的作用遵从平方反比定律。牛顿在前人研究的基础上得出，太阳和行星之间的引力使行星绕太阳运动，而不会飞离太阳。这个引力的大小和太阳与行星质量的乘积成正比，和两者距离的二次方成反比，方向在二者的连线上。牛顿的思考和猜想地球绕太阳运动，月球绕地球运动，它们之间的作用力是同一种性质的力吗？牛顿在思考月亮绕地球运行的原因时，一个苹果的落地引起了他的遐想。地球使苹果下落的力，与太阳、地球间的吸引力是否也是同一种性质的力呢？1、苹果为什么会下落？苹果为什么没有落到你的手里呢？牛顿的思考和猜想2、老师要怎么做苹果才可能落到你的手里？3、如果把苹果拿到高山上或高大建筑物顶端，它还受到地球的吸引力吗？释放后它还会落下吗？地球对苹果有吸引力没有给苹果水平初速度给苹果一定的水平初速度还会受到地球的吸引力，还要落下来牛顿的思考和猜想4、如果我们变成了超人，伸手把这个苹果放到更高、更远处，放到距离地球38万公里的月亮轨道上，苹果还会受到地球对它的引力吗？静止释放，它会做什么样的运动?是悬停在那儿，还是会落下来？5、在月球轨道处，给苹果一个和月亮一样大小的平抛速度，大家想想看，这个苹果会怎样运动呢？苹果依然要受到地球的吸引力，还是要落下来会和月亮一样绕地球转动起来，成为一个苹果月亮牛顿的思考和猜想6、如果这个时候拦住月亮，让它的速度变成零，一撒手，月球会做什么样的运动呢？7、月亮为什么没有掉落下来？月亮会像超大号的苹果一样，在地球吸引力的作用下，落向地面，成为一个月亮苹果月亮在地球的吸引力作用下做圆周运动牛顿的思考和猜想在思考了苹果落地、月亮绕地球运动的原因后，牛顿做出了大胆的猜想，他认为：使地球绕太阳、月球绕地球运动的力，和地球对树上苹果的吸引力可能都是同一种性质的力，都遵循相同的规律。牛顿猜想的检验（月--地检验）1、能不能直接测量地球和苹果、月球它们之间的作用力呢？2、如果力的关系难以验证，那么能不能换个角度，考虑一下力产生的作用效果？3、如果可以的话，我们需要检验什么呢？牛顿为了验证自己的猜想，进行了著名的“月--地检验”一、要检验什么牛顿猜想的检验（月--地检验）我们知道地面附近的苹果在只受地球引力作用下做自由落体运动，有加速度；因此，可以从力的关系转化为从加速度的关系来验证！而月球在地球的引力作用下做匀速圆周运动，也有加速度。牛顿猜想的检验（月--地检验）2、天文观测（事实）地表重力加速度：g=9.8m/s2地球半径：R=6400×103m月球周期：T=27.3天≈2.36×106s月球轨道半径：r≈60R=3.84×108m1、理论分析：设地球半径为，地球和月球间距为二、怎么检验牛顿猜想的检验（月--地检验）1、理论分析：2、天文观测:理论分析和天文检测的结果一致这表明：地面物体所受地球的引力、月球所受地球的引力，与太阳、行星间的引力，真的是同一性质的力，都遵从相同的规律！二、怎么检验牛顿的思考和猜想牛顿猜想是否到这里就结束了呢？他的思想变得更加解放！既然太阳和行星之间、地球和月球之间，以及地球与地面物体之间具有的吸引力都“与两个物体的质量乘积成正比、与它们之间距离的二次方成反比”，那么是否任意两个物体之间也都有这样的力呢？很可能有，只不过由于身边物体的质量比天体的质量小的多，感觉不到罢了。万有引力定律牛顿进行了更大胆的推广，得出了万有引力定律

自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的方向在它们的连线上，引力的大小与物体的质量m1和m2的乘积成正比，跟它们之间距离r的二次方成反比。G是引力常量1、公式：科学论证需要证据支持。开普勒根据第谷的观测数据提出了行星运动定律，行星运动定律又为万有引力定律提供了支持，“月--地检验”进一步验证了万有引力定律。2、方向：沿它们的连线m1m2r3、适用条件：质点

质量分布均匀的球体万有引力定律意义：明确宣告，天上的和地上的物体都遵从相同的科学法则。向人们揭示，复杂运动的背后可能隐藏着简洁的科学规律，正是这种对简洁性的追求启迪着科学家们不断探索物理理论的统一。万有引力定律是科学史上最伟大的定律之一，它于1687年发表在牛顿的传世之作《自然哲学的数学原理》中。牛顿将太阳与行星间的引力规律，一步步推广至自然界中任何两个物体之间，需要魄力、胆识和惊人的想象力。物理学中许多重大理论的发现，不是简单的实验结果的总结，它需要直觉、需要想象力、更需要大胆的猜测和严格的证明！尽管以上的推广十分自然，但仍要接受事实的检验（直接或间接）。本章后面的讨论表明，由此得出的结论与事实相符！引力常量的测定rFrFmm´mm´1、实验原理：由公式得

力矩平衡2、科学方法：微量放大法

扭称装置把微小力转变成力矩来反映扭转角度（微小形变）通过光标的移动来反映牛顿虽然发现了万有引力定律，但很遗憾，却无法算出两个天体之间引力的大小，因为他不知道引力常量的值。100多年以后，英国物理学家卡文迪许通过精巧实验测量了几个铅球之间的引力，进而推算出了引力常量的值。引力常量的测定引力常量的测定1、引力常量的大小，通常取G=6.67×10-11N·m2/kg22、引力常量测定意义：引力常量是自然界中少数几个最重要的物理常量之一；引力常量的普适性是万有引力定律正确性的有力证据！使万有引力定律有了真正的使用价值。万有引力的大小

思考：我们人与人之间也应该存在万有引力，可是为什么我们感受不到呢？一个质量为的同学，他所受的重力多大？试估算操场上相距，质量均为的两个同学之间的万有引力。解：是一粒芝麻重的几千分之一，这么小的力，我们根本无法察觉到。万有引力的大小那么太阳与地球之间的万有引力又是多大呢？（太阳的质量为，地球质量为，日、地之间的距离为)这个力非常大，能够拉断直径为的钢柱。可见，天体之间的万有引力非常巨大。解：引力常量的测定

要计算物体间的万有引力，则需知道引力常数G的大小，但令人遗憾的是截止目前，我们并不知道G的精确值是多少。从1998年至2018年，我国的引力中心在华中科技大学罗俊团队的带领下实现了从无到有，从有到强，逐步走向世界前沿，被国际称为“世界的引力中心”，于2018年得到了当时最为精确的引力常量G值。

谁都见过苹果落地，但为