太阳与行星间的引力万有引力定律

太阳与行星间的引力万有引力定律第一页，共41页。1．知道太阳与行星间的引力是行星绕太阳运动的原因，是行星圆周运动的向心力．2．知道太阳和行星间引力的方向和表达式，知道牛顿运动定律在推导太阳和行星间引力时的作用．3．知道万有引力定律发现的思路和过程，知道地球上重物下落和天体运动的统一性．4．知道万有引力是一种存在于所有物体之间的引力，知道万有引力定律的适用范围．教学目标第二页，共41页。5．会用万有引力进行简单计算，知道公式中r的物理意义，了解引力常量G的测定在科学史上的重大意义．6．了解万有引力定律发现的意义，体会在科学规律发现过程中猜想与求证的重要性．教学目标第三页，共41页。【重点】探究太阳与行星间的引力与哪些因素有关．【难点】(1)探究太阳与行星间的引力与哪些因素有关．(2)帮助学生用已有知识自主探究出三种引力的大小．重点难点第四页，共41页。本节课我们将追寻牛顿的足迹，根据开普勒行星运动定律和匀速圆周运动的向心力公式(牛顿第二定律在圆周运动中的应用)推导出太阳对行星的引力与行星的质量、行星与太阳间的距离的比例关系，再根据牛顿第三定律推出行星对太阳的引力与太阳的质量、太阳与行星间的距离的比例关系，从而进一步得到太阳与行星间的引力所遵循的规律，为重新“发现”万有引力定律打下基础．教学建议第五页，共41页。本节主要内容就是介绍科学家对行星运动原因的各种猜想，及运用旧知识推导太阳与行星间的引力．在介绍是什么原因使行星绕太阳运动时，教师可补充一些材料，使学生领略前辈科学家对自然奥秘不屈不挠的探索精神和对待科学研究一丝不苟的态度．在推导太阳与行星间的引力时，教师可先引导学生理清推导思路，然后放手让学生自主推导，充分发挥学生学习的主体地位.教学建议第六页，共41页。【导入一】目前已知太阳系中有8颗大行星．它们通常被分为两组：内层行星(水星、金星、地球、火星)和外层行星(木星、土星、天王星、海王星)，内层行星体积较小，主要由岩石和铁组成；外层行星体积要大得多，主要由氢、氦、冰物质组成．哥白尼说：“太阳坐在它的皇位上，管理着围绕着它的一切星球．”那么是什么原因使行星绕太阳运动呢？伽利略、开普勒以及法国数学家笛卡儿都提出过自己的解释．然而，只有牛顿才给出了正确的解释……新课导入第七页，共41页。八大行星绕太阳做圆周运动，是什么原因造成的呢？我们这节课就一起来探究这个问题．【导入二】师：提问：请同学们从运动的描述角度思考：开普勒行星运动定律的物理意义是什么？生：思考、回答、交流：第一定律揭示了描述行星运动的参考系及其运动轨迹；第二定律揭示了行星在椭圆轨道上运动经过不同位置的快慢情况，近日点附近速度大，远日点附近速度小；第三定律揭示了不同行星虽然椭圆轨道和环绕周期不同，但由于中心天体相同，所以共同遵循轨道半长轴的三次方与周期的二次方比值相同的规律．新课导入第八页，共41页。师：开普勒在1609和1619年发表了行星运动的三个定律，解决了描述行星运动的问题，但好奇的人们，面向天穹，深情地叩问：是什么力量支配着行星绕着太阳做如此和谐而有规律的运动呢？这节课我们就来认识这些问题.

新课导入第九页，共41页。1．太阳对行星的引力太阳对行星的引力，与行星的质量m成________，与行星和太阳间距离的二次方成________，即F∝________．2．行星对太阳的引力行星对太阳的引力，与太阳的质量M成________，与行星和太阳间距离的二次方成________，即F′∝________．太阳与行星间的引力知识必备知识点一正比反比正比反比第十页，共41页。3．太阳与行星间的引力太阳与行星间引力的大小与太阳和行星质量的________成正比，与两者距离的二次方成反比，即F＝___________．表达式中的G是比例系数，其大小与太阳和行星都无关．引力的方向沿二者的连线．知识必备乘积第十一页，共41页。1．月—地检验由于月球轨道半径约为地球半径的60倍，所以月球轨道上物体受到的引力是地球上的________．根据牛顿第二定律，物体在月球轨道上运动时的加速度(月球公转的向心加速度)应该是它在地球表面附近下落时的加速度(自由落体加速度)的________．根据计算和测得的数据可以得出：地面物体所受地球的引力与月球所受地球的引力是同一性质的力．万有引力定律知识必备知识点二第十二页，共41页。2．万有引力定律(1)内容：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________成正比、与它们之间距离r的________成反比．(2)表达式：__________________．3．引力常量(1)大小：G＝_______________________．(2)测定：英国物理学家_____________在实验室里比较准确地测出了G值．知识必备乘积二次方6.67×10－11N·m2/kg2卡文迪许第十三页，共41页。[想一想]如何验证太阳与行星间引力的规律适用于行星和卫星之间？[要点总结]万有引力定律的得出过程1．推导思想：把行星绕太阳的椭圆运动简化为以太阳为圆心的匀速圆周运动，运用圆周运动规律结合开普勒第三定律、牛顿运动定律推导出太阳与行星间的引力表达式.学习互动万有引力定律的发现过程考点一第十四页，共41页。学习互动第十五页，共41页。学习互动第十六页，共41页。学习互动[答案]AB第十七页，共41页。学习互动引力常量及对万有引力定律的理解和计算考点二引力常量在数值上等于两个质量都是1kg的质点相距1m时的相互吸引力两球心间的距离第十八页，共41页。学习互动第十九页，共41页。学习互动3．对万有引力定律的理解四性内容普遍性万有引力不仅存在于太阳与行星、地球与月球之间，宇宙间任何两个有质量的物体之间都存在着这种相互吸引的力相互性两个有质量的物体之间的万有引力是一对作用力和反作用力，总是满足大小相等、方向相反、作用在两个物体上宏观性地面上的一般物体之间的万有引力比较小，与其他力比较可忽略不计，但在质量巨大的天体之间，或天体与其附近的物体之间，万有引力起着决定性作用独立性两个物体之间的万有引力只与它们本身的质量和它们间的距离有关，而与所在空间的性质无关，也与周围是否存在其他物体无关第二十页，共41页。学习互动第二十一页，共41页。学习互动[答案]AD[解析]万有引力定律适用于两质点间的相互作用，当两球体质量分布均匀时，可认为球体质量分布在球心计算万有引力，故A、D项正确；当r→0时，两物体不能视为质点，万有引力定律不再适用，B项错误；大球球心周围各部分对小球的引力合力为零，故C项错误．第二十二页，共41页。学习互动图6－2－1第二十三页，共41页。学习互动[答案]BC第二十四页，共41页。学习互动重力与万有引力的关系考点三[想一想]重力是由于地球的吸引而产生的，但能否说万有引力就是重力呢？[要点总结]1．重力和纬度的关系(1)在两极处的重力在两极处，物体自转需要的向心力为零，满足mg＝________________，方向____________．指向地心第二十五页，共41页。学习互动物体随地球自转需要的向心力mg＋mω2R向心力增大第二十六页，共41页。学习互动2．重力和高度的关系若物体距地面的高度为h，在忽略地球自转的条件下有：mgh＝__________，可得：gh＝__________．这个关系式表明，随着高度的增加，重力加速度会________．在计算时，高度这个因素有时是不能忽略的．减小第二十七页，共41页。学习互动第二十八页，共41页。学习互动[答案]C[点评]注意本类题目中“地球绕太阳公转周期为1年”经常作为隐含条件出现．第二十九页，共41页。学习互动[答案]D第三十页，共41页。学习互动第三十一页，共41页。备用习题第三十二页，共41页。备用习题[答案]AD[解析]通过完全独立的途径得出相同的结果，证明了地球表面上的物体所受地球的引力和地球与月球之间的引力是同一种性质的力．物体的运动规律是由所受力的规律决定的，相同性质的力产生相同性质的加速度．第三十三页，共41页。备用习题2．如图所示，两个半径分别为r1＝0.4m、r2＝0.6m，质量分布均匀的实心球质量分别为m1＝4.0kg、m2＝1.0kg，两球间距离r0＝2.0m，则两球间的相互引力的大小(G＝6.67×10－11N·m2/kg2)(

)A．等于6.67×10－11NB．大于6.67×10－11NC．小于6.67×10－11ND．不能确定[答案]C第三十四页，共41页。备用习题[答案]A第三十五页，共41页。备用习题[答案]3.2×10－7N第三十六页，共41页。备用习题第三十七页，共41页。备用习题第三十八页，共41页。自我检测1．(万有引力定律的发现过程)(多选)下列关于太阳对行星的引力的说法中正确的是(

)A．太阳对行星的引力提供行星做匀速圆周运动的向心力B．太阳对行星引力的大小与太阳的质量成正比，与行星和太阳间的距离的二次方成反比C．太阳对行星的引力规律是由实验得出的D．