2018-2019學年高中物理 第六章 萬有引力與航天 第2、3節(jié) 太陽與行星間的引力 萬有引力定律學案 新人教版必修2.docx
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第2、3節(jié) 太陽與行星間的引力 萬有引力定律 核心素養(yǎng)關鍵詞 知識體系 1.推導太陽與行星之間的引力公式時用到的物理規(guī)律有：開普勒行星運動定律、牛頓第二定律和牛頓第三定律. 2.牛頓認為所有物體之間存在萬有引力，太陽與行星間的引力使得行星繞太陽運動. 3.自然界中任何兩個物體都相互吸引，引力的方向在它們的連線上，引力的大小與物體的質量m1和m2的乘積成正比，與它們之間距離r的二次方成反比，這就是萬有引力定律，其表達式為F＝G. 4.引力常量G＝6.6710－11 Nm2/kg2，是英國物理學家卡文迪許利用扭秤實驗測出的. 5.萬有引力定律僅適用于兩個質點間萬有引力的計算，對于不能看成質點的物體間仍存在萬有引力，但萬有引力公式不能直接使用. 一、太陽與行星間的引力 1.太陽對行星的引力 太陽對不同行星的引力，與行星的質量m成正比，與行星和太陽間距離的二次方成反比，即F∝Ｗ. 2.行星對太陽的引力 行星對太陽的吸引力，與太陽的質量M成正比，與行星和太陽間距離的二次方成反比，即F′∝Ｗ. 3.太陽與行星間的引力 太陽與行星間引力的大小與太陽的質量、行星的質量成正比，與兩者間距離的平方成反比，即F∝，引力的方向沿二者的連線. 二、月—地檢驗 1.牛頓的猜想 日地間引力與月地間引力以及物體與地球間引力是相同性質的力. 2.月—地檢驗 根據計算和觀測數據可知，上述引力同樣遵循“平方反比”規(guī)律，即有F∝，證明地面物體所受地球的引力與月球所受地球的引力是相同性質的力. 三、萬有引力定律 1.內容 自然界中任何兩個物體都相互吸引，引力的方向在它們的連線上，引力的大小與物體的質量m1和m2的乘積成正比、與它們之間距離r的二次方成反比. 2.公式 F＝G，其中G＝6.6710－11 Nm2/kg2 ，稱為引力常量. 一、合作探究找規(guī)律 考點一 太陽與行星間的引力 如圖所示，太陽系中的行星圍繞太陽做勻速圓周運動. 1.為什么行星會圍繞太陽做圓周運動？ 2.太陽對不同行星的引力與行星的質量什么關系？ 答：1.因為行星受太陽的引力. 2.與行星的質量成正比. 考點二 萬有引力與重力的關系 地球可近似看成球形，人站在地球的不同位置，比如赤道、兩極或其他位置. 1.受到的萬有引力大小一樣嗎？ 2.受到的重力大小一樣嗎？ 答：1.萬有引力大小一樣. 2.重力隨緯度的升高而變大. 二、理解概念做判斷 1.公式F＝GMm/r2中G是比例系數，與太陽和行星都沒有關系.(√) 2.萬有引力只存在于天體之間，常見的普通物體間不存在萬有引力.() 3.引力常量是牛頓首先測出的.() 4.當兩個物體之間的距離趨近于0時，萬有引力便趨近于無窮大.() 5.月球繞地球做勻速圓周運動是因為月球受力平衡.() 要點1|萬有引力定律 1.定律內容：自然界中任何兩個物體都相互吸引，引力的方向在它們的連線上，引力的大小與物體的質量m1和m2的乘積成正比、與它們之間距離r的二次方成反比. 2.公式 F＝G，其中G＝6.672 5910－11 Nm2/kg2，稱為引力常量. 3.適用條件：適用于質點間的相互作用. 4.萬有引力的特性 (1)萬有引力的普遍性：萬有引力不僅存在于星球間，任何客觀存在的有質量的物體之間都存在這種相互吸引的力. (2)萬有引力的相互性：兩個物體相互作用的引力是一對作用力和反作用力，它們大小相等，方向相反，分別作用在兩個物體上. (3)萬有引力的宏觀性：在通常情況下，萬有引力非常小，只有在質量巨大的星球間或天體與天體附近的物體間，它的存在才有實際的物理意義，故在分析地球表面物體受力時，不考慮地面物體對物體的萬有引力，只考慮地球對地面物體的引力. (4)萬有引力的特殊性：兩物體間的萬有引力只與它們本身的質量有關，與它們間的距離有關，而與所在空間的性質無關，也與周圍有無其他物體無關. 5.發(fā)現萬有引力定律的重大意義 萬有引力定律的發(fā)現，對物理學、天文學的發(fā)展具有深遠的影響.它把地面上的物體運動規(guī)律和天體運動規(guī)律統(tǒng)一起來.在科學文化發(fā)展上起到了積極的推動作用，解放了人們的思想，給人們探索自然界的奧秘建立了極大的信心，人們有能力理解天地間的各種事物. 6.引力常量 (1)引力常量的測定：英國物理學家卡文迪許利用如圖所示的扭秤裝置， 比較準確地得出了G＝6.74510－11Nm2/kg2.目前推薦的標準值，G＝6.672 5910－11 Nm2/kg2，通常取G＝6.6710－11 Nm2/kg2. (2)理論公式：G＝，單位為Nm2/kg2.引力常量在數值上等于兩個質量都是1 kg的質點相距1 m時的相互吸引力. (3)意義：正是由于卡文迪許測定了引力常量G，才使得萬有引力定律在天文學的發(fā)展上起了重要的作用.此實驗不僅證明了萬有引力定律的正確性，更使得萬有引力定律有了真正的實用價值. 典例1 (多選)對于萬有引力的表達式F＝G，下列說法正確的是( ) A．公式中的G為萬有引力常量，它是由實驗得出的，而不是人為規(guī)定的 B．當r趨近于零時，萬有引力趨近于無窮大 C．m1和m2受到的引力總是大小相等，而與m1、m2是否相等無關 D．m1與m2受到的引力總是大小相等、方向相反，是一對平衡力 【思路點撥】 解答本題時應把握以下三點： 關鍵點：(1)G的意義及測定； (2)萬有引力定律的適用條件； (3)相互作用力與平衡力的區(qū)別. 【解析】 對各選項透析過程如下 選項 透析過程 結論 A 萬有引力常量是卡文迪許通過實驗得出的 √ B 公式的適用條件是質點間的引力，r→0時，條件不成立 C m1和m2所受到的引力是相互作用力，遵循牛頓第三定律 √ D m1對m2的力與m2對m1的力屬相互作用力而不是平衡力 【答案】 AC 變式訓練1－1 (2018江陰市期中)以下關于行星運動及萬有引力的描述正確的是( ) A．開普勒認為行星繞太陽運行的軌道是橢圓，行星在橢圓軌道上各個地方的速率均相等 B．太陽對行星的引力與地球對月球的引力屬于不同性質的力 C．牛頓提出的萬有引力定律只適用于天體之間 D．卡文迪許利用扭秤實驗測出了引力常量的數值 解析：根據開普勒定律可知，開普勒認為行星繞太陽運行的軌道是橢圓，行星在橢圓軌道上各個地方的速率不相等，A選項錯誤；根據牛頓第三定律可知，牛頓發(fā)現地球對周圍物體的引力與太陽對行星的引力是相同性質的力，B選項錯誤；牛頓發(fā)現了萬有引力定律，適用于自然界中任何物體，C選項錯誤；卡文迪許通過扭秤實驗測出引力常量的數值，D選項正確. 答案：D (1)任何物體間的萬有引力都是同種性質的力. (2)任何有質量的物體間都存在萬有引力，一般情況下，質量較小的物體之間萬有引力忽略不計，只考慮天體間或天體對附近或表面的物體的萬有引力. 名師點易錯 雖然自然界中任何兩個物體都相互吸引，但萬有引力定律是有條件的，萬有引力定律適用范圍是質點間的相互作用，r是質點間的距離，當不滿足以上條件時，萬有引力定律不成立. 要點2|萬有引力與重力的關系 1.重力為地球引力的分力 如圖所示，設地球的質量為M，半徑為R，A處物體的質量為m，則物體受到地球的吸引力為F，方向指向地心O，由萬有引力公式得F＝G. 圖中F1為物體隨地球自轉做圓周運動的向心力，F2就是物體的重力mg，故一般情況下mg
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