1、6.3 6.3 万有引力定律万有引力定律1教学目标教学目标知识与技能知识与技能1.1.了解万有引力定律发现的思路和过程，知道地球上的重物下落与天体运动的了解万有引力定律发现的思路和过程，知道地球上的重物下落与天体运动的统一性统一性2.2.知道万有引力定律是一种存在于所有物体之间的吸引力，知道万有引力定律知道万有引力定律是一种存在于所有物体之间的吸引力，知道万有引力定律的适用范围的适用范围3.3.会用万有引力定律解决简单的引力计算问题会用万有引力定律解决简单的引力计算问题过程与方法过程与方法情感、态度与价值观情感、态度与价值观1.1.知道万有引力定律公式中知道万有引力定律公式中r r的物理意义，
2、了解引力常量的物理意义，了解引力常量G G的测定在科学历史上的测定在科学历史上的重大意义的重大意义2.2.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要性教学重点教学重点知道万有引力定律是一种存在于所有物体之间的吸引力，知道万有引力定律的知道万有引力定律是一种存在于所有物体之间的吸引力，知道万有引力定律的适用范围适用范围教学难点教学难点1.1.会用万有引力定律解决简单的引力计算问题会用万有引力定律解决简单的引力计算问题21717世纪前：世纪前：行星做得是完美而又神圣的匀速圆周运动。行星做得是完美而又神圣
3、的匀速圆周运动。（无需什么动因）（无需什么动因）在行星的周围有旋转的物质作用在行星在行星的周围有旋转的物质作用在行星上，使得行星绕太阳运动上，使得行星绕太阳运动胡克、哈雷等：胡克、哈雷等：受到了太阳对它的引力。证明了如果行受到了太阳对它的引力。证明了如果行星的轨道是圆形的，其所受的引力大小星的轨道是圆形的，其所受的引力大小跟行星到太阳的距离的二次方成反比跟行星到太阳的距离的二次方成反比 伽利略：伽利略：（15641642）一切物体都有合并的趋势，这种趋势导一切物体都有合并的趋势，这种趋势导致天体做圆周运动致天体做圆周运动 开普勒：开普勒：（15711630）一定是受到了来自太阳的类似于磁力的一
4、定是受到了来自太阳的类似于磁力的作用才做圆周运动作用才做圆周运动 笛卡尔：笛卡尔：（1596165015961650）关于行星运动的各种动力学解释关于行星运动的各种动力学解释开开普普勒勒时时代代3 牛顿牛顿经过认真的思考，经过认真的思考，猜想地面上物体的自由下落与猜想地面上物体的自由下落与天空中月亮围绕地球转的道理天空中月亮围绕地球转的道理是相同的，都是由于地球对它是相同的，都是由于地球对它们有引力作用。们有引力作用。4 那么，为什么同样是受重力作用，那么，为什么同样是受重力作用，表现出的现象却是一个是苹果落地，一表现出的现象却是一个是苹果落地，一个是月亮围绕地球转动呢？月亮为什么个是月亮围绕
5、地球转动呢？月亮为什么不会象苹果那样落向地面呢？为了说明不会象苹果那样落向地面呢？为了说明在重力作用下，为什么月亮不会落向地在重力作用下，为什么月亮不会落向地面而围绕地球做圆周运动，牛顿给我们面而围绕地球做圆周运动，牛顿给我们做了一个理想实验来说明这一问题。做了一个理想实验来说明这一问题。5牛牛顿顿的的人人造造地地球球卫卫星星草草图图物体围绕地球做圆物体围绕地球做圆周运动和苹果落地周运动和苹果落地一样也是物体受到一样也是物体受到重力的一种外在表重力的一种外在表现形式现形式6月月地检验：地检验： 假设：重力和月球所受假设：重力和月球所受的向心力是同一性质的力的向心力是同一性质的力7 自然界中任何
6、两个物体都是相互吸引的，引力自然界中任何两个物体都是相互吸引的，引力的大小跟这两个物体的质量的乘积成正比，跟它们的大小跟这两个物体的质量的乘积成正比，跟它们的距离的二次方成反比的距离的二次方成反比F=GF=Gr r2 2m m1 1m m2 2一、万有引力定律一、万有引力定律二、表达式二、表达式公式说明：公式说明：83.G3.G为常量，叫引力常量为常量，叫引力常量三、适用的条件三、适用的条件万有引力定律适用于计算质点间的引力万有引力定律适用于计算质点间的引力G=6.67G=6.671010-11-11NmNm2 2/kg/kg2 2在数值上等于两个质量为在数值上等于两个质量为1 1kgkg的物
7、体相距的物体相距1 1m m时的相互时的相互作用力作用力四、万有引力定律发现的意义四、万有引力定律发现的意义1 1、第一次揭示了自然界中的一种基本相互作用规律、第一次揭示了自然界中的一种基本相互作用规律2 2、使人们建立了信心：人们有能力理解天地间各种事物、使人们建立了信心：人们有能力理解天地间各种事物9五、重力与万有引力的关系五、重力与万有引力的关系 F F引引mgFmgF向向F F引引=mg=F=mg=F向向102022-5-1511例例1 1、求赤道上质量为、求赤道上质量为1 1kgkg的物的物体的重力，向心力和它与地球体的重力，向心力和它与地球的万有引力。（赤道上的重力的万有引力。（赤
8、道上的重力加速度加速度g=9.78m/sg=9.78m/s2 2，地球半径地球半径R=6400kmR=6400km） 答案：答案：9.789.78N N 0.034N 9.814N0.034N 9.814N12六、引力常量的测量六、引力常量的测量1 1、16861686年牛顿发现万有引力定律后，曾经设想过几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。种测定引力常量的方法，却没有成功。2 2、其间又有科学家进行引力常量的测量也没有成功。其间又有科学家进行引力常量的测量也没有成功。3 3、直到、直到17891789年，英国物理学家卡文迪许巧妙地利用年，英国物理学家卡文迪
9、许巧妙地利用了扭秤装置，第一次在实验室里对两个物体间的引了扭秤装置，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，比较准确地测出了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。引力常量。13v扭秤实验的物理思想和科学方法：扭秤实验的物理思想和科学方法：扭秤装置把微小力扭秤装置把微小力转变成力矩来反映，扭转角度又通过光标的移动来反转变成力矩来反映，扭转角度又通过光标的移动来反映。从而确定物体间的万有引力。映。从而确定物体间的万有引力。 rFrFmmmm14七、测定引力常量的重要意义七、测定引力常量的重要意义1、证明了万有引力的存在。证明了万有引力的存在。2、“开创了测量弱力
10、的新时代开创了测量弱力的新时代” （英国物理学家玻（英国物理学家玻印廷语）。印廷语）。3、使得万有引力定律有了真正的实用价值，可测定、使得万有引力定律有了真正的实用价值，可测定远离地球的一些天体的质量、平均密度等如根远离地球的一些天体的质量、平均密度等如根据地球表面的重力加速度可以测定地球的质量。据地球表面的重力加速度可以测定地球的质量。15八、万有引力定律的进一步理解八、万有引力定律的进一步理解 1、普遍性：万有引力是普遍存在于宇宙中的任何有质量的、普遍性：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，它是物体（大到天体小到微观粒子）间的相互吸引力，它是
11、自然界的物体间的基本相互作用之一。自然界的物体间的基本相互作用之一。2、相互性：两个物体相互作用的引力是一对作用力与反作、相互性：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。用力，符合牛顿第三定律。3、宏观性：通常情况下，万有引力非常小，只有在质量巨、宏观性：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的物理意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，粒子间的万义在微观世界中，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计。有引力很不显著，万有引力可以忽略不计。16例例2 2、
12、地球半径为地球半径为R R，地球表面的重地球表面的重力加速度为力加速度为g g，若高空中某处的重若高空中某处的重力加速度为力加速度为g/2g/2，则该处距地面球则该处距地面球表面的高度为：表面的高度为：（ ）A A （ （ 1 1 ） R RB BR R C C R R D D2R2RA17例例3 3、假设火星和地球都是球体，假设火星和地球都是球体，火星的质量火星的质量M M火火和地球的质量和地球的质量M M地地之比之比M M火火/ /M M地地= =p p，火星的半径火星的半径R R火火和地球的和地球的半径半径R R地地之比之比R R火火/ /R R地地= =q q，那么火星表那么火星表面处
13、的重力加速度面处的重力加速度g g火火和地球表面处和地球表面处的重力的加速度的重力的加速度g g地地之比等于之比等于 A.pA.p/q/q2 2 B.pq B.pq2 2 C.pC.p/q/q D.pqD.pqA18例例4 4、月球质量是地球质量的月球质量是地球质量的1/811/81，月球，月球半径是地球半径的半径是地球半径的1/3.81/3.8，在距月球表面，在距月球表面1414m m高处，有一质量高处，有一质量m=60kgm=60kg的物体自由下的物体自由下落。落。（1 1 它落到月球表面需要多少时间？它落到月球表面需要多少时间？（2 2 它在月球上的重力和质量跟在地球上它在月球上的重力和质量跟在地球上是否相同？（已知地球表面的重力加速度是否相同？（已知地球表面的重力加速度g g地地=9.8 =9.8 m/sm/s2 2）答案：答案：4 4s s 在月球在月球104.4104.4N N 地球地球588588N N192022-5-1520
