1、课标版 物理第 1讲 万有引力定律及天体运动一、开普勒行星运动定律教材研读定律 内容 图示 说明开普勒第一定律 (轨道定律 )所有行星绕太阳运动的轨道都是 ,太阳处于椭圆的一个焦点上行星运动的轨道必有 和远日点开普勒第二定律 (面积定律 )对任意一个行星来说 ,它与太阳的连线在 内扫过相等的面积行星从近日点向远日点运动时, ;从远日点向近日点运动时 , 开普勒第三定律 (周期定律 )所有行星绕太阳运行轨道半长轴 r的三次方与它公转周期 T的二次方的比值都相等 ,即 比值 k只与太阳有关 ,与行星无关椭圆相等的时间 r3/T2=k 近日点速率变小速率变大自测 1 太阳系中的 8大行星的轨道均可以
2、近似看成圆轨道。下列 4幅图是用来描述这些行星运动所遵从的某一规律的图像。图中坐标系的横轴是lg(T/T0),纵轴是 lg(R/R0);这里 T和 R分别是行星绕太阳运行的周期和相应的圆轨道半径 ,T0和 R0分别是水星绕太阳运行的周期和相应的圆轨道半径。下列 4幅图中正确的是 ( )答案 B 由开普勒第三定律有 : = ,所以 3 lg =2 lg ,所以 B项对。二、万有引力定律1.内容 :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 ,跟它们的距离的平方成反比。2.公式 :F=G 其中 G=6.6710-11 Nm2/kg2,叫做引力常量。3.适用条件(
3、1)严格地说 ,万有引力定律只适用于 的相互作用。(2)两质量分布均匀的球体间的相互作用 ,也可用本定律来计算 ,其中 r为 。(3)一个均匀球体和球外一个质点的万有引力也适用 ,其中 r为 。4.两个物体之间的引力是一对作用力和反作用力 ,总是大小相等、方向相反。质点间两球心间的距离质点到球心间的距离自测 2 对于万有引力定律公式 F=G ,下列说法正确的是 ( )A.公式中 G为引力常量 ,是人为规定的B.r趋近于零时 ,万有引力趋近于无穷大C.m1、 m2之间的万有引力总是大小相等 ,与 m1、 m2的质量是否相等无关D.m1、 m2之间的万有引力总是大小相等、方向相反 ,是一对平衡力答
4、案 C G是比例系数 ,叫做引力常量 ,G值是通过实验测定的 ,不是人为规定的 ,A错。当 r0 时 ,F=G 已经不适用 ,故由此式推出的结论是错误的 ,B错。 m1、 m2之间的万有引力是一对作用力与反作用力 ,故 D错 ,C正确。三、引力常量 G数值 6.6710-11 Nm2/kg2测定人 英国物理学家卡文迪许于 1798年利用扭秤测定物理意义数值上等于两个质量都是 的物体相距 时的相互引力测定意义(1)有力地证明了 的存在(2)使定量计算得以实现(3)开创了测量弱相互作用的新时代1 kg 1 m万有引力实验装置P:石英丝 M:平面镜 O:光源 N:刻度尺 Q:倒立 T形架实验思想主要
5、思想 :放大(1)利用四个球间引力(2)利用 T形架的转动即利用力矩增大引力的可观察效果(3)利用小平面镜对光的反射来增大可测量的扭转角度自测 3 (2015湖北宜昌第一次调研 ,14)以下表述符合物理学史实的是 ( )A.牛顿通过理想斜面实验发现了物体的运动不需要力来维持B.伽利略利用实验和推理相结合的方法 ,得出了力不是维持物体运动的原因C.伽利略通过观察发现了行星运动的规律D.牛顿利用扭秤 ,首先测出引力常量 ,为人类实现飞天梦想奠定了基础答案 B 伽利略利用实验和逻辑推理得出运动不需要力来维持 ,即力不是维持物体运动的原因 ,A错误 ,B正确 ;开普勒发现了行星运动三定律 ,C错误 ;
6、卡文迪许利用扭秤首先测出了引力常量 ,D错误。考点一 对万有引力定律的理解及基本应用1.对万有引力的进一步理解(1)当两物体为均质球体或均质球层时 ,可以认为均质球体或均质球层的质量集中于球心 ,r表示两球心间的距离 ,引力的方向沿两球心的连线。(2)当两物体相隔甚远时 ,两物体可当做质点 ,则公式中 r为两质点间的距离。(3)当所研究物体不能看成质点时 ,可以把物体假想分割成无数个质点 ,求出两个物体上每个质点与另一个物体上所有质点的万有引力 ,然后求合力。考点突破(1)在不考虑天体自转的情况下 ,在天体表面附近的物体所受万有引力近似等于物体的重力 ,F引 =mg,即 G =mg,整理得 GM=gR2。(2)天体运动都可以近似地看成匀速圆周运动 ,其向心力由万有引力提供 ,即F引 =F向 。一般有以下几种表达形式 : G =m G =m2r G =m r2.研究天体圆周运动的基本思路
