2019-2020年高考物理知識(shí)要點(diǎn)總結(jié) 萬(wàn)有引力定律教案.doc

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2019-2020年高考物理知識(shí)要點(diǎn)總結(jié) 萬(wàn)有引力定律教案 萬(wàn)有引力定律是牛頓在前人大量觀測(cè)和研究的基礎(chǔ)上總結(jié)概括出來(lái)的最偉大的定律之一。萬(wàn)有引力定律被發(fā)現(xiàn)的意義在于把地面上所了解的現(xiàn)象與宇宙中天體變化的規(guī)律統(tǒng)一了起來(lái)，直接向有神論進(jìn)行了沖擊；另一方面萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)摧毀了人類過(guò)去對(duì)宇宙的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，為人類確立全新的宇宙觀打下了基礎(chǔ)。這就是說(shuō)萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)不僅具有學(xué)術(shù)上的意義，對(duì)人類物質(zhì)觀、宇宙觀的發(fā)展和進(jìn)步都起到了極其重要的作用。 一、歷史的回顧： 古代從農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)和航海的實(shí)際需要出發(fā)，很早就開(kāi)始了對(duì)天體運(yùn)動(dòng)的研究?！疤煳膶W(xué)”可稱作是發(fā)展最早的自然科學(xué)之一。在幾千年的發(fā)展過(guò)程中“地心說(shuō)”和“日心說(shuō)”進(jìn)行了長(zhǎng)期的斗爭(zhēng)。 1、公元二世紀(jì)以希臘天文學(xué)家托勒玫為代表的地心說(shuō)認(rèn)為：地球是宇宙的中心，宇宙萬(wàn)物都是上帝創(chuàng)造。宇宙中的一切天體都圍著地球旋轉(zhuǎn)。這個(gè)學(xué)說(shuō)在教會(huì)支持下，延續(xù)一千余年?，F(xiàn)在看來(lái)這個(gè)學(xué)說(shuō)是錯(cuò)誤的，但地心說(shuō)的出現(xiàn)仍舊促使了世界航海事業(yè)的發(fā)展，對(duì)提高發(fā)展生產(chǎn)力起到了積極作用。 2、十六世紀(jì)波蘭天文學(xué)家哥白尼，經(jīng)過(guò)四十年的觀測(cè)和研究，在古代日心說(shuō)的啟發(fā)下重新提出了新的日心說(shuō)：太陽(yáng)是宇宙的中心，地球和其它行星一樣都繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)。這個(gè)學(xué)說(shuō)很容易解釋許多天文現(xiàn)象。這種學(xué)說(shuō)雖然受到教會(huì)的反對(duì)和迫害，但在伽利略、布魯諾為代表的一些人支持下仍被人們逐漸接受。 3、丹麥天文學(xué)家第谷經(jīng)過(guò)二十余年長(zhǎng)期對(duì)行星的觀測(cè)和精確測(cè)量，又經(jīng)他的助手開(kāi)普勒用二十年時(shí)間的統(tǒng)計(jì)分析概括進(jìn)一步完善了“日心說(shuō)”。開(kāi)普勒于十七世紀(jì)發(fā)表著名的開(kāi)普勒三定律。 開(kāi)普勒第一定律：所有的行星分別在大小不同的橢圓軌道上圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)，太陽(yáng)是在這些橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。 開(kāi)普勒第二定律：對(duì)每個(gè)行星來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)和行星的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過(guò)相等的面積。 開(kāi)普勒第三定律：所有行星的橢圓軌道的長(zhǎng)半軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的平方的比值都相等。 即 三大定律的發(fā)現(xiàn)，使人類的天文學(xué)知識(shí)提高了一大步。 二、 牛頓對(duì)行星運(yùn)動(dòng)的解釋： 牛頓從他本人發(fā)現(xiàn)的牛頓第二定律出發(fā)深入分析和研究了天體運(yùn)行的規(guī)律，他對(duì)行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律的解釋主要有以下幾個(gè)層次： 1、設(shè)行星都沿圓周運(yùn)動(dòng)，那么行星運(yùn)動(dòng)所需的向心力應(yīng)滿足： 由開(kāi)普勒第三定律 則： 式中為行星質(zhì)量，R為行星運(yùn)動(dòng)的軌道半徑。式中的常數(shù)K對(duì)太陽(yáng)系來(lái)說(shuō)保持不變。 從牛頓第三定律出發(fā)，太陽(yáng)吸引行星的力應(yīng)與行星吸引太陽(yáng)的力大小相等。既然與行星質(zhì)量成正比，那么行星吸引太陽(yáng)的力也應(yīng)與太陽(yáng)的質(zhì)量M成正比，也就是說(shuō)常數(shù)K是一個(gè)與太陽(yáng)質(zhì)量M成正比的數(shù)。 再引進(jìn)一個(gè)常數(shù)G，并令： 則太陽(yáng)吸引行星的力： 常數(shù)G是與太陽(yáng)質(zhì)量無(wú)關(guān)的恒量。 2、行星與衛(wèi)星之間的作用力與太陽(yáng)和行星之間的作用力同屬一個(gè)性質(zhì)的力。關(guān)于這一點(diǎn)牛頓是從月亮運(yùn)行的周期T、軌道半徑R等已知參數(shù)計(jì)算得出，月球和地球之間的作用力也是跟它們質(zhì)量的乘積成正比，跟它們之間的距離的平方成反比的。 3、地球?qū)Φ孛嫖矬w的吸引力跟地球?qū)υ虑虻奈偻N性質(zhì)的力。 地面上的重力加速度為g，地球的半徑為R，而月球到地心的距離恰為地球半徑的60倍，而月球作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的加速度恰為重力加速度的1/3600，這說(shuō)明地球?qū)ξ矬w的吸引力和地球?qū)υ虑虻奈σ矊偻恍再|(zhì)的力。 以上這些為牛頓提出萬(wàn)有引力定律打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。 三、萬(wàn)有引力定律： 1、內(nèi)容：任何兩個(gè)物體都是互相吸引的，引力的大小跟兩個(gè)物體的質(zhì)量的乘積成正比，跟它們的距離的平方成反比。這就是萬(wàn)有引力定律。 2、公式 應(yīng)注意： （1）公式中G稱作萬(wàn)有引力恒量，經(jīng)測(cè)定。 （2）公式中的R為質(zhì)點(diǎn)間的距離。對(duì)于質(zhì)量分布均勻的球體，可把它看做是質(zhì)量集中在球心的一個(gè)點(diǎn)上。 （3）從可以看出，萬(wàn)有引力是非常小的，平時(shí)很難覺(jué)察，所以它的發(fā)現(xiàn)經(jīng)歷了對(duì)天體（質(zhì)量特別大）運(yùn)動(dòng)的研究過(guò)程。 四、萬(wàn)有引力恒量的測(cè)定： 自牛頓發(fā)表萬(wàn)有引力定律以來(lái)，人們?cè)噲D在實(shí)驗(yàn)中測(cè)出引力的大小，其目的在于給“萬(wàn)有引力定律”進(jìn)行鑒別和檢驗(yàn)。因?yàn)闆](méi)有被實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的理論總是空洞的理論，更無(wú)實(shí)際意義。 英國(guó)物理學(xué)家卡文迪許承擔(dān)了這樣一項(xiàng)科學(xué)難題，他發(fā)揮了精湛的實(shí)驗(yàn)才能，取得了極其精確的結(jié)果。 實(shí)驗(yàn)裝置是用的扭秤（如右圖所示），秤桿長(zhǎng)2.4，兩端各置一個(gè)鉛質(zhì)球，再用另外兩個(gè)球靠近，研究它們的引力規(guī)律。 實(shí)驗(yàn)原理是用力矩平衡的道理。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果：首先驗(yàn)證了萬(wàn)有引力的正確性。另外測(cè)定了萬(wàn)有引力恒量為： 目前萬(wàn)有引力恒量的公認(rèn)值為： 小結(jié)： 1、萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)，絕不是牛頓一人的成果。它是人類長(zhǎng)期研究奮斗的結(jié)果，甚至有人獻(xiàn)出了寶貴的生命。 2、萬(wàn)有引力定律的確立，并不是在1687年牛頓發(fā)表之時(shí)，而應(yīng)是1798年卡文迪許完成實(shí)驗(yàn)之時(shí)。 3、萬(wàn)有引力定律的公式： 只適用于質(zhì)點(diǎn)間的相互作用。這里的“質(zhì)點(diǎn)”要求是質(zhì)量分布均勻的球體，或是物體間的距離r遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于物體的大小，這兩種情況。 4、運(yùn)用萬(wàn)有引力定律解決具體問(wèn)題時(shí)，要特別注意指數(shù)運(yùn)算。 5、在計(jì)算過(guò)程中，如果要求精度不高，可取來(lái)運(yùn)算，這樣可使計(jì)算簡(jiǎn)化。