太阳与行星的引力.ppt

第三节 万有引力定律 第二节 太阳与行星间的引力 开普勒第一定律开普勒第一定律轨道定律轨道定律 所有行星都分别在大小不同的椭圆 轨道上围绕太阳运动，太阳是在这 些椭圆的一个焦点上; 开普勒第二定律面积定律 对每个行星来说，太阳和行星的连 线在相等的时间扫过相等的面积; 开普勒第三定律周期定律 所有行星的轨道的半长轴的三次方 跟公转周期的二次方的比值都相等. 太阳 行星 b =v a 一、回顾旧知、引入新课 n行星为什么绕太阳如此和谐 而又有规律地做椭圆运动？ 科学的足迹 1 1、伽利略：、伽利略：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 致物体做圆周运动致物体做圆周运动。 2、开普勒：开普勒：受到了来自太阳的类似与磁力的作用。受到了来自太阳的类似与磁力的作用。 3 3、笛卡儿：、笛卡儿：在行星的周围有旋转的物质在行星的周围有旋转的物质( (以太）作以太）作 用在行星上，使得行星绕太阳运动。用在行星上，使得行星绕太阳运动。 4 4、胡克、哈雷等、胡克、哈雷等: :受到了太阳对它的引力，证明了受到了太阳对它的引力，证明了 如果行星的轨道是圆形的，其所受的引力大小跟如果行星的轨道是圆形的，其所受的引力大小跟 行星到太阳的距离的二次方成反比，但没法证明行星到太阳的距离的二次方成反比，但没法证明 在椭圆轨道规律也成立。在椭圆轨道规律也成立。 5 5、牛顿：如果太阳和行星间的引力与距离的二次方 成反比，则行星的轨迹是椭圆.并且阐述了普遍意 义下的万有引力定律。 牛顿 (16431727) 英国著名的物理学家 当年牛顿在前人研 究的基础上，并凭借其 超凡的数学能力和坚定 的信念，深入研究，最 终发现了万有引力定律 。 什么力来维持行星绕太 阳的运动呢？ 思考：是什么原因使行星绕太 阳运动呢？ 猜想的逻辑顺序： 曲线运动变速运动加速度合外力引力 猜想：引力大小跟什么有关？ 追寻牛顿的足迹 讨论验证思路： 由运动情况-加速度-受力情况 太阳 行星 r 太阳 行星 a 太阳 行星行星 F 消去v 行星运行速度v不容易观 测？怎么办？ 消去T 讨论 关系式中m是受 力天体还是施力 天体的质量？ 探究1: 太阳对行星的引力F 太阳对行星的引力跟受 力星体的质量成正比， 与行星、太阳距离的二 次方成反比. F 行星 太阳太阳 F m M r 探究2: 行星对太阳的引力F F 行星 太阳 F 类比法 牛 三 太阳对行星的引力跟受 力星体的质量成正比， 与行星、太阳距离的二 次方成反比. m M r 探究3: 太阳与行星间的引力 F F 类比法 牛 三 牛三 G为比例系数 ，与太阳、行 星无关。 关于行星对太阳的引力的说法中正确的是（ ） A.行星对太阳的引力与太阳对行星的引力是 同一性质的力 B.行星对太阳的引力与太阳的质量成正比， 与行星的质量无关 C.太阳对行星的引力大于行星对太阳的引力 D.行星对太阳的引力大小与太阳的质量成正 比，与行星距太阳的距离成反比 A 三、迁移应用 能力提高 行星绕太阳运动遵守这个规律 ，那么在其他地方是否适用这个规 律呢？ 地球对苹果 的引力 地球对月球 的引力 ？ 已知：r月地 =3.8108 m， T月 =27.3 天, g=9.8 m/s2,求a月/g =a 月 解 : 2 2 4 T rp =2.69 X 10-3m/s / ga 月 =2.69 X 10-3/9.8=1/602 证明了牛顿的说法是对的 月地检验 思考：假定维持月球绕地球运动的力与使苹果下落 的力是同一种力，那么，月球轨道上一个物体受到的 引力，与它在地面附近时受到的引力应该有什么样的 关系呢？（月球轨道半径为地球半径的60倍） 五、万有引力定律五、万有引力定律 1.内容：自然界中任何两个物体都是互相吸引的， 引力的大小跟这两个物体的质量的乘积成正比，跟它 们的距离的二次方成反比. 2. 2.引力常量的物理意义：引力常量的物理意义：G G是引力常量，适用于任何是引力常量，适用于任何 两个物体。它在数值上等于两个质量都是两个物体。它在数值上等于两个质量都是1kg1kg的物体相距的物体相距 1m1m时的相互作用力。引力常量的标准值为：时的相互作用力。引力常量的标准值为：G G=6.67=6.671010 - - 1111Nm Nm 2 2 /kg/kg 2 2 。 计算计算 两个质量各为两个质量各为100kg100kg的人，相距的人，相距1m1m 时，估算他们之间相互的引力多大时，估算他们之间相互的引力多大 ？ 6.67 10-7N 3、公式的适用条件： 1）万有引力存在于一切物体之间，但万有 引力公式适用于质点间的引力大小的计算； r为质点间的距离 即两物体的形状和大小对它们之间的距离 而言,影响很小,可以忽略不计rR 2）两质量分布均匀的球体之间的引力，也 可用上述公式计算，且r为两球心间距离； m1 m2 r 两物体的距离r指“哪两部分距离” 3）不能看成质点的物体，可以把物体假想 分割成无数个质点，求两物体上每个质点 间的万有引力，然后求合力。 4.公式 的适用条件： （理想情况） 两个质点间引力大小的计算 （实际情况） 若两个物体间的距离远大于物体本身大小时， 两个物体可看成质点 如：太阳与行星间 地球与月球间 m1 m2 F F r r 为两质点间的距离 r为两天体中心的距离 质量分布均匀的两个球体，可视为质量集中于球心 r为物体到地心的距离 r为两球心间的距离 六、引力常量的测量六、引力常量的测量 1.1686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. 2.其间又有科学家进行引力常量的测量也没有成功. 3.直到1789年，英国物理学家卡文迪许巧妙地利用了 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 引力常量的测量扭秤实验 （1）实验原理： 科学方法放大法 卡文迪许 卡文迪许实验室 G是怎样测出的 4.G值的测量：卡文迪许扭秤实验 放大思想 实验原理： r F r F mm m m 2 2、G G的含义的含义: : 它在数值上等于两个质量都是它在数值上等于两个质量都是 1kg1kg的物体相距的物体相距1m1m时的相互作用力时的相互作用力 3、意义： （1）验证了万有引力定律是正确的； （2）使得万有引力定律有了真正的 实际意义。 1、大小: G=6.6710-11Nm2/kg2 1717世纪自然科学最伟大的成果之一，第一次揭示世纪自然科学最伟大的成果之一，第一次揭示 了自然界中的一种基本相互作用的规律，在人类认了自然界中的一种基本相互作用的规律，在人类认 识自然的历史上树立了一座里程碑。识自然的历史上树立了一座里程碑。 在文化发展史上的重大意义：使人们建立了有能在文化发展史上的重大意义：使人们建立了有能 力理解天地间的各种事物的信心，解放了人们的思力理解天地间的各种事物的信心，解放了人们的思 想，在科学文化的发展史上起了积极的推动作用。想，在科学文化的发展史上起了积极的推动作用。 七、万有引力定律的意义七、万有引力定律的意义 3、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 的物体（大到天体小到微观粒子）间的相互吸引力， 它是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 间的万有引力很不显著，万有引力可以忽略不计 万有引力与重力知识拓展 Fn G 向心力 万有引力F引 重力G=mg m R 在两极： 在赤道： 赤道表面物体随地球自转的向心力 由于物体随地球自转的向心力很小, 则万有引力大小近似等于重力 卡文迪许在实验室里测出了引力 常量G的值，他把自己的实验说成 是“称量地球的重量”。 在实验室里测量几个铅球之间的 引力，就可以称量地球， 这不能不说是一个科学