万有引力定律的发现.ppt

万有引力定律,上一节我们学习了什么？现在让我们回顾一下,1、人类对行星运动的认识地心说日心说,2、开普勒三定律1）第一定律又称轨道定律2）第二定律又称面积定律3）第三定律又称周期定律,地心说：日心说：,地球是宇宙的中心。地球是静止不动的，太阳、月亮以及其它行星都绕地球运动。,符合人们的日常经验；符合宗教地球是宇宙的中心的说法。,统治很长时间的原因：,太阳是静止不动的，地球和其它行星都绕太阳转动。,地心模型,亚里士多德,地球,地球,本轮,均轮,偏心模型,O,托勒密,地心说：日心说：,第谷（丹麦）,开普勒（德国）,所有的行星围绕太阳运动的轨道椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上。,开普勒第一定律,（轨道定律）,（面积定律）,对于每一个行星而言，太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积。,若tAB=tCD=tEK，则sAB=sCD=sEK,开普勒第二定律,（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。,即：R3/T2=k,开普勒第三定律,K是一个只决定于被绕天体（中心天体）质量的物理量,你知道吗?,开普勒定律揭示了行星运动的规律，但是行星为什么沿着一定的轨道，绕着太阳能作如此和谐而有规律的运动呢?是什么力量支配着行星的运动呢?下面请同学观看,行星如何绕太阳运行的。,牛顿是怎么发现万有引力的呢?,关于行星运动原因的猜测,英国的吉乐伯特根据他对磁体相互作用的研究,猜想行星是依靠太阳发出的磁力维持着绕日运动的.法国数学家笛卡儿提出”旋涡”假设,认为空间充满着一种看不见的流质,形成许多大小、速度、密度不同的旋涡，从而带动行星转动。法国天文学家布利奥首先提出平方反比假设。认为各个行星受太阳发出的力支配，力的大小跟行星与太阳距离的平方成反比。其中，英国物理学家胡克、雷恩和哈雷都对此做出了重要的贡献。,站在巨人肩上的牛顿,1、有一个流传很广的美丽传说：牛顿看见苹果落地而发现万有引力定律。你相信这一传说吗？这个传说对你有什么启示？2、苹果受到地球的引力作用，而产生加速度落向地面，月亮也受到地球的引力作用，也产生加速度吗？为什么月亮没有掉到地球上？你能运用牛顿万有引力的概念和圆周运动的知识解释吗？,前进道路上的困难,困难一、行星沿椭圆轨道运动，速度的大小、方向不断发生变化，如何解决这种变化的曲线运动问题，当时还缺乏相应的数学工具。困难二、天体是一个庞然大物，如果认为物体间有引力，那么如何计算由天体各部分对行星产生的力的总效果呢？当时同样缺乏理论上的工具。困难三、如果天体间是互相吸引的，那么在众多天体共存的太阳系中，如何解决它们之间相互干扰这一复杂的问题呢？,牛顿如何解决了三大困难,这也是科学研究中的重要方法。牛顿吸取了前辈科学家关于引力思想的精华，从1665年到1666年进行了“月地检验”，克服了三大困难。困难之一与数学工具相关，后来由于微积分的发明而得以解决。困难之二的解决体现了模型的作用：由于采用了理想化的模型质点的概念而使这个困难得以解决。困难之三的解决体现了抓主要矛盾，合理地简化研究对象的方法，,1.行星受太阳的引力,设行星的质量为m，速度为v，行星到太阳的距离为r，则行星绕太阳做匀速圆周运动的向心力太阳对行星的引力来提供：,由于天文观测难以直接得到行星的速度v，但我们可以得到行星的公转周期T,代入,有,根据开普勒第三定律：,即,所以,代入得,结论与检验（月地检验）,月亮的运动是受到地球的引力作用,g=9.8m/s2,g=9.8m/s2,a=2.710-3m/s2,2.太阳受行星的引力,太阳与行星之间的引力到底与什么因素有关呢？,结论：太阳与行星间的引力：,概括起来有,G比例系数，与太阳、行星的质量无关,则太阳与行星间的引力大小为：,引力F的方向：沿着太阳和行星的连线,公式适用的范围：行星与太阳之间。,由此可得：太阳与行星间的引力与它们的质量和之间的距离有关。,在研究了许多不同物体间遵循同样规律的引力后，牛顿进一步把这个规律推广到自然界中任意两个物体之间，于1687年正式发表了万有引力定律：,经典物理学理论体系的建立者牛顿,1.内容：宇宙间的一切物体都是相互吸引的，两个物体间的引力大小与它们的质量的乘积成正比，跟它们距离的平方成反比。,二、万有引力定律,二、万有引力定律,3.引力常量：G=6.671011Nm2/kg2，数值上等于两个质量均为1kg的物体相距1米时它们之间的相互吸引力。,2.公式:,F=Gm1m2/r2,4.万有引力的适用条件：,(1)适用于质点,(2)当两物体是质量分布均匀的球体时,式中r指两球心间的距离.,二、万有引力定律,(3)物体不能看为质点时，可以把物体看为无数个细小质点，分别求质点之间的万有引力，再求合力,(3)若物体不能视为质点,则可把每一个物体视为若干个质点的集合,然后按定律求出各质点间的引力,再按矢量法求它们的合力。,4.万有引力的适用条件：,二、万有引力定律,5.万有引力的特征:,(1)普遍性:普遍存在于宇宙中的任何有质量的物体间的吸引力.是自然界的基本相互作用之一.,二、万有引力定律,(2)相互性:两个物体相互作用的引力是一对作用力和反作用力,符合牛顿第三定律.,5.万有引力的特征:,二、万有引力定律,(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实际意义.,5.万有引力的特征:,二、万有引力定律,O,O1,忽略地球自转可得：GMm/R2=mg,6.万有引力与重力,卡文迪许扭称实验。其意义是用实验证明了万有引力的存在，使得万有引力定律有了真正的使用价值。推动了天文学的发展.,7.引力常量G的测定方法及意义,案例分析,案例：最近几十年，人们对探测火星十分感兴趣，先后曾发射过许多探测器。称为“火星探路者”的火星探测器曾于1997年登上火星。2004年，又有“勇气”号和“机遇”号探测器登上火星。已知地球质量约是火星质量的9.3倍，地球直径约是火星直径的1.9倍。探测器在地球表面和火星表面，所受引力的比值是多少？,请思考：,假如有一天你能到火星上去旅行，你会感到自己的体重发生了什么变化？你在火星走路或运动与在地球上有什么不同？,课后资源,牛顿(16431727)英国著名的物理学家、数学家和天文学家，是十七世纪最伟大的科学巨匠。牛顿一生对科学事业所做的贡献，遍及物理学、数学和天文学等领域。物理学方面最主要的成就，是创立了经典力学的基本体系，从而光成了物理学史上第一次大综合。对于光学，牛顿致力于光的颜色和光的本性的研究，也作出了重大贡献。数学方面总结和发展了前人的工作，提出了“流数法”，建立了二项式定理，创立了微积分。天文学方面牛顿发现了万有引力定律，创制了反射望远镜，并且用它初步观察到了行星运动的规律。牛顿在17世纪70年代设计的望远镜。它一般被称为反射望远镜，效果远优于伽利略所设计的著名的折射望远镜。,信息浏览,请同学们打开课本P88页阅读有关信息