高中物理 第六章 万有引力与航天 6.2 太阳与行星间的引力课件 新人教版必修2.ppt

开普勒三定律 知识回顾 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椭圆 太阳处在椭圆的一个焦点上 开普勒第二定律 面积定律 对任意一个行星来说 它与太阳的连线在相等的时间内扫过相等的面积 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它的公转周期的二次方的比值都相等 为什么行星绕太阳如此和谐而又有规律地作椭圆运动 问题探究 太阳坐在它的皇位上 管理着围绕它的一切星球 哥白尼 2 太阳与行星间的引力 第六章万有引力与航天 3 万有引力定律 伽利略 行星的运动是受到了来自太阳的类似于磁力的作用 与距离成反比 行星的运动是太阳吸引的缘故 并且力的大小与到太阳距离的平方成反比 在行星的周围有旋转的物质 以太 作用在行星上 使得行星绕太阳运动 开普勒 笛卡尔 胡克 一切物体都有合并的趋势 万有引力的发展史 科学足迹 牛顿 1643 1727 英国著名的物理学家 当年牛顿在前人研究的基础上 也经过类似这样的思考 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 牛顿在1676年给友人的信中写道 如果说我看的比别人更远 那是因为我站在巨人的肩膀上 两大类动力学问题 1 已知力求运动 2 已知运动求力 属于已知运动求力的情况 问题l 探究太阳与行星间的相互作用属于那类问题 问题2 行星绕太阳运动的轨道是怎样的 由开普勒第一定律可知 行星绕太阳运动轨道是椭圆 问题3 若要解决椭圆轨道的运动 根据现在的知识水平 可作如何简化 八大行星轨道数据表 二 深入探究 总结规律 太阳对行星的引力 1 行星绕太阳作匀速圆周运动 写出行星需要的向心力表达式 并说明式中符号的物理意义 2 行星运动的线速度v与周期t的关系式如何 为何要消去v 写出要消去v后的向心力表达式 3 如何应用开普勒第三定律消去周期t 为何要消去周期t 4 写出引力f与距离r的比例式 说明比例式的意义 请同学们先阅读教材p37页 太阳对行星的引力 内容 然后在练习本上结合下列提纲独立推导 想不起来了再参考教材 建立模型 简化 行星绕太阳做匀速圆周运动需要向心力 那么 什么力来提供向心力呢 太阳对行星的引力提供向心力 那么这个力的大小跟哪些因素有关呢 f 若已知某行星做匀速圆周运动的轨道半径为r 线速度为v 质量为m 问题1 行星绕太阳做匀速圆周运动所需要的向心力的表达式是怎样的 问题探究 问题2 天文观测难以直接得到行星运动的线速度v 但可得到行星的公转周期t 线速度v与公转周期t的关系是怎样的 写出用公转周期t表示的向心力的表达式 问题3 不同行星的公转周期是不同的 引力跟太阳与行星间的距离关系的表达式中不应出现周期t 如何消去周期t 开普勒第三定律 科学探究 关系式中m是受力天体还是施力天体的质量 行星运行速度v不容易观测 怎么办 行星绕太阳公转周期t容易观测到 开普勒第三定律 科学探究 探究1 太阳对行星的引力f 既然太阳对行星有引力 那么行星对太阳有无引力 它有怎样的定量关系 结论一 太阳对行星的引力跟行星的质量成正比 与行星 太阳之间的距离的二次方成反比 探究2 行星对太阳的引力f 结论二 行星对太阳的引力跟太阳的质量成正比 与行星 太阳之间的距离的二次方成反比 科学探究 g为比例系数 与太阳 行星无关 方向 沿着太阳与行星间的连线 结论三 太阳与行星间引力的大小与太阳的质量 行星的质量成正比 与两者距离的二次方成反比 探究3 太阳与行星间的引力f 例题1 两颗行星都绕太阳做匀速圆周运动 它们的质量之比m1 m2 p 轨道半径之比r1 r2 q 求它们受到太阳的引力之比f1 f2 式中g为比例系数 m为太阳质量 解 根据行星与太阳间的引力表达式 则两行星受到的引力分别为 地球表面的重力能否延伸到很远的地方 会不会作用到月球上 地球和月球之间的吸引力会不会与地球吸引苹果的力是同一种力呢 拉住月球使它绕地球运动的力 与拉着苹果使它下落的力 以及众行星与太阳之间的作用力也许真的是同一种力 遵循相同的规律 牛顿的思考 牛顿的猜想 这些力是同一种力 并且都遵从与距离的平方成反比的规律 当然这仅仅是猜想 还需要事实来检验 创设情景月地检验 r月 r地 数据表明 地面物体所受地球的引力 月球所受地球的引力 与太阳 行星间的引力 真的遵从相同的规律 我们的思想还可以更加解放 是否宇宙中任意两个物体之间都有这样的力呢 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 一 万有引力定律 1 引力常量适用于任何两个物体 2 意义 在数值上等于两个质量都是1kg的物体相距1m时的相互作用力 g 引力常量6 67 10 11n m2 kg2 思考 我们人与人之间也应该存在万有引力 可是为什么我们感受不到呢 例题1 估算两个质量50kg的同学相距0 5m时之间的万有引力约有多大 6 67 10 7n 是一粒芝麻重的几千分之一 这么小的力人根本无法察觉到 解 例题2 那么太阳与地球之间的万有引力又是多大呢 太阳的质量为m 2 0 1030kg 地球质量为m 6 0 1024kg 日 地之间的距离为 1 5 1011m 3 5 1022n非常大 能够拉断直径为9000km的钢柱 3 5 1022n 解 万有引力的宏观性 100多年后 由英国物理学家卡文迪许测出g值的测量 卡文迪许扭秤实验 三 引力常量的测量 第一个能称出地球质量的人 t形架 金属丝 平面镜 光源 刻度尺 扭秤实验的测量结果 万有引力常量 卡文迪许扭秤实验的意义 证明了万有引力的存在 并测得引力常量g 使万有引力定律进入了真正实用的时代 2 开创了微小量测量的先河 使科学放大思想得到了推广 卡文迪许扭秤实验 课堂小结 今天我们学到了什么 古人观点 牛顿思考 理论演算 总结规律 建模 理想化 类比 猜想 验证 得出结论 月 地检验 万有引力定律 万有引力常量 课堂小结 1 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 解析f和f 大小相等 方向相反 是一对作用力和反作用力 a c错误 b正确 太阳对行星的引力提供行星绕太阳做圆周运动的向心力 故d正确 答案bd 3 最近 科学家在望远镜中看到太阳系外某一恒星有一行星 并测得它围绕该恒星运动一周所用的时间为1200年 它与该恒星的距离为地球到太阳距离的100倍 假定该行星绕恒星运动的轨道和地球绕太阳运动的轨道都是圆周 仅利用以上两个数据可以求出的量有 a 恒星质量与太阳质量之比b 恒星密度与太阳密度之比c 行星质量与地球质量之比d 行星运行速度与地球公转速度之比 5 太阳对地球有相当大的引力 而且地球对太阳也有引力作用 为什么它们不靠在一起 其原因是 a 太阳对地球的引力与地球对太阳的引力 这两个力大小相等 方向相反 互相平衡b 太阳对地球的引力还不够大c 不仅太阳对地球有引力作用 而且太阳系里其他星球对