高中物理第六章万有引力与航天全章PPT课件人教版必修二6.1行星的运动一行星的运动.ppt

第六章万有引力与航天 一 行星的运动 地心说与日心说 对天体的运动 历史上有过 地心说 和 日心说 两种对立的认识 发生过激烈的斗争 认为地球是宇宙中心 任何星球都围绕地球旋转 该学说最初由古希腊学者欧多克斯提出 后经亚里士多德 托勒密进一步发展而逐渐建立和完善起来 一 地心说 什么历史功绩 提出问题 激发思考 争论 尽管它把地球当作宇宙中心是错误的 然而它的历史功绩不应抹杀 希腊人的 均轮 本轮 学说 希腊人的 均轮 本轮 学说 解释行星的逆行 二 日心说 认为太阳是宇宙的中心 地球和其他行星都绕太阳转动 日心说最早于十六世纪 由波兰天文学家哥白尼提出 哥白尼认为 地球不是宇宙的中心 而是一颗普通行星 太阳才是宇宙的中心 一年的周期是地球每年绕太阳公转一周的反映 俺拦住了太阳 推动了地球 耶 太阳在宇宙中正坐在其宝座上 在这壮丽的神殿里 有谁能将这个发光体放在一个更好的位置上让它普照全宇宙 于是我们在这样的安排中找到了这个美妙世界的和谐 地心宇宙论棺木上最后一颗钉子被敲下了 哥白尼语录 第谷 布拉赫 天才观测家误差10 2 开普勒 真理超出希望 善于理论思考 致力于构建理论宇宙学 充分利用了第谷留下的遗产 大量天文观测数据 开始他也相信前辈们的观点 匀速圆周运动 发现 该模型与第谷的观测总有8 的误差 问题 第谷观测有误还是模型错了 匀速圆周运动的模型第一次受到了怀疑 十六年了 我终于走向光明 认识到的真理远超出我的热切期望 三 开普勒三定律 三 开普勒三定律 开普勒第一定律 轨道定律 所有行星分别在大小不同的椭圆轨道上绕太阳运动 太阳是在这些椭圆的其中一个焦点上 行星动态运行 3 开普勒三定律 开普勒第一定律 轨道定律 所有行星分别在大小不同的椭圆轨道上绕太阳运动 太阳是在这些椭圆的其中一个焦点上 行星轨道 开普勒第二定律 面积定律 太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积 即近日点速率最大 远日点速率最小 开普勒自发表了第一 二定律后 又过了十年 经过更加艰苦的努力 在数字的海洋里提炼出了联系各行星轨道的第三定律 3 开普勒三定律 开普勒第一定律 轨道定律 所有行星分别在大小不同的椭圆轨道上绕太阳运动 太阳是在这些椭圆的其中一个焦点上 开普勒第二定律 面积定律 太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积 即近日点速率最大 远日点速率最小 开普勒第三定律 周期定律 所有行星的椭圆轨道的半长轴的三次方跟公转周期的平方的比值都相等 即 r13 r23 t12 t22 k的大小与行星无关 只与太阳有关 或 r3 t2 k r3 t2 k 开普勒第三定律 周期定律 开普勒定律的得出为牛顿发现万有引力定律打下了坚实的基础 日心说取代地心说的重大历史意义 不仅仅是参考系的改变 人们的世界观发生了重大变化 宇宙中心在哪里 我曾测量天空 现在测量幽灵 灵魂飞向天国 肉体安息土中 开普勒自撰墓志铭 布鲁诺公开说 地球不是宇宙中心 太阳才是 1600年2月17日 他被宗教裁判所烧死在罗马的鲜花广场 为科学付出了生命的代价 在布鲁诺死后的289年后的1889年 罗马教皇不得不亲自出面 为布鲁诺平反并恢复名誉 承认日心说是正确的 并先后为伽利略等一批含冤逝世的科学家平反 这是真理的胜利 科学的胜利 是文艺复兴时期巨人的胜利 行星的运动学规律基本清楚了 那么是什么力来维持行星的椭圆运动呢 问题 欲知详情如何 咱们下回分解 课堂作业 书p334导学p749p758并完成余题 二 万有引力定律 把行星绕太阳运动看作匀速圆周运动 近似化 如果认为行星绕太阳做匀速圆周运动 那么 太阳对行星的引力f应为行星所受的向心力 即 f引 f向 mw2r mv2 r 因为 w 2 t v 2 r t 得 f引 m 2 r t 2 r 4 2mr t2 怎么办呢 如果认为行星绕太阳做匀速圆周运动 那么 太阳对行星的引力f应为行星所受的向心力 即 f引 f向 mw2r mv2 r 因为 w 2 t v 2 r t 得 f引 m 2 r t 2 r 4 2mr t2 根据开普勒第三定律 r3 t2是常数k 有 f引 4 2km r2 所以可以得出结论 太阳对行星的引力跟行星的质量成正比 跟行星到太阳的距离的二次方成反比 即 f m r2 f引 4 2mr t2 4 2 r3 t2 m r2 太阳对行星的引力 f引 跟行星的质量有关 f引与太阳质量有关吗 因为 f引 4 2km r2 k与太阳质量有关 那么究竟f引与太阳质量有什么关系呢 写成等式 f引 gmm r2 牛顿根据牛顿第三定律大胆的猜想 既然太阳对行星的引力与行星的质量成正比 也应该与太阳的质量成正比 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 f引 mm r2 实验检验 月 地 检验 已知月球绕地球的公转周期为27 3天 地球半径为6 37 106m 轨道半径为地球半径的60倍 月球绕地球的向心加速度 1 根据向心加速度公式 a 4 2r t2 2 71 10 3m s2 2 根据f引 gmm r2 因为 f引 mm r2 a 1 r2 a g 602 2 72 10 3m s2 万有引力定律 单位 质量 kg 距离 m g 是引力常数 其值为6 67259 10 11n m2 kg2 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 跟它们的距离的二次方成反比 为什么我们感觉不到旁边同学的引力呢 下面我们粗略的来计算一下两个质量为50kg 相距0 5m的人之间的引力 为什么说是粗略 让学生思考 f引 mm r2 写成等式 f引 gmm r2 g是常数 对于任何行星都相等的 牛顿还研究了月球绕地球的运动 发现它们间的引力跟太阳与行星间的引力遵循同样规律 牛顿在研究了许多物体间遵循规律的引力之后 进一步把这个规律推广到自然界中任何两个物体之间 于1687年正式发表了万有引力定律 牛顿根据牛顿第三定律大胆的猜想 既然太阳对行星的引力与行星的质量成正比 也应该与太阳的质量成正比 如两形状不规则的物体 如果物体的大小相对于l大小不能忽略时 它们的万有引力大小就不能用f引 gm1m2 l2求解 如果物体的大小相对于l大小可以忽略时 它们的万有引力大小就可以用f引 gm1m2 l2求解 如两质量分布均匀的球体 无论球体的大小相对于l大小不能忽略也好 可以忽略也罢 它们的万有引力大小都可以用f引 gm1m2 l2求解 我们人与人之间也一样存在万有引力 可是为什么我们感受不到呢 假设质量均为60千克的两位同学 相距1米 他们之间的相互作用的万有引力多大 f gm1m2 r2 6 67 10 11 60 60 12 2 4 10 7 n 2 4 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 那么太阳与地球之间的万有引力又是多大呢 已知 太阳的质量为m 2 0 1030kg 地球质量为m 5 8 1025kg