鲁科版必修2万有引力定律及引力常量的测定 课件（40张）.ppt

人类认识地球及其运动的历史 人类认识地球及其运动的历史 盖天说 中国古代 盖天说是中国古代最早的一种宇宙结构学说 这一学说认为 天是圆形的 像一把张开的大伞覆盖在地上 地是方形的 像一个棋盘 日月星辰则像爬虫一样过往天空 因此这一学说又被称为 天圆地方说 浑天说 中国古代 浑天说认为 地球不是孤零零地悬在空中的 而是浮在水上 后来又有发展 认为地球浮在气中 因此有可能回旋浮动 这就是 地有四游 的朴素地动说的先河 浑天说认为全天恒星都布于一个 天球 上 而日月五星则附丽于 天球 上运行 这与现代天文学的天球概念十分接近 西方古代 亚里士多德公元前335年 地球是球形 是宇宙的中心 克罗狄斯 托勒密 约公元90年 168年 地心说 的集大成者 生于埃及 父母都是希腊人 古希腊天文学家 地理学家和光学家 托勒密地心体系 在当时的历史条件下 托勒密提出的行星体系学说 是具有进步意义的 首先 它肯定了大地是一个悬空着的没有支柱的球体 其次 地球不动的观点符合了当时的宗教信仰 他的地心说也直到一千多年后才被推翻 哥白尼 波兰天文学家 提出了日心说 并经过长年的观察和计算完成他的伟大著作 天球运行论 1533年 60岁的哥白尼在罗马做了一系列的讲演 但直到他临近古稀之年才终于决定将它出版 1543年5月24日去世的那一天才收到出版商寄来的一部他写的书 哥白尼的 日心说 沉重地打击了教会的宇宙观 他是欧洲文艺复兴时期的一位巨人 日心说的主要观点 1 地球是球形 2 地球是运动的 3 太阳是不动的 并且是宇宙的中心 4 地球围着太阳转 1548 1600 1564年2月25日 1642年1月8日 第五章第一节 万有引力定律及引力常量的测定 远古 人们就梦想能够飞出地球 去探索星空的秘密 导入 从嫦娥奔月到 阿波罗 上天 勘测者 月球探测器 美国发射的月球轨道器 阿波罗 11号的登月舱 阿波罗 11号宇航员阿尔德林在月球表面 宇航员阿尔德林在美国国旗旁留影 阿波罗 15号的月球车 阿波罗 11号宇航员阿尔德林迈出登月舱 阿波罗 17号的月球车在月球上行驶 环绕月球飞行的 月球勘探者 探测器 嫦娥一号 问题 人类登月的梦想终于实现 那么人类是如何实现这些梦想呢 一 行星运动的规律 开普勒三大定律1571 1630 所有的行星绕太阳运动的轨道都是椭圆 太阳位于椭圆的一个焦点上 1 开普勒第一定律 轨道定律 2 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的面积相等 思考 行星绕太阳运行时各点的速率相同吗 3 开普勒第三定律 周期定律 所有行星的轨道半长轴r的立方跟公转周期t的平方的比值成正比 r 半长轴t 公转周期 关于行星绕太阳运动的下列说法中正确的是 a 所有行星都在同一椭圆轨道上绕太阳运动 b 行星绕太阳运动时太阳位于行星轨道的中心处 c 离太阳越近的行星运动周期越长 d 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 d 想一想 为什么 行星绕恒星的运动轨道如果是圆形 那么运行周期t的平方与轨道半径r的三次方的比为常数 设t2 r3 k 则常数k的大小 a 只与恒星的质量有关b 与恒星的质量及行星的的质量有关c 只与行星的质量有关d 与恒星的质量及行星的的速度有关 小结 r3 t2 k 无论是对于不同行星绕太阳转还是对于不同卫星绕同一个行星转 都是合适的 只是k值不同 k与行星或卫星无关 仅与中心天体有关 a 行星为什么会如此运行呢 它们为什么既不会脱离太阳 又不会坠向太阳呢 二 万有引力定律 牛顿 1643年 格里历 1月4日 1727年3月31日 经过认真的思考 认为地面上物体的自由下落与天空中月亮围绕地球转动的道理是相同的 都是由于地球对它们有引力作用 为什么同时受重力作用 表现出的现象却是一个是苹果落地 一个是月亮围绕地球转动呢 月亮为什么不会象苹果那样落向地面呢 为了说明在重力作用下 为什么月亮不会落向地面而围绕地球做圆周运动 牛顿给我们做了一个理想实验来说明这一问题 牛顿的人造地球卫星草图 物体围绕地球做圆周运动和苹果落地一样也是物体受到重力的一种外在表现形式 牛顿总结了前人的研究成果 运用开普勒三大定律和他在力学 数学方面的研究成果 提出了万有引力定律 自然界中任何两个物体都是相互吸引的 引力的方向沿两物体的连线 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 1 内容 2 表达式 1 质量的单位用kg 距离的单位用m 力的单位用n 公式说明 均匀球体r指两球心间距离 2 对于相距很远可看做质点的物体 r指质点间的距离 3 g为引力常量 g 6 67 10 11n m2 kg2在数值上等于两个质量为1kg的物体相距1m时的相互作用力 例题 并排坐着的两个人 他们的质心相距0 5m 质量分别是50kg和75kg 请用万有引力定律来估算他们之间的引力 解 由估算可知 当两物体质量不够大时 相互的引力非常小 通常忽略不计 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 卡文迪许扭称的测量方法 思考 1 两个1千克的物体间的万有引力很小 它是如何解决的 2 力很小读数如何解决 扭秤实验的物理思想和科学方法 扭秤装置把微小力转变成力矩来反映 扭转角度又通过光标的移动来反映 从而确定物体间的万有引力 实验数据g值为6 67 10 11nm2 kg2g值的物理含义 两个质量为1kg的物体相距1m时 它们之间万有引力为6 67 10 11n 如何利用万有引力定律计算天体的质量和天体的密度 宇宙间一切物体都是相互吸引着的 通常两个物体间的万有引力非常微小 但在天体系统中 由于天体的质量均很大 万有引力就起着决定性的作用 此作用集中体现在如下两个方面 将物体在星球表面所受到的万有引力近似看作等于物体的重力 星球表面的加速度近似看作是由万有引力产生的 天体运动视为匀速圆周运动 万有引力起着向心力的作用 天体质量的计算 设m 是太阳的质量 m是某个行星的质量 r是它们之间的距离 t是行星绕太阳公转的周期 那么行星做匀速圆周运动所需向心力为 而行星运动的向心力是由万有引力提供的 所以