高中物理 3.1《万有引力定律》学案 粤教版必修2

1 万有引力定律万有引力定律 学习目标学习目标 1 了解地心说 托勒密 和日心说 哥白尼 2 了解开普勒对行星运动的描述 3 初步掌握万有引力定律 学习重点学习重点 1 地心说 托勒密 和日心说 哥白尼 2 开普勒三大定律 3 万有引力定律 学习难点学习难点 1 有关开普勒三大定律的理解和认识 2 万有引力定律 主要内容主要内容 一 天体究竟做怎样的运动一 天体究竟做怎样的运动 一 地心说和日心说 一 地心说和日心说 l 地心说 在古代 以希腊亚里士多德为代表 认为地球是宇宙的中心 其它天体则以地球为中心 在不停地运动 这种观点 就是 地心说 公元二世纪 天文学家托勒密 把当时天文学知识总结成 宇宙的地心体系 发展完善了 地心说 描绘了一个复杂的天体运动图象 2 日心说 随着天文观测不断进步 地心说 暴露出许多问题 逐渐被波兰天文学家哥白尼提 出的 日心说 所取代 波兰天文学家哥白尼经过近四年的观测和计算 于 1543 年出版了 天体运行 论 正式提出 日心说 日心说 认为 太阳不动 处于宇宙的中心 地球和其它行星公转还同 时自转 日心说 对天体的描述大为简化 同时打破了过去认 为其它天体和地球截然有别的界限 是一项真正的科学 革命 这种学说和宗教的主张是相反的 为宣传和捍卫 这个学说 意大利学者布鲁诺被宗教裁判所活活烧死 伽利略受到残 酷的迫害 后人把历史上这桩勇敢的壮举 形容为 哥白尼拦住了太阳 推动了地球 二 开二 开普勒行星运动三大定律普勒行星运动三大定律 十七世纪 德国人开普勒在 日心说 的基础上 整理了他的老师 丹麦人第谷 20 多年观测行星运 动的数据后 经过四年艰苦计算 总结了关于行星运动的三条规律 即 开普勒第一定律 开普勒第一定律 也叫椭圆轨道定律 它的具体内容是 所有行星分别 在大小不同的轨道上同绕太阳运动 人阳在这些椭圆的一个焦点上 他 当时算出 火星的偏心率为 0 093 是当时所知的在太阳系内最大的 因此椭圆轨道最为明显 他的这条定律否定了行星轨道为圆形的理论 开普勒第二定律 开普勒第二定律 对任意行星来说 他与太阳的连线在相等的时间内扫过相等的面积 2 开普勒第三定律 开普勒第三定律 行星绕太阳运动轨道半长轴的立方与运动周期的平方成正比 三 万有引力定律三 万有引力定律 开普勒的行星运动规律只是对行星如何绕太阳运动作了确切的描述 并没有说明是什么原因 使它们在各自的轨道上运动 科学家提出各种猜想 开普勒开普勒 行星的运动是由于太阳磁力吸引的缘故 磁力与磁矩成反比 伽利略 伽利略 行星的运动与地面物体的运动遵从不同的规律 行星的运动是惯性自行维持的 笛卡尔 笛卡尔 宇宙有不停旋转着的微粒组成的 微粒的运动形成漩涡 太阳和行星在各自的漩涡 中心 行星漩涡带动卫星的运动 太阳的漩涡带动卫星和行星一起运动 在前人的基础上 经一系列想象 假说 理想实验 类比 归纳 牛顿终于发现了万有引力 在前人的基础上 经一系列想象 假说 理想实验 类比 归纳 牛顿终于发现了万有引力 并经过严密的推算和实践的检验 于并经过严密的推算和实践的检验 于 1 1687687 年在其出版的年在其出版的 自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理 一书中 正式一书中 正式 提出了万有引力定律 提出了万有引力定律 1 内容 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 2 公式 2 21 r mm GF 3 引力常量 G 适用于任何两个物体 它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 引力常量的标准值为 G 6 67259 10 11N m2 kg2 通常取 G 6 67 10 11N m2 kg2 4 重大意义 万有引力定律的发现 是 17 世纪自然科学最伟大的成果之一 它把地面上物 体运动的规律和天体运动的规律统一了起来 对以后物理学和天文学的发展具有深远的影 响 它第一次揭示了自然界中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 讨论与交流讨论与交流 1 如果有一天万有引力突然消失 世界将发生什么变化 对你生活产生什么影响 2 万有引力定律指出 任何物体间都存在引力 为什么当两个人靠近时并没有吸引到一起 请 估算一下你与同桌之间的万有引力 卡文迪许扭秤 3 阅读材料 万有引力定律由来阅读材料 万有引力定律由来 并普勒定律说明了行星运动的规律 很自然地会产生 这样一个问题 什么原因使行星沿着椭圆轨道运动 怎样的 力使行星运动遵从第二定律和第三定律呢 开普勒认为应该 有某种原因存在着 他并且正确地指出太阳和行星会象磁 铁一样互相吸引 他还认为这种作用和距离的一次方成反 比 但在那个时候 科学还没发达到彻底解决这个问题的 水平 因此开普勒的这些深刻的思想不能得到进一步发展 此后半个世纪经过包括牛顿本人在内 的许多科学家如伽利略 惠更斯 虎克等人的努力 力学才得到充分的发展 牛顿集前人之大成 建立了运动公理 牛顿根据这些力学公理和力的合成法则 并应用他所创立的微积分数学方程推 出了支配行星运动的力的性质 1665 到 1666 年间牛顿发现 如某行星作匀速圆属运动 根据开普 勒第三定律 太阳对行星的引力与行星轨道半径的平方成反比 1679 年牛顿使用严格的数学方法 论证了如果轨道是椭圆而又遵循开普勤三定律的话 引力仍然是