万有引力定律及引力常量的测定.ppt

万有引力定律及引力常量的测定 第一节万有引力定律及引力常量的测定 一 天体究竟做怎样的运动 地心说 和 日心说 1 地心说 托勒密 90 168 claudiuspeolemy 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 第一节万有引力定律及引力常量的测定 托勒密认为 行星p在以c点为中心的轨道上做匀速圆周运动的同时 圆心c点也沿圆轨道相对于离地球不远的q点做匀速圆周运动 这两种运动的复合 构成了行星的运动 地心说 行星运行图 地心说 认为地球是宇宙的中心 地球是静止不动 太阳 月亮及其他行星都绕地球运动 代表人物是古希腊学者托勒密 地心说 第一节万有引力定律及引力常量的测定 哥白尼 1473 1543 波兰天文学家 他在1510年写成的 浅说 初稿中指出 太阳是宇宙的中心体 地球与行星都绕太阳运动 只有月亮才绕地球运动 1530年终于完成了日心说的建立工作 于1543年3月 天体运动学 书名出版 否定了在西方统治1千多年的地心说 第一节万有引力定律及引力常量的测定 2 日心说 哥白尼 1473 1543 nicolauscopernicus 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 第一节万有引力定律及引力常量的测定 第一节万有引力定律及引力常量的测定 日心说 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 日心说 行星运行图 日心说 认为太阳是宇宙的中心 地球 月亮及其他行星都在绕太阳运动 代表人物波兰天文学家是哥白尼 日心说 第一节万有引力定律及引力常量的测定 日心说 所以能够战胜 地心说 是因为好多 地心说 不能解析的现象 日心说 则能说明 也就是说 日心说 比 地心说 更科学 更接近事实 例如 若地球不动 昼夜交替是太阳绕地球运动形成的 那么 每天的情况就应相同的 而事实上 每天白天的长短不同 冷暖不同 而 日心说 则能说明这种情况 白昼是地球自转形成的 而四季是地球绕太阳公转形成的 第一节万有引力定律及引力常量的测定 二 人们对行星运动的研究 1 古人把天体运动看得十分神圣 他们认为天体的运动不同于地面上物体的运动 天体做的是最完美 最和谐的匀速圆周运动 2 开普勒的导师第谷 丹麦伟大的天文学家他对天体运动的看法与其他古人一样 也认为天体在做匀速圆周运动 并对行星的运动做了长达20多年的观察 记录了大量的数据 既然行星是绕太阳运动的 那么行星是做什么样的运动呢 3 开普勒是第谷的学生 第谷去世后他继承了第谷的工作 他接受日心说观点 并对第谷记录的数据进行了长时间的大量的数学运算 总结出了太阳行星的运动规律 发表了著名的开普勒三定律 第一节万有引力定律及引力常量的测定 丹麦天文学家 精于观测 1572年 他观测到仙后座出现了一颗过去从来没见过的亮星 1601年 第谷临终前 把自己毕生对火星的观测资料全部留给了开普勒 委托他进行整理研究 第谷 丹麦 仙后座的新星爆发 第一节万有引力定律及引力常量的测定 开普勒 德国 在天文学史上 开普勒享有 天空立法者 的盛誉 开普勒观念的基础是日心说 1609年和1619年发表了行星运动的三个定律 第一节万有引力定律及引力常量的测定 三 开普勒三定律 开普勒 开普勒第一定律 所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆 太阳处在所有椭圆的一个焦点上 第一节万有引力定律及引力常量的测定 1 所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆 太阳处在所有椭圆的一个焦点上 开普勒第一定律 第一节万有引力定律及引力常量的测定 开普勒 开普勒第二定律 对于每一个行星而言 太阳和行星的联线在相等的时间内扫过相等的面积 第一节万有引力定律及引力常量的测定 2 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 开普勒第二定律 用公式表示为 sab scd sek 由此可见 行星在远日点a的速率最小 在近日点b的速率最大 第一节万有引力定律及引力常量的测定 开普勒 开普勒第三定律 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 第一节万有引力定律及引力常量的测定 3 所有行星的椭圆轨道的长半轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等 开普勒第三定律 r 其中r是椭圆轨道的长半轴 t是行星绕太阳公转的周期 k是一个与行星无关的常量 第一节万有引力定律及引力常量的测定 巩固练习 太阳系中的九大行星均在各自的轨道上绕太阳运动 若设它们的轨道为圆形 若有两颗行星的轨道半径比为r1 r2 2 1 他们的质量比为m1 m2 4 1 求它们绕太阳运动的周期比t1 t2 解 即 第一节万有引力定律及引力常量的测定 二 万有引力定律的发现 1 科学家对行星运动原因的各种猜想 2 牛顿总结了地球对地面上的物体的引力 太阳对行星的引力 以及行星对卫星的引力 都遵守相同的规律 是同一性质的力 牛顿把这种引力规律做了推广 在1687年发表了万有引力定律 3 万有引力定律内容 任何两个物体都是相互吸引的 引力的大小与两个物体的乘积成正比 与他们的距离的平方成反比 其数学表达式为 第一节万有引力定律及引力常量的测定 万有引力定律 说明 1 m1和m2表示两个物体的质量 r表示他们的距离 2 g为引力常数 g 6 67 10 11n m2 kg2g的物理意义 两质量各为1kg的物体相距1m时万有引力的大小 说明 万有引力定律的 普遍性 相互性 宏观性 特殊性 适用条件 注意 万有引力公式适用于可视为质点的物体 r 质点间的距离 球心距 第一节万有引力定律及引力常量的测定 引力常数的测定 卡文迪许扭秤 g 6 67 10 11n m2 kg2 第一节万有引力定律及引力常量的测定 引力常量的物理意义 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 万有引力定律的适用条件 适用于两个质点或者两个均匀球体之间的相互作用 两物体为均匀球体时 r为两球心间的距离 万有引力定律发现的重要意义 万有引力定律的发现 对物理学 天文学的发展具有深远的影响 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 在科学文化发展上起到了积极的推动作用 解放了人们的思想 给人们探索自然的奥秘建立了极大的信心 人们有能力理解天地间的各种事物 第一节万有引力定律及引力常量的测定 几种引力的比较 第一节万有引力定律及引力常量的测定 例题 如图所示 在距一个质量为m 半径为r 密度均匀的球体表面r处 有一个质量为m的质点 此时m对m的万有引力为f1 当从m中挖去如图所示半径为r 2的球体时 剩