物理太阳与行星间的引力.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,对每个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间扫过相等的面积;,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公转周期的二次方的比值都相等.,问题提出,行星为什么绕太阳如此和谐而又有规律地做椭圆运动呢？,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。,科学足迹,科学足迹,牛顿(16431727)英国著名的物理学家,追寻牛顿的足迹当年牛顿在前人研究的基础上，也经过类似的思考，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。,建立模型,问题1：行星的实际运动是椭圆运动，但我们还不了解椭圆运动规律，那应该怎么办？能否把它简化成什么运动呢？,八大行星轨道数据表,d太阳=1.39106km,建立模型,问题2：既然把行星绕太阳的运动简化为圆周运动。那么行星绕太阳运动可看成匀速圆周运动还是变速圆周运动呢？为什么？,问题3:行星绕太阳做匀速圆周运动需要向心力，那什么力来提供做向心力？这个力的方向怎么样？,建立模型,问题4：太阳对行星的引力提供向心力，那这个力大小有什么样定量关系？,科学探究,行星运行速度v容易观测？怎么办？,科学探究,关系式中m是受力天体还是施力天体的质量？,探究1:太阳对行星的引力F,太阳对行星的引力跟受力星体的质量成正比，与行星、太阳距离的二次方成反比.,问题5：既然太阳对行星有引力，那么行星对太阳有无引力？它有怎么样的定量关系呢？,科学探究,探究2:行星对太阳的引力F,太阳对行星的引力跟受力星体的质量成正比，与行星、太阳距离的二次方成反比.,科学探究,探究3:太阳与行星间的引力F,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。,太阳与行星间的引力：,G是一个常量，对任何行星都是相同的,至此，牛顿一直是在已有的观测结果和理论引导下进行推测和分析，观测结果仅对“行星绕太阳运动”成立，这还不是万有引力定律。,在1665年，具有高明的数学才能的牛顿，根据自己独特的思维推导得出：太阳对行星的引力与距离平方成反比。但没有弄清这个引力就是提供圆周运动所需要向心力，也没有推导得出行星绕太阳做椭圆运动时，太阳对行星的引力也存在距离平方成反比。在1679年，牛顿在与胡克等人的交流中，逐渐清楚圆周运动一定需要太阳对行星的与距离平方成反比的引力，并应用微积分，推导得出了行星绕太阳做椭圆运动时，太阳对行星的引力也存在距离平方成反比的数学关系式。,阅读材料,科学有险阻，攻艰莫畏难。,1、下列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,随堂练习,A,2、两个行星的质量分别为m1和m2，绕太阳运行的轨道半径分别是r1和r2，若它们只受太阳引力的作用，那么这两个行星的向心加速度之比为（）A1B.C.D.,随堂练习,D,3下面关于行星绕太阳旋转的说法中正确的是（）A.离太阳越近的行星周期越大B.离太阳越远的行星周期越大C.离太阳越近的行星的向心加速度越大D.离太阳越近的行星受到太阳的引力越大,随堂练习,BC,4一群小行星在同一圆轨道上绕太阳旋转，这些小行星具有（）A.相同的速率B.相同的加速度C.相同的运转周期D.相同的角速度,随堂练习,ACD,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,思考与讨论,2.地球的实际运动为椭圆,那么,在近日点A，行星所受太阳的引力比它转动所需要的向心力大还是小？远日点B呢？,A,B,思考与讨论,3、请你运用已有知识，分析开普勒第二定律所描述的，地球在椭圆轨道上运动经过A、B两个位置时，运动快慢变化的原因。,讨论：结论是否适用于其他天体之间？如地球与月球之间,课后作业：1.认真体会引力公式的推导过程2.预习万有引力定律3.课本39页（3）4.课时作业,设想,1.既然是行星与太阳之间的力使得行星不能飞离太阳，那么，地球与太阳之间的吸引力会不会与地球吸引苹果的力是同一种性质力呢?2.即使在最高的建筑物上和最高的山顶上，都不会发现重力有明显的减弱，那么，这个力会不会延伸作用到月球上且拉住月球围绕地球运动呢？这个力，与拉着苹果下落的力，以及地球、众行星与太阳之间的作用力是否是同一种性质力，遵循相同的规律呢?,3万有引力定律,月球到地心的距离是地面上物体到地心距离(地球半径)的60倍。假设月球受到地球的引力与地面上物体受到的力是同一种性质力，就有引力的大小与距离的二次方成反比，那么月球的向心加速度应该是地面上物体重力加速度g的1/602。,一月地检验,月球绕地球的公转周期27.3天，轨道半径3.84105km，地球表面的物体受到地球的引力可近似认为等于物体的重力，物体的重力加速度为9.8m/s2.地球的半径为月球绕地球运转半径的.,牛顿根据月球的周期和轨道半径，计算了月球围绕地球做圆周运动的向心加速度为：a=42r/T2=2.7410-3m/s2。地球表面的重力加速度g=9.8m/s2a=9.8/602=2.2710-3m/s2.两者十分接近，为牛顿的假想提供了有力的事实根据这就是著名的月地检验数据表明，地面物体所受地球的引力，与月球所受地球的引力，真的是同一种力。,既然行星与太阳之间、地球与月球之间，以及地球与地面物体之间具有“与两个物体质量成正比，与它们的距离的二次方成反比”的吸引力。于是我们可以大胆地把以上结论推广到宇宙的一切物体之间。,大胆推广,2、表达式：,1、内容：自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的大小跟这两个物体的质量m1和m2的乘积成正比，跟它们的距离r的二次方成反比。,二万有引力定律,严格地说，万有引力定律只适用于质点间的相互作用两个质量分布均匀的球体间相互作用，也可用本定律来计算，r是两个球体球心间的距离一个均匀球体与球外一个质点的万有引力也适用，其中r为球心到质点间的距离两个物体间距离远大于物体本身大小时，公式也近似适用，其中r为两物体质心间的距离,3、万有引力定律的适应条件,牛顿发现了万有引力，但却无法算出两个天体之间万有引力的大小，因为他不知道引力常量G的值。一百多年以后，英国物理学家卡文迪许在实验室里通过几个铅球之间万有引力的测量，比较准确地得出了G的数值。标准值为G=6.6725910-11Nm2/kg2.通常取G=6.6710-11Nm2/kg2.引力常量是自然界中少数几个最重要的物理常量之一。,三引力常量,对万有引力定律的理解,(1)普遍性它存在于宇宙中任何有质量的物体之间，不管它们之间是否还有其他作用力(2)宏观性质量巨大天体之间，万有引力起决定性作用(3)两物体间的引力，是一对作用力和反作用力(4)万有引力定律的发现，把地面上物体和天体的运动