第1节万有引力定律及引力常量的测定.ppt

仰望星空我仰望星空，它是那样寥廓而深遂；那无穷的真理，让我苦苦地求索、追随。我仰望星空，它是那样庄严而圣洁；那凛然的正义，让我充满热爱、感到敬畏。我仰望星空，它是那样自由而宁静；那博大的胸怀，让我的心灵栖息、依偎。我仰望星空，它是那样壮丽而光辉；那永恒的炽热，让我心中燃起希望的烈焰、响起春雷.-温家宝,仰望星空，星空璀璨，浩瀚宇宙令人神往！今天，嫦娥二号正在绕月环行，明天我们将实现嫦娥奔月的梦想。仰望星空，此时此刻的你想知道什么呢？,第五章万有引力定律及其应用,六盘水第一实验中学陈国毅,第一课行星运动的规律,地心说,托勒密90年168年,地心说,本轮,均轮,托勒密90年168年,日心说,哥白尼1473-1543,日心说的支持者布鲁诺15481600，文艺复兴时期意大利伟大的哲学家、科学家以及思想家。,伽利略1564-1642）他是近代实验科学的先驱者，是意大利文艺复兴后期伟大的天文学家、力学家、哲学家、物理学家、数学家。也是近代实验物理学的开拓者，被誉为“近代科学之父”。他是为维护真理而进行不屈不挠的战士。,思考：,1、为什么哥白尼要退出，而布鲁诺和伽利略有一个这样的结局？2、从现在来看“日心说”完全正确吗?“日心说”较之“地心说”有什么进步的地方？3、你从以上几位科学家身上学到了什么？,第谷（丹麦）15461601,1572年第谷观测到的超新星,月球上清晰的放射状第谷线,第谷在赫芬岛上始建的“观天堡”,开普勒,（德国天文学家）在第谷（开普勒的导师）的工作基础上，经过大量的计算，编制成鲁道夫星表，表中列出了1005颗恒星的位置。这个星表比其他星表要精确得多，因此直到十八世纪中叶，鲁道夫星表仍然被天文学家和航海家们视为珍宝，它的形式几乎没有改变地保留到今天，被称为“天上的立法者”。,开普勒三定律,所有的行星围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：,2.开普勒第二定律：太阳与任何一个行星的连线在相等的时间内扫过的面积相等。,3.开普勒第三定律：所有行星绕太阳运行轨道半长轴r的立方与其公转周期T的平方的比值都相等。,注意:R为长半轴，T为行星的公转周期。,F1,F2,动手作图,工具：白纸、细绳、透明胶、刻度尺,作法：,1.用透明胶将细绳两端固定在白纸上；,2.根据椭圆的偏心率用刻度尺测量两焦点的距离和绳的长度；,3.用笔尖绷紧绳子，使笔尖慢慢移动，画出偏心率不同的椭圆。,开普勒三定律,所有的行星围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）太阳与任何一个行星的连线在相等的时间内扫过的面积相等。,3.开普勒第三定律：（周期定律）所有行星绕太阳运行轨道半长轴r的立方与其公转周期T的平方的比值都相等。,注意:k的大小与行星无关，,只与中心天体有关。,谈谈本节课你的收获,、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,、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,3、有两颗行星环绕某恒星转动，它们的运动周期之比为27:1，则它们的轨道半径之比是：,A.1:27B.9:1C.27:1D.1:9,B,苹果落地的思考：万有引力定律的发现开普勒定律只是描述了行星如何绕太阳运动,但它没有说明是什么原因使它们在各自的轨道上运动。你们会认为是什么原因？,科学家们的猜想：1.开普勒：太阳磁力的吸引；2.伽利略：“惯性”自行的维持；3.笛卡尔：太阳的漩涡带动行星和卫星一起运动；4.胡克：太阳引力的缘故，并且力的大小与到太阳距离的平方成反比。,最后，牛顿发现了万有引力定律。,数学推导，总结规律,科学推想，形成等式,实验验证，形成概念,万有引力定律表达式G为万有引力常量,建立模型，温故探新,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。如果月球受到地球的引力与地面上物体受到的力是同一种力，也就是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。,月地检验,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。,二、万有引力定律,任何两天体（包括物体）之间的引力大小与两个天体质量的乘积成正比，与两天体距离的平方成反比。,1.m1、m2是两个物体的质量,2.r是两个物体间的距离：,说明：,均匀球体指球心间距离,对于相距很远可看做质点的物体，指质点间的距离,在均匀球体内部所受万有引力为零,3.G为常量，叫引力常量,（三）定律适用的条件,万有引力定律适用于计算质点间的引力,G=6.6710-11Nm2/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,讨论重力与万有引力,在地球表面或者地表附近，有时我们可以近似的认为：,在地球表面上高为地球半径处的重力加速度？,（四）万有引力定律发现的意义,1.第一次揭示了自然界中的一种基本相互作用规律2.使人们建立了信心：人们有能力理解天地间各种事物,三、引力常量的测定,1687年牛顿发现万有引力定律后，曾经设想过几种测定引力常量的方法，却没有成功.其间又有科学家进行引力常量的测量也没有成功.直到1798年，英国物理学家卡文迪许第一次在实验室里对两个物体间的引力大小作了精确的测量和计算，比较准确地测出了引力常量,卡文迪许（1731-1810）英国物理学家和化学家,1、卡文迪许的测量方法,思考：1、引力常量很小很难测量，卡文迪许用到什么装置？2、这个装置由哪些组成？它为什么能测得微小的力？,2、测定引力常量的重要意义,（1）证明了万有引力的存在（2）“开创了测量弱力的新时代”（英国物理学家玻印廷语）（3）使得万有引力定律有了真正的实用价值，可测定远离地球的一些天体的质量、平均密度等如根据地球表面的重力加速度可以测定地球的质量,【例1】地球和月球中心的距离大约是4108m，估算地球的质量,【解析】月球绕地球的运动可近似看成匀速圆周运动，月球绕地球一周大约是30天，其周期T=30s=2.66s，月球做圆周运动所需的向心力由地球对它的万有引力提供，即Gm月m地/r=m月(2/T)r,得:m地=42r3/(GT2)=43.14(410)/6.67-11(2.6106)=61024kg.,【例2】宇航员站在一星球表面上的某高处，以初速度v0沿水平方向抛出一个小球，经过时间t，球落到星球表面，小球落地时的速度大