太阳与行星间的引力(示范课)

1、开普勒行星运动定律开普勒行星运动定律:v开普勒第一定律开普勒第一定律轨道定律轨道定律 所有行星都分别在大小不同的椭圆轨道上所有行星都分别在大小不同的椭圆轨道上围绕太阳运动，太阳是在这些椭圆的焦点上围绕太阳运动，太阳是在这些椭圆的焦点上v开普勒第三定律开普勒第三定律周期定律周期定律 所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公 转转周期的二次方的比值都相等周期的二次方的比值都相等23TRk 开普勒行星运动定律开普勒行星运动定律:v开普勒第一定律开普勒第一定律轨道定律轨道定律 所有行星都分别在大小不同的椭圆轨道上所有行星都分别在大小不同的椭圆轨道上围绕太阳运动，太阳是在这些

2、椭圆的焦点上围绕太阳运动，太阳是在这些椭圆的焦点上v开普勒第二定律开普勒第二定律面积定律面积定律 对每个行星来说，太阳对每个行星来说，太阳和行星的连线在相等的时间和行星的连线在相等的时间扫过相等的面积扫过相等的面积 行星行星为什么为什么绕太阳做椭绕太阳做椭圆运动圆运动?17世纪前世纪前:行星理所应当的做这种完美的圆周运动行星理所应当的做这种完美的圆周运动伽利略伽利略:一切物体都有合并的趋势，这种趋势导致一切物体都有合并的趋势，这种趋势导致( 年月年月 ) 物体做圆周运动。物体做圆周运动。开普勒开普勒:受到了来自太阳的类似于磁力的作用。受到了来自太阳的类似于磁力的作用。笛卡儿笛卡儿:在行星的周围

3、有旋转的物质作用在行星上，在行星的周围有旋转的物质作用在行星上， 使得行星绕太阳运动。使得行星绕太阳运动。胡克、哈雷等胡克、哈雷等:受到了太阳对它的引力，证明了如受到了太阳对它的引力，证明了如 果行星的轨道是圆形的，其所受的引力果行星的轨道是圆形的，其所受的引力 大小跟行星到太阳的距离的二次方成大小跟行星到太阳的距离的二次方成 反比。反比。牛顿：牛顿：牛顿站在这些巨人的肩膀上牛顿站在这些巨人的肩膀上,思维向更高处延伸思维向更高处延伸:1.基于前人对惯性的研究基于前人对惯性的研究,他开始思考他开始思考“物体怎样物体怎样 才不沿直线运动才不沿直线运动”2.使行星沿圆或椭圆运动，需指向圆心或椭圆焦使

4、行星沿圆或椭圆运动，需指向圆心或椭圆焦 点的力，这个力应该是太阳对行星的引力点的力，这个力应该是太阳对行星的引力3.牛顿利用他的运动定律把行星的向心加速度与牛顿利用他的运动定律把行星的向心加速度与太阳对行星的引力联系起来太阳对行星的引力联系起来沿着沿着牛顿牛顿的思维的思维“足迹足迹”F太阳太阳行星行星沿着沿着牛顿牛顿的思维的思维“足迹足迹”FF行星行星太阳太阳1 1、牛顿是、牛顿是怎样得出怎样得出太阳和行星间的引力公太阳和行星间的引力公式的？式的？回顾课堂回顾课堂,思考问题思考问题:v 力是改变物体运动状态的原因力是改变物体运动状态的原因v 行星绕太阳运动的椭圆轨道近似地认为行星绕太阳运动的椭

5、圆轨道近似地认为是圆形轨道是圆形轨道 v 在匀速圆周运动中在匀速圆周运动中, , 应用动力学规律应用动力学规律. .v 应用开普勒第三定律应用开普勒第三定律v 应用牛顿第三定律应用牛顿第三定律牛顿的分析思路：牛顿的分析思路：2 2、如果要验证太阳与行星间的引力规律是如果要验证太阳与行星间的引力规律是 否适用于行星与它的卫星，我们需要观测否适用于行星与它的卫星，我们需要观测这些卫星运动的哪些数据？观测前你对这这些卫星运动的哪些数据？观测前你对这些数据的规律有什么假设？些数据的规律有什么假设？回顾课堂回顾课堂,思考问题思考问题:阅读材料阅读材料1： 在在16651665年，具有高明的数学才能的牛顿

6、，根据自己独年，具有高明的数学才能的牛顿，根据自己独特的思路推导得出了含糊不清的行星绕太阳做圆周运动时，特的思路推导得出了含糊不清的行星绕太阳做圆周运动时，太阳对行星的引力与距离平方成反比的数学关系式，但没太阳对行星的引力与距离平方成反比的数学关系式，但没有弄清圆周运动一定需要这种力，也没有推导得出了行星有弄清圆周运动一定需要这种力，也没有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，更没有认识到引力的普遍性。在成反比的数学关系式，更没有认识到引力的普遍性。在16791679年，牛顿在与胡克等人的交流中，逐

7、渐清楚圆周运动年，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，并在自一定需要太阳对行星的与距离平方成反比的引力，并在自己创立的微积分的基础上，推导得出了行星绕太阳做椭圆己创立的微积分的基础上，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，但还没有认识到引力的普遍性。在关系式，但还没有认识到引力的普遍性。在16871687年，在哈年，在哈雷的鼓励和资助下，发表了传世之作雷的鼓励和资助下，发表了传世之作自然哲学的数自然哲学的数学原理学原理，终于领悟了万有引力的真谛，终于领悟了万有引力的真谛，把地面上的力学和天上的力学统一在一起，把地面上的力学和天上的力学统一在一起，形成了以牛顿三大运动定律为基础的经典形成了以牛顿三大运动定律为基础的经典力学体系。力学体系。 阅读材料阅读材料2： 著名物理学家杨振宁曾赞颂道：