引力常量的测定-ppt课件

1、1金太阳教育金太阳教育5.1万有引力定律及引力常量的测定万有引力定律及引力常量的测定2古代人们以为天体做的是完美而又神圣的圆周古代人们以为天体做的是完美而又神圣的圆周运动，所以以为天体做这样的运动是无需什么动因运动，所以以为天体做这样的运动是无需什么动因的。的。开普勒时代的人不再有古人的那种认识，所以开普勒时代的人不再有古人的那种认识，所以这一时期人们对天体运动的动力学缘由进展了好多这一时期人们对天体运动的动力学缘由进展了好多种不同的解释。种不同的解释。 天体运动规律解释:伽利略以为，一切物体都有合并的趋势，正伽利略以为，一切物体都有合并的趋势，正是由于这种趋势导致了天体做圆周运动。是由于这种

2、趋势导致了天体做圆周运动。牛顿时代，科学家对天体运动的动力学解释有牛顿时代，科学家对天体运动的动力学解释有了更进一步的认识。如胡克与哈雷以为行星所以要了更进一步的认识。如胡克与哈雷以为行星所以要绕太阳运动是由于行星遭到了太阳对它的引力作用，绕太阳运动是由于行星遭到了太阳对它的引力作用，并且在圆形轨道的前提下证明了这个引力的大小跟并且在圆形轨道的前提下证明了这个引力的大小跟行星到太阳的间隔的二次方成反比。行星到太阳的间隔的二次方成反比。开普勒以为，行星绕太阳运动，一定是遭到开普勒以为，行星绕太阳运动，一定是遭到了来自太阳的类似于磁力的作用，在这种磁力作了来自太阳的类似于磁力的作用，在这种磁力作用

3、下的天体才得以做近似圆周的椭圆运动。用下的天体才得以做近似圆周的椭圆运动。笛卡尔以为，行星的运动是由于在行星的周笛卡尔以为，行星的运动是由于在行星的周围存在一种旋转物质围存在一种旋转物质(以太以太)作用在行星上，使得作用在行星上，使得行星绕太阳运动。行星绕太阳运动。3教学重点：教学重点： 开普勒三定律及万有引力定律的了解开普勒三定律及万有引力定律的了解难点：难点： 开普勒三定律及万有引力定律的运用开普勒三定律及万有引力定律的运用4开普勒第一定律开普勒第一定律 几何定律几何定律 一切的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在一切椭圆的一个焦点上。一、开普勒定律 思索：这一定律阐明了行星运动轨迹的

4、外形，思索：这一定律阐明了行星运动轨迹的外形，不同行星绕太阳运转时椭圆轨道一样吗？不同行星绕太阳运转时椭圆轨道一样吗？不同不同5开普勒第二定律开普勒第二定律 面积定律面积定律 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。 由在相等的时间内扫过的面积相等来说，各点的速由在相等的时间内扫过的面积相等来说，各点的速率并不一样，由近地点到远地点速率由大变小，由远地率并不一样，由近地点到远地点速率由大变小，由远地点到近地点，速率由小到大。点到近地点，速率由小到大。 思索：行星绕太阳运转时各点的速率一样吗？思索：行星绕太阳运转时各点的速率一样吗？6开普勒第三定律开普勒第三定律 周期定

5、律周期定律 一切行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的一切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。二次方的比值都相等。kTr23 思索：这一定律发现了一切行星的轨道的半长轴与思索：这一定律发现了一切行星的轨道的半长轴与公转半径之间的定量关系，但是比值公转半径之间的定量关系，但是比值k k是一个与行星无是一个与行星无关的常量，他能猜测出它能够跟谁有关吗？关的常量，他能猜测出它能够跟谁有关吗？ 根据开普勒第三定律知：一切行星绕太阳运动的半长轴根据开普勒第三定律知：一切行星绕太阳运动的半长轴的三次方跟公转周期的而次方的比值是一个常数的三次方跟公转周期的而次方的比值是一个常数k,k,

6、可以猜测，可以猜测，这个这个“k k一定与运动系统的物体有关，由于常数一定与运动系统的物体有关，由于常数k k对于一切行对于一切行星都一样，而各行星是不一样的，故跟行星无关，而在运动星都一样，而各行星是不一样的，故跟行星无关，而在运动系统中除了行星就是中心天体系统中除了行星就是中心天体太阳，故这一常数一定与中太阳，故这一常数一定与中心天体心天体太阳有关。太阳有关。7数学推导，总结规律数学推导，总结规律 22)2(TmrmrF根据圆周运动的知识可知，行星必然根据圆周运动的知识可知，行星必然遭到太阳的引力用来充任向心力遭到太阳的引力用来充任向心力223222144rTrmTrmF23TrK 开普勒

7、第三定律：2232)4(rmTrFxky科学推想，构成等式科学推想，构成等式 2rMmF 牛顿第三定律2rMmGF 实验验证，构成概念实验验证，构成概念 万有引力定律表达式G为万有引力常量建立模型，温故探新建立模型，温故探新 行星运动的椭圆轨道离心率很接近于行星运动的椭圆轨道离心率很接近于1 1，我们把它理想化为一个圆形轨道，我们把它理想化为一个圆形轨道比例系数比例系数G G于于100100多年后才被测定多年后才被测定(1687(16871798)1798)？8二、万有引力定律二、万有引力定律 内容：自然界中任何两个物体都是相互吸引的，引力的内容：自然界中任何两个物体都是相互吸引的，引力的大小

8、跟这两个物体的质量的乘积成正比，跟它们的间隔的二次大小跟这两个物体的质量的乘积成正比，跟它们的间隔的二次方成反比。方成反比。公式：221rmmGF 各物理量的含义: F牛顿牛顿N；m千克千克kgr r 的含义：较远时可视为质点的两个物体间的间隔；的含义：较远时可视为质点的两个物体间的间隔；较近时质量分布均匀的球体的球心间的间隔。其单位为：米较近时质量分布均匀的球体的球心间的间隔。其单位为：米(m)(m)22111067. 6kgmNG 万有引力恒量万有引力恒量 常见物体间的万有引力我们是难以觉得得到的。常见物体间的万有引力我们是难以觉得得到的。9221rmmGF 万有引力定律理 解 普遍性：任

9、何两个物体之间都存在引力大到天体小到微观普遍性：任何两个物体之间都存在引力大到天体小到微观粒子，它是自然界的物体间的根本相互作用之一粒子，它是自然界的物体间的根本相互作用之一 相互性：两个物体相互作用的引力是一对作用力与反作用力，相互性：两个物体相互作用的引力是一对作用力与反作用力，符合牛顿第三定律万有引力定律公式中的符合牛顿第三定律万有引力定律公式中的 r，其含义是两个，其含义是两个质点间的间隔。质点间的间隔。(3)宏观性：通常情况下，万有引力非常小，只需在质量宏大宏观性：通常情况下，万有引力非常小，只需在质量宏大的天体间或天体与物体间它的存在才有宏观的物理意义在微的天体间或天体与物体间它的

10、存在才有宏观的物理意义在微观世界中，粒子的质量都非常小，粒子间的万有引力很不显著，观世界中，粒子的质量都非常小，粒子间的万有引力很不显著，万有引力可以忽略不计万有引力可以忽略不计(5)重力是万有引力的分力。重力是万有引力的分力。4万有引力的特殊性：两物体间的万有引力只与他们本身的质量有关，与它们间的间隔有关，而与所在空间的性质无关，也与周围有无其他物体无关(质量是引力产生的缘由)。 10万有引力定律重要意义 是是1717世纪自然科学最伟大的成果之一。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一致它把地面上物体运动的规律和天体运动的规律一致同来，对以后物理学和天文学

11、的开展具有深远的影响。同来，对以后物理学和天文学的开展具有深远的影响。 它第一次提示了自然界中一种根本相互作用的规律，它第一次提示了自然界中一种根本相互作用的规律，在人类认识自然的历史上树立了一座里程碑。在人类认识自然的历史上树立了一座里程碑。 在科学文化开展史上起到了积极的推进作用，在科学文化开展史上起到了积极的推进作用，解放了人们的思想，给人们探求自然的奥妙建立了解放了人们的思想，给人们探求自然的奥妙建立了极大的自信心，人们有才干了解天地间的各种事物。极大的自信心，人们有才干了解天地间的各种事物。11圆周运动的知识开普勒运动定律牛顿第三定律主要思绪主要思绪 22232)4(rmrmTrF2

12、rmMGF 天 体的椭 圆运动恣意的两个物体间同样适用于2rmMGF 发明微积分进展数学论证 牛顿牛顿哈雷哈雷胡克胡克?12 一个物体在地球外表的重力与其质量的比值即地球外表的重力加速度为： ；2/8.9smg 假设把这个物体移到月球轨道的高度，所受重力与其质量的比值即那个地方的重力加速度应该很小，假设与月球的向心加速度之值相等。22321rTrTra21ra 所以，根据开普勒行星运动定律可以有如下推导：拓展探求：“月地检验13 牛顿又根据月球的周期和轨道半径，计算出了月球围绕地球做圆周运动的向心加速度为：232/1074. 2)2(smTra 两个结果非常接近。这一发现牛顿发现万有引力定律提

13、供了有力的论据，即地球对地面物体的引力与天体间的引力性质一样，遵照同一规律。 又因月心到地心的间隔为地球半径的60倍(当时已有可靠的天文观测数据)。232/1074. 2601smga因此有：14三、引力常量的测定三、引力常量的测定1686年牛顿发现万有引力定律后，曾经想象过几种测定引力常量的方法，却没有胜利.其间又有科学家进展引力常量的丈量也没有胜利.直到1789年，英国物理学家卡文迪许巧妙地利用了扭秤安装，第一次在实验室里对两个物体间的引力大小作了准确的丈量和计算，比较准确地测出了引力常量 15卡文迪许扭称的丈量方法 思索：思索：1、两个、两个1千克的物体间的万有引力很小，千克的物体间的万

14、有引力很小，它是如何处理的？它是如何处理的？ 2、力很小读数如何处理？、力很小读数如何处理？rFrFmmmm16rFrFmmmm 扭秤实验的物理思想和科学方法：扭秤安装把微小力扭秤实验的物理思想和科学方法：扭秤安装把微小力转变成力矩来反映，改动角度又经过光标的挪动来反转变成力矩来反映，改动角度又经过光标的挪动来反映从而确定物体间的万有引力映从而确定物体间的万有引力 17测定引力常量的重要意义测定引力常量的重要意义1证明了万有引力的存在证明了万有引力的存在2“开创了丈量弱力的新时代开创了丈量弱力的新时代 英国物理学家玻印廷语英国物理学家玻印廷语3使得万有引力定律有了真正的适用价值，可测定远离地球

15、的一些天体的质量、平均密度使得万有引力定律有了真正的适用价值，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外表的重力加速度可以测定地球的质量等如根据地球外表的重力加速度可以测定地球的质量18第一节 万有引力定律及引力常量的丈量 课堂小结向 心 力 公 式开普勒第三定律牛顿第三定律万有引力定律开普勒定律22232223222224144)2(rMmFrmTrrTrmFTrmTmrmrF2rmMGF 万有引力定律详细内容内容：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。公式：221rmmGF 各物理量的含义 F牛顿牛顿N；m

16、千克千克kg r 的含义：较远时的含义：较远时 可可 视视 为为 质质 点点 的的 两两 个物体间的间隔；个物体间的间隔； 较近时质量分布均匀的球体的球心间的间隔。较近时质量分布均匀的球体的球心间的间隔。 其单位为：米其单位为：米(m)22111067. 6kgmNG 万有引力恒量万有引力恒量 万有引力定律理 解任何两个物体之间都存在引力。重力是万有引力的分力。重力是万有引力的分力。万有引力定律公式中的 r，其含义是两个质点间的间隔。物体由于有质量而产生引力(质量是引力产生的缘由)。万有引力定律重要意义是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一致同来，对以

17、后物理学和天文学的开展具有深远的影响。 它第一次提示了自然界中一种根本相互作用的规律，在人类认识自然的历史上树立了一座里程碑。在科学文化开展史上起到了积极的推进作用，解放了 人们的思想，给人们探求自然的奥妙建立了极大的信 心，人们有才干了解天地间的各种事物。建立模型，温故探新数学推导，总结规律科学推想，构成等式实验验证，构成概念引力常量的测定及意义1证明了万有引力的存在2“开创了丈量弱力的新时代 英国物理学家玻印廷语3使得万有引力定律有了真正的适用价值，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外表的重力加速度可以测定地球的质量19 两个大小一样的实心小铁球紧靠在一同时，它们之间的万

18、有引力为F。 假设两个半径为原来2倍的实心大铁球紧靠在一同，那么它们之间的万有 引力为： A、4FB、2FC、8FD、16F 要使两物体间的万有引力减小到原来的1/4，以下方法不可采用的是： A、使两物体的质量各减小一半，间隔不变； B、使其中一个物体的质量减小到原来的1/4，间隔不变； C、使两物体间的间隔增为原来的2倍，质量不变； D、间隔和质量都减为原来的1/4。 火星的半径是地球半径的一半，火星的质量约为地球质量的1/9；那 么地球外表50 kg的物体遭到地球的吸引力约是火星外表同质量的物 体遭到火星吸引力的倍。稳定练习D D2.25DFrmmGrmmGrmmGF41412212221

19、121221火地地火地地地地火火火地地地FFFFRmMGRmMGRmMGFRmMGF25.29494)()(22219122FrmmGrmmGFmrrmVMrMMGrmmGF16)2(464)22(888)2()22()2(223343342220 卡文迪许Henry Cavendish英国物理学家和化学家。1731年10月10日生于法国尼斯。1749年考入剑桥大学，1753年尚未毕业就去巴黎留学。后回伦敦定居，在他父亲的实验室中做了许多电学和化学方面的研讨任务。1760年被选为英国皇家学会会员。1803年中选为法国科学院外国院土。卡文迪许毕生努力于科学研讨，从现实验研讨达50年之久，性格孤僻，很少与外界来往。卡文