第1节 万有引力定律及引力常量的测定.ppt

1、第1节 万有引力定律及引力常量的测定,第5章 万有引力定律及其应用,1.了解开普勒关于行星运行的三个定律及其发现历程.,2.理解万有引力及引力常量的测定，理解地面上物体受到的重力与天体间的引力是同一性质的力，能够应用万有引力定律解决天体问题.,3.通过了解人类探索太空历程的历史，认识科学研究的艰辛，感受科学家孜孜不倦的科学精神，树立科学严谨的学习态度.,天问 遂古之初,谁传道之? 上下未形,何由考之? 夜光何德,死则又育? 厥利维何,而顾菟在腹? ,导入：从嫦娥奔月到“阿波罗”上天,空间探索之月球之旅,1957年10月4日，前苏联第一颗人造卫星上天，拉开了人类航天时代的序幕.前苏联宇航员加加林

2、，于1961年4月12日，乘坐前苏联“东方号”飞船，环绕地球飞行了一圈，历时近两个小时，成为第一位进入太空的人.之后人类在探索宇宙空间的道路上，留下了许多光辉的足迹，积累了丰富的经验.,加加林,月球是距离地球最近的天体(约38万公里)，是人类进行太空探险的第一站.前苏联1959年发射的月球2号探测器在月球着陆，这是人类的航天器第一次到达地球以外的天体.同年10月，月球3号飞越月球，发回第一批月球背面的照片. 1970年发射的月球16号着陆于丰富海，把100克月球土壤送回了地球.,美国的“徘徊者”3-5号月球探测器,“勘测者”月球探测器,美国发射的月球轨道器,“阿波罗”11号的登月舱,“阿波罗”

3、宇宙飞船的登月舱正向月球表面缓缓降落,“阿波罗”11号宇航员阿尔德林在月球表面,宇航员阿尔德林在美国国旗旁留影,“阿波罗”15号的月球车,“阿波罗”11号宇航员阿尔德林迈出登月舱,太阳系模型,开普勒三大定律,开普勒(1571-1630)是德国近代著名的天文学家、数学家、物理学家和哲学家,所有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.,开普勒第一定律：,开普勒第二定律： 太阳和任何一个行星的连线（矢径）在相等的时间内扫过的面积相等.,S1,S2,开普勒第三定律：,r：半长轴 T：公转周期,行星绕太阳运行轨道半长轴r的立方与其公转周期T的平方成正比.,例1：关于行星绕太阳运动的下列

4、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,练习1：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的三次方的比值为常数， 设T2/r3= 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速度有关,A,牛顿在前人研究成果的基础上，凭借他超凡的数学能力发现了万有引力定律，比较完美的给出了天体的运动规律.,万有引力定律,自然界中任何

5、两个物体都是相互吸引的，引力的方向沿两物体的连线，引力的大小F与这两个物体的质量的乘积m1m2成正比，跟它们的距离r的平方成反比.,定律内容,表达式,其中：m1、m2是两个物体的质量,r是两个物体间的距离,适用条件：相距很远可看做质点的两个物体,例2.下面我们粗略地来计算一下两个质量为50kg，相距0.5m的质点之间的引力.,答案：,1687年，牛顿发表了万有引力定律，只提出引力与两个物体质量和两者之间距离有关，却没能给出准确的引力常量，如何准确测量引力常量成为物理界普遍关心的重大课题.,其实，引力常量是很小很小的，平时见到的物体的质量又不大，引力比较微小.例如两个质量各为50kg的同学，相距

6、0.5m时，他们之间的万有引力只有几百粒尘埃那么重.正因为如此，引力常量的测定是非常困难的.,所以这个问题悬疑了一百多年，直至1789年，卡文迪许利用扭秤实验成功测出了引力常量.,引力常量的测定及其意义,引力常量的测量扭秤实验 实验原理： 科学方法放大法,卡文迪许,英国物理学家卡文迪许运用正确实验方法和思路，巧妙利用力矩平衡条件和微量放大法设计出扭秤，终于精确测出两个铅球之间微小的引力，从而证明万有引力定律的正确性，由此得到当时精确度很高的引力常数G=6.7510-11m3/(kg.s2).,称量地球的质量,1.月球实际轨道是什么形状？为了解决问题方便，我们通常可以认为月球做什么运动？,2.月

7、球做圆周运动的向心力是由什么力来提供的？,通常可以认为月球绕地球做匀速圆周运动,月球做圆周运动的向心力是由地球对月球的万有引力来提供的,思考,月球公转角速度 不能 直接测出,但我们知道月球 公转的周期 .,月球做圆周运动的向心力是由地球对月球的万有引力来提供的,月球绕地球运行的周期T=27.3天， 月球与地球的平均距离r=3.84108m,M=5.981024kg,该表达式与月球（环行天体）质量m有没有关系？,思考,总结推广,求解思路：,环行天体的向心力仅由中心天体对其的万有引力来提供,具体方法：,特点：,须知道待求天体（M）的某一环行天体的运行规律，且与环行天体的质量（m）无关.,例3：如果

8、某恒星有一颗卫星沿非常靠近此恒星的表面做匀 速圆周运动的周期为T，则可估算此恒星的密度为多少?,【解析】设此恒星的半径为R，质量为M，由于卫星做匀速圆周运动，则有 ，所以， 而恒星的体积 ，所以恒星的密度,答案：,1.利用下列哪组数据可以计算出地球的质量（ ） A.已知地球的半径r和地球表面的重力加速度g B.已知卫星围绕地球运动的轨道半径r和周期T C.已知卫星围绕地球运动的轨道半径r和角速度 D.已知卫星围绕地球运动的线速度v和周期T,ABCD,2.太阳系中地球围绕太阳运行的线速度v=30km/s，地球公转半径是R=1.5108km，求太阳的质量等于多少？,答案：21030kg,3.（2012淄博高一检测）2008年9月25日，载人航天宇宙飞船“神舟七号”发射成功，且中国人成功实现了太空行走，并顺利返回地面的梦想设飞船在太空环绕时轨道高度为h，地球半径为R，地面重力加速度为g，飞船绕地球遨游太空的总时间为t，则“神舟七号”飞船绕地球