第1节万有引力定律及引力常量的测定

1、万有引力定律,苹果落地,思考与交流,太阳与行星间的引力使得行星不能飞离太阳；这种引力是否只存在于太阳和行星之间？这种引力是否是太阳和行星所独有的？ 你认为还有哪些物体间也存在着吸引力？,一：初探引力的本质。,月亮绕地球运行,一：初探引力的本质。,说一说,这些引力中有与太阳和行星间的引力是同一性质、遵循相同规律的力吗？地球对月球的引力与太阳对行星的引力是同一种性质的力吗？地球使地面上物体（如苹果）下落的重力与地球对月球的引力是同一种性质的力吗？你为什么这样认为。说一说支持的理由或反驳的证据。,一：初探引力的本质。,一：初探引力的本质。,地球对月球的引力,地球使苹果下落的力,猜想与假设：它们是同一

2、性质遵循相同规律的力。,伽利略想像：小球从斜面滚到水平面上假如没有摩擦，小球的运动状态会不变。从而纠正了一个沿续一千多年的错误。 爱因斯坦想像：假如一个人以光的速度跟着光跑，看到的自然现象会是怎样的导致狭义相对论的建立。,二：想像力是科学研究的设计师,爱因斯坦：想像力比知识更重要，因为知识是有限的，而想像力概括着世界上的一切，推动着进步，并是知识进化的源泉。严格地说，想像力是科学研究中的实在因素。,爱因斯坦(187911955) 美国著名的物理学家,二：想像力是科学研究的设计师,科学研究中的实验检验,假定设想成立,进行逻辑推理,可检测的结论,实验鉴定猜想,三：实验是检验真理的最终标准,假定月球

3、的向心力和地面上物体的重力与太阳吸引行星的力是同一种力，都遵循平方反比规律。我们向哪个方向进行逻辑推理才能推得“可检验的结论”呢？ 联想上节课的问题3，对你有什么启发！ 你能说一说检验的基本思路吗。,三：实验是检验真理的最终标准,问题思考,月球绕地球做圆周运动的向心力就是月地之间的引力,即:,又因为地球表面的物体所受重力近似等于地球对它的引力,即:,所以,三：实验是检验真理的最终标准,著名的牛顿月地检验,在牛顿时代已知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

4、地面上物体重力加速度g的1/602即,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/s2 计算结果为：,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。,以上引力的发生是以什么为特征的？ 引力的公式：对我们有什么启示吗？,四：再探引力本质,问题思考,引力是物体本身固有的属性！,四：再探引力本质,科学足迹,牛顿 (16431727) 英国著名的物理学家,在牛顿之前的众多物理学家都研究过引力的本质

5、，其中具代表性的笛卡尔学派认为有距离的物体间的作用力，必须通过中间介质（以太）来传递。而牛顿认为物体之间的引力有需要什么介质的帮助，吸引作用是物质本身固有的属性，就像磁力是磁铁的属性一样。,牛顿的工作的意义： 如果说我看的比别人更远，那是因为我站在巨人的肩膀上。,科学足迹,日本著名导演.艺术家黑泽明,牛顿工作的意义：对之后的科学家追求“统一.和谐”的原理有引导性的作用。开创了综合.概括，寻求统一的科学方法。现在追求“统一和谐”已成了科学和艺术的原动力。,黑泽明： 人心偏爱单纯与秩序，追求统一与和谐。,1、内容：自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的大小与物体的质量m1和m2的乘积成正比，与它们

6、之间距离r的二次方成反比。(1687年),2、公式：,引力常量：G=?,r为两质点（球心）间的距离。,五：万有引力定律,3.万有引力定律公式中距离的说明,(1)当两物体间的距离远大于每个物体的尺寸时，物体可以看成质点，r即为两质点间的距离。,(2)当两物体是质量均匀分布的球体时, 它们间的引力也可直接用公式计算, 但式中的r是指两球心间距离。,(3)当研究物体不能看成质点时，可以把物体分成无数个小部分每个小部分均视为质点，然后用微积分求解。此时r可为两物体质心间的距离,引力常量的测量卡文迪许扭称实验(1789年),卡文迪许,卡文迪许扭称,六：引力常量的测量,扭秤实验的测量结果,万有引力常量,1

7、、实验原理：力矩平衡，即引力矩=扭转力矩,2、科学方法：放大法,3、测定引力常量的意义,物理含义： 两个质量为1kg的物体相距1m时， 它们之间万有引力为6.6710-11 N,4、引力常量：G=6.671011 Nm2/kg2,两次放大及等效的思想 ： (1)扭秤装置把微小力转变成力矩来反映 (2)扭转角度(微小形变)通过光标的移动来反映,A、证明了万有引力的存在 B、开创了测量弱力的新时代 C、使得万有引力定律有了真正的实用价值,(卡文迪许被称为能称出地球质量的人),卡文迪许在测 G值时巧妙在哪里？ 引力常量的测定有何实际意义？,一粒芝麻重的几千分之一!,为什么我们感觉不到周围物体的引力呢

8、？,粗略计算: 两个质量为50kg，相距0.5m的物体之间的引力？,那么太阳与地球之间的万有引力又是多大呢？,已知：太阳的质量为M=2.01030kg，地球质量为 m=6.01024kg，日地之间的距离为R=1.51011m,F=GMm/R2,=6.6710-112.010306.01024/(1.51011)2,=3.51022(N),能拉断直径为9000km的钢柱!,太阳对质量为50kg的人，引力很小，不到0.3N 我们感受不到太阳的引力,几种引力的比较,1. 如果有一天万有引力突然消失，世界将发生什么变化？对你的生活将产生什么影响？,(1)万有引力定律的发现, 是17世纪自然科学最伟大的成果之一. 把地面上物体运动的规律