高一物理万有引力定律精选文档.ppt

高一物理万有引力定律课件本讲稿第一页，共十五页一：一：【人类对天体运动的人类对天体运动的探索历程探索历程】地心说地心说日心说日心说圆周运动圆周运动 哥白尼的宇宙体系动摇了基督教宇宙体哥白尼的宇宙体系动摇了基督教宇宙体系的根基，但它并没有在天文测算的精确度系的根基，但它并没有在天文测算的精确度上有多大的提高。近代早期最重要的观测工上有多大的提高。近代早期最重要的观测工作是由丹麦的作是由丹麦的第谷第谷第谷第谷（1546-16011546-1601）进行的。）进行的。德国天文学家德国天文学家开普勒开普勒开普勒开普勒（1571-16301571-1630）应用）应用行行行行星绕太阳做圆周运动的模型星绕太阳做圆周运动的模型星绕太阳做圆周运动的模型星绕太阳做圆周运动的模型描述火星的运动描述火星的运动描述火星的运动描述火星的运动时，时，发现与其老师第谷的观测值有发现与其老师第谷的观测值有8 8 8 8分的误差分的误差分的误差分的误差，他坚，他坚信老师数据正确，毅然否定火星做匀速圆周信老师数据正确，毅然否定火星做匀速圆周运动，经多种拟合、反复核算，终于发现运动，经多种拟合、反复核算，终于发现火火星做椭圆运动星做椭圆运动。椭圆运动椭圆运动开普开普勒对行星运动规律的描述勒对行星运动规律的描述。本讲稿第二页，共十五页开开 普普 勒勒第一定律：第一定律：(轨道定律轨道定律)第二定律：第二定律：(面积定律面积定律)所有的行星围绕太阳运动的所有的行星围绕太阳运动的轨道都是轨道都是椭圆椭圆椭圆椭圆，太阳处在所有椭，太阳处在所有椭圆的圆的一个焦点一个焦点上。上。行星和太阳的连线，在行星和太阳的连线，在相等的时间相等的时间相等的时间相等的时间内扫过内扫过相相相相同的面积同的面积同的面积同的面积。同一颗行星在同一颗行星在近近日点的速率日点的速率大于大于远日点的速率远日点的速率.本讲稿第三页，共十五页第三定律：第三定律：(周期定律周期定律)R3T2=k注：注：1 1）K K与行星无关，与行星无关，只与只与“中心天体中心天体中心天体中心天体”-太太阳阳质量质量质量质量有关。有关。2 2）T T是是公转周期公转周期公转周期公转周期，不是自转周期。不是自转周期。所有行星的椭圆所有行星的椭圆轨道的半长轴的立方轨道的半长轴的立方跟公跟公转转周期的平方周期的平方周期的平方周期的平方的比值都相等。的比值都相等。火星火星地球地球FF太阳太阳ROAB12本讲稿第四页，共十五页关于行星运动的各种关于行星运动的各种动力学解释动力学解释1717世纪前世纪前：认为天体做匀速圆周运动认为天体做匀速圆周运动最完美，天体最完美，天体神圣和永恒神圣和永恒，无需无需动因。动因。伽利略伽利略：行星的运动与地面的运动遵从不同的规律：行星的运动与地面的运动遵从不同的规律，行星运动是行星运动是“惯性惯性”自行维持的。自行维持的。开普勒开普勒：行星的运动是由于：行星的运动是由于太阳磁力吸引太阳磁力吸引的缘故，磁力的缘故，磁力与距离成反比与距离成反比。胡克、哈雷、雷恩胡克、哈雷、雷恩等：行星的运动是等：行星的运动是太阳的引力太阳的引力的缘的缘故，其所受的引力大小跟行星到太阳的故，其所受的引力大小跟行星到太阳的距离的平方成反距离的平方成反比比；认为；认为重力是地球引力产生的重力是地球引力产生的。笛卡儿笛卡儿：宇宙由不停旋转着的微粒所组成，微粒的运动形成漩涡。：宇宙由不停旋转着的微粒所组成，微粒的运动形成漩涡。太阳和行星在各自的漩涡中心。行星漩涡带动卫星运动，太阳太阳和行星在各自的漩涡中心。行星漩涡带动卫星运动，太阳的的漩涡带动漩涡带动行星和卫星一起运动。行星和卫星一起运动。本讲稿第五页，共十五页牛顿关于苹果落地的思考：牛顿关于苹果落地的思考：(1)苹果为什么会落地?如果苹果树长到月球那么高,苹果会落到地面上吗?月球为什么不落到地球上呢?(2)如果在地球表面附近把苹果水平抛出，苹果的运动能和月球的运动一样吗？猜想1：苹果所受的重力和月球所受的引力可能是同一性苹果所受的重力和月球所受的引力可能是同一性质的力质的力。猜想猜想2 2：行星绕太阳的运动和卫星绕行星的运动相似：行星绕太阳的运动和卫星绕行星的运动相似,故故行行行行星对它的卫星的引力、太阳对行星的引力可能是同一性质星对它的卫星的引力、太阳对行星的引力可能是同一性质星对它的卫星的引力、太阳对行星的引力可能是同一性质星对它的卫星的引力、太阳对行星的引力可能是同一性质的力的力的力的力。猜想猜想3 3：既然一切天体之间有引力，地球与物体之间有引：既然一切天体之间有引力，地球与物体之间有引力。那么，力。那么，所有物体之间可能存在相互吸引的力所有物体之间可能存在相互吸引的力。本讲稿第六页，共十五页二、苹果落地的思考：万有引力定律的发现1.1.万有引力定律内容万有引力定律内容：宇宙间任何两个有质量的宇宙间任何两个有质量的物体间都存在相互吸引物体间都存在相互吸引，其，其大小大小与与两物体的质量两物体的质量乘积成正比乘积成正比，与它们间，与它们间距离的平方成反比距离的平方成反比。2.数学表达式：(由由牛顿牛顿于于16871687年在其出版的年在其出版的自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理一书中提出一书中提出.).)3.引力常数引力常数引力常数引力常数G：由卡文迪许卡文迪许利用扭秤扭秤测得。G适用于任何适用于任何两个物体，它在数值上等于质量都是两个物体，它在数值上等于质量都是1kg1kg的物体相距的物体相距1m1m时的相时的相互作用力。互作用力。本讲稿第七页，共十五页本讲稿第八页，共十五页4.万有引力定律公式的适用条件适用条件(1)适用于计算两个质点间相互作用质点间相互作用.(2)两个质量分布均匀的球体间的相互作用，可用公式计算，其中r r是两个球体球心的距离是两个球体球心的距离。(3)一个均匀球体与球外一个质点间的万有引力,可用公式计算，其中r r是球心到质点间的距离是球心到质点间的距离。(4)两个物体间的距离远大于物体本身的大小时,公式也近似适用，其中r r是两物体中心间的距离是两物体中心间的距离。本讲稿第九页，共十五页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?2.万有引力定律指出,任何物体间都存在着引力，为什么当两个人靠近时并没有吸引到一起？请估算一下你和同桌同学之间的引力有多大？那么那么太阳与地球之间的万有引力又是多大呢？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能拉断直径为能拉断直径为9000km9000km的钢柱的钢柱!太阳对质量为太阳对质量为50kg50kg的人，引力很小，不到的人，引力很小，不到0.3N0.3N我们感受不我们感受不我们感受不我们感受不到太阳的引力！到太阳的引力！到太阳的引力！到太阳的引力！本讲稿第十页，共十五页5.5.对对万有引力定律万有引力定律万有引力定律万有引力定律的理解的理解(1)(1)普遍性普遍性普遍性普遍性：万有引力不仅存在太阳与行星、地：万有引力不仅存在太阳与行星、地球与月球之间，宇宙间球与月球之间，宇宙间任何两个有质量的物体之任何两个有质量的物体之间间都存在着这种相互吸引的力。都存在着这种相互吸引的力。(2)(2)相互性相互性：两个有质量的物体之间的万有引力是：两个有质量的物体之间的万有引力是一对一对作用力与反作用力作用力与反作用力，总是满足大小相等、方向相反，作，总是满足大小相等、方向相反，作用在两个物体上。用在两个物体上。(3)(3)宏观性宏观性：在地面上的一般物体之间，由于质量比较小：在地面上的一般物体之间，由于质量比较小物体间的万有引力比较小，与其他力比较可忽略不计物体间的万有引力比较小，与其他力比较可忽略不计,但但在在质量巨大的天体之间质量巨大的天体之间质量巨大的天体之间质量巨大的天体之间,或或天体与其附近的物体之间天体与其附近的物体之间,万有万有引力起着决定性作用引力起着决定性作用。(4)(4)特殊性特殊性特殊性特殊性：两个物体之间的：两个物体之间的万有引力万有引力只与它们本身的只与它们本身的质量和它们间的距离有关质量和它们间的距离有关，而，而与所在空间的性质无关与所在空间的性质无关与所在空间的性质无关与所在空间的性质无关，也也与周围是否存在其他物体无关与周围是否存在其他物体无关。本讲稿第十一页，共十五页5.如图所示，如图所示，r虽大于两球的半径，但两球的半径不虽大于两球的半径，但两球的半径不能忽略，而球的质量分布均匀，大小分别为能忽略，而球的质量分布均匀，大小分别为m1与与m2，则两球间万有引力的大小为（，则两球间万有引力的大小为（）r1rr2图79A.B.C.D.D本讲稿第十二页，共十五页三、万有引力与重力之间的关系三、万有引力与重力之间的关系重力随纬度的增大而增大。重力随纬度的增大而增大。1.在地球表面,重力只是万有引力的重力只是万有引力的一个分力一个分力.重力随高度的增大而减小。重力随高度的增大而减小。F向很小2.在地球高空,重力就是万有引力重力就是万有引力.(因因物体不再受地球自转影响！物体不再受地球自转影响！)本讲稿第十三页，共十五页2.由牛顿第二定律F=ma可知，加速度与物体的质量成反比，而在自由落体运动中，物体的加速度与物体的质量无关，这似乎是矛盾的,你如何看待这一问题?由F=ma可知，当F F一定一定时，。而在自由落体运动中，物体所受合外力F F是随着是随着r r的变化而变化的变化而变化的变化而变化的变化而变化的。另外，由上式可推出 ，对任何物体只要在地球表面的同一高度，其重力加速度都是一样的在地球表面的同一高度，其重力加速度都是一样的。本讲稿第十四页，共十五页1.1.轨道定律轨道定律2.2.面积定律面积定律3.3.周期定律周期定律一、开普勒三大定律一、开普勒三大定律一、开普勒三大定律一、开普勒三大定律二、万有引力定律二、万有引力定律二、万有引力定律二、万有引力定律1.1.万有引力定律内容：万有引力定律内容：2.2.公式：公式：r r：质点：质点(球心球心)间的距离间的距离G G=6.6710=6.671011 11 NNmm2 2/kg/kg2 23.3.适用条件适用条件:质点质点或或或或均质球体均质球体4.4.理解理解:普遍性、相互性、宏观性、特殊性普遍性、相互性、宏观性、特殊性普遍性、相互性、宏观性、特殊性普遍性、相互性、宏观性、特殊性三、三、G G G G与与F F F F引引关系关系关系关系地球高空地球表面本讲稿第十五页，共十五页