太阳与行星的引力和万有引力定律.ppt
开普勒第一定律开普勒第一定律所有行星都在大小不同的椭圆轨道所有行星都在大小不同的椭圆轨道上围绕太阳运动，太阳在这些椭圆上围绕太阳运动，太阳在这些椭圆的一个焦点上的一个焦点上;开普勒第二定律开普勒第二定律对每颗行星来说，太阳和行星的连对每颗行星来说，太阳和行星的连线在相等的时间扫过相等的面积线在相等的时间扫过相等的面积;开普勒第三定律开普勒第三定律所有行星的轨道的半长轴的三次方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跟公转周期的二次方的比值都相等.k k值只与中心天体有关，与环绕天体无关值只与中心天体有关，与环绕天体无关太阳太阳行星行星b=va温故知新温故知新 什么力来维持行星绕什么力来维持行星绕太阳的运动呢太阳的运动呢伽利略伽利略伽利略伽利略行星的运动是太阳磁力吸引的缘故，磁力与行星的运动是太阳磁力吸引的缘故，磁力与行星的运动是太阳磁力吸引的缘故，磁力与行星的运动是太阳磁力吸引的缘故，磁力与距离成反比。距离成反比。距离成反比。距离成反比。行星的运动是太阳吸引的缘故，并行星的运动是太阳吸引的缘故，并行星的运动是太阳吸引的缘故，并行星的运动是太阳吸引的缘故，并且力的大小与到太阳距离的平方成且力的大小与到太阳距离的平方成且力的大小与到太阳距离的平方成且力的大小与到太阳距离的平方成反比。反比。反比。反比。太阳的漩涡带动行星和卫星一起运动。太阳的漩涡带动行星和卫星一起运动。太阳的漩涡带动行星和卫星一起运动。太阳的漩涡带动行星和卫星一起运动。开普勒开普勒开普勒开普勒笛卡尔笛卡尔笛卡尔笛卡尔胡胡胡胡 克克克克行星的运动与地面物体的运动遵行星的运动与地面物体的运动遵行星的运动与地面物体的运动遵行星的运动与地面物体的运动遵从不同的规律，行星运动是从不同的规律，行星运动是从不同的规律，行星运动是从不同的规律，行星运动是“惯惯惯惯性性性性”自行维持的。自行维持的。自行维持的。自行维持的。学者的猜想学者的猜想学者的猜想学者的猜想牛顿牛顿 英英(16431727)(16431727)在前人对惯性研究的基础上，在前人对惯性研究的基础上，认为太阳和行星之间有引力，从认为太阳和行星之间有引力，从力和运动之间的关系出发，在开力和运动之间的关系出发，在开普勒发现行星运动规律的基础上，普勒发现行星运动规律的基础上，利用自己的数学才能，发现了利用自己的数学才能，发现了万万有引力定律有引力定律太阳对行星的引力表达式太阳对行星的引力表达式1 1、建立模型、建立模型、建立模型、建立模型太阳太阳行星行星a太阳太阳行星行星r简化简化一、一、太阳对行星的引力太阳对行星的引力1 1、设行星的质量为、设行星的质量为m m，速度为，速度为v v，行星到太阳的距，行星到太阳的距离为离为r r，则行星绕太阳做匀速圆周运动的向心力，则行星绕太阳做匀速圆周运动的向心力由太阳对行星的引力来提供由太阳对行星的引力来提供2 2、天文观测难以直接得到行星的速度、天文观测难以直接得到行星的速度v v，但可以，但可以得到行星的公转周期得到行星的公转周期T T有有代入代入得得3 3、能不能将、能不能将T T用用r r代换？会有什么代换？会有什么效果？效果？根据开普勒第三定律根据开普勒第三定律即即代入代入得得大家看一下大家看一下是不是常数？4、太阳对行星的引力、太阳对行星的引力 太阳对不同行星的引力，与太阳对不同行星的引力，与行星的质量成正比行星的质量成正比，与行星和太阳间的与行星和太阳间的距离的二次方成反比距离的二次方成反比 因为因为是常数二、行星对太阳的引力二、行星对太阳的引力根据牛顿第三定律，行星对太阳根据牛顿第三定律，行星对太阳的引力的引力F应满足应满足2,rMFFF行行星星太太阳阳三、太阳与行星间的引力三、太阳与行星间的引力概括起来有概括起来有G比例系数，与太阳、行星的质量无关比例系数，与太阳、行星的质量无关则太阳与行星间的引力大小为则太阳与行星间的引力大小为方向：沿着太阳和行星的连线方向：沿着太阳和行星的连线1 1关于太阳对行星的引力，下面关于太阳对行星的引力关于太阳对行星的引力，下面关于太阳对行星的引力的说法中正确的是（的说法中正确的是（）A A太阳对行星的引力等于行星做匀速圆周运动的向心力太阳对行星的引力等于行星做匀速圆周运动的向心力B B太阳对行星的引力大小与行星的质量成正比，与行星太阳对行星的引力大小与行星的质量成正比，与行星和太阳间的距离成反比和太阳间的距离成反比C C太阳对行星的引力是由实验得出的太阳对行星的引力是由实验得出的D D太阳对行星的引力规律是由开普勒定律和行星绕太阳太阳对行星的引力规律是由开普勒定律和行星绕太阳做匀速圆周运动的规律推导出来的做匀速圆周运动的规律推导出来的AD达标检测解析解析:m1与与m2之之间间的相互作用力是一的相互作用力是一对对作用作用力与反作用力，它力与反作用力，它们们分分别别作用在两个不同的作用在两个不同的物体上，不是平衡力当物体上，不是平衡力当r趋趋近于零近于零时时，则则两个物体不能看成两个物体不能看成质质点，公式不再适用点，公式不再适用BD达标检测3 3、两颗行星质量之比、两颗行星质量之比m m1 1mm2 2=12,=12,轨道半径之比轨道半径之比R R1 1RR2 2=31=31，下列有关数据之比正确的是，下列有关数据之比正确的是()()A.A.周期之比周期之比T T1 1TT2 2=31=31B.B.线速度之比线速度之比v v1 1vv2 2=31=31C.C.向心力之比向心力之比F F1 1FF2 2=19=19D.D.向心加速度之比向心加速度之比a a1 1a a2 2=19=19D达标检测古人古人观点观点牛顿牛顿思考思考理论理论演算演算总结总结规律规律建模建模理想化理想化类比类比课堂小结苹苹果果落落地地苹果与月亮受到的苹果与月亮受到的力可能是同一种力力可能是同一种力!可能是地球表面的可能是地球表面的重力延伸到月亮。重力延伸到月亮。而且而且都类似太阳都类似太阳与与行星间的引力，它行星间的引力，它们都应遵从们都应遵从“与距与距离平方成反比离平方成反比”的的关系。关系。一、一、牛顿的思考牛顿的思考 牛牛顿顿的的这这一一猜猜想想非非常常大大胆胆，将将天天上上和和人人间间连连接接在在了了一一起起！三、牛顿的智慧三、牛顿的智慧(一)万有引力定律 自然界中任何两个物体都相互吸引，引力自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的大小跟这两个物体的质量的乘积成正比，跟的大小跟这两个物体的质量的乘积成正比，跟它们的距离的平方成反比。它们的距离的平方成反比。G为引力常量，为引力常量，r为两物体间的距离。为两物体间的距离。表达式：表达式：1、适用条件、适用条件：仅适用于两个适用于两个质点质点或者两个或者两个均匀球体均匀球体之之间的相互作用。（两物体为均匀球体时，间的相互作用。（两物体为均匀球体时，r为两球心间的距离）为两球心间的距离）卡文迪许卡文迪许卡文迪许扭秤实验卡文迪许扭秤实验2 2、引力常量的测量扭秤实验（1）实验原理：科学方法放大法（2）实验结果：G=6.6710-11 N m2/kg2（3）G 值的物理含义：两个质量为 1 kg 的物体相距 1 m时，它们之间万有引力为 6.6710-11 N 例例例例1 1、粗略的计算一下两个质量为粗略的计算一下两个质量为50kg，相距相距0.5m的人之间的引力？的人之间的引力？一粒芝麻重的几千分之一一粒芝麻重的几千分之一!例2、已知：太阳的质量为M=2.01030 kg，地球质量为m=5.981024 kg，日、地之间的距离为R=1.51011 m 3.51022 N 非常大，能够拉断直径为 9000 km 的钢柱。=3.51022(N)特 点1、普遍性、普遍性 万有引力是普遍存在于宇宙中任何有质万有引力是普遍存在于宇宙中任何有质量物质之间的吸引力，是自然界物质之间的量物质之间的吸引力，是自然界物质之间的基本相互作用之一基本相互作用之一.2、相互性、相互性 两个物体相互作用的引力是一对作用力与两个物体相互作用的引力是一对作用力与反作用力反作用力.3、宏观性、宏观性通常情况下，万有引力非常小，只有在巨大的通常情况下，万有引力非常小，只有在巨大的天体间，或天体与物体间，它的存在才有实际天体间，或天体与物体间，它的存在才有实际上的意义上的意义.1.1.关于万有引力，下列说法中正确得是：关于万有引力，下列说法中正确得是：关于万有引力，下列说法中正确得是：关于万有引力，下列说法中正确得是：()()A.A.万有引力只有在天体之间才体现出来万有引力只有在天体之间才体现出来万有引力只有在天体之间才体现出来万有引力只有在天体之间才体现出来B.B.一个苹果由于其质量很小，它受到地球的万有引一个苹果由于其质量很小，它受到地球的万有引一个苹果由于其质量很小，它受到地球的万有引一个苹果由于其质量很小，它受到地球的万有引力几乎可以忽略力几乎可以忽略力几乎可以忽略力几乎可以忽略C.C.地球对人造卫星的万有引力远大于卫星对地球的地球对人造卫星的万有引力远大于卫星对地球的地球对人造卫星的万有引力远大于卫星对地球的地球对人造卫星的万有引力远大于卫星对地球的万有力万有力万有力万有力D.D.地球表面的大气层是因为万有引力的约束而存在地球表面的大气层是因为万有引力的约束而存在地球表面的大气层是因为万有引力的约束而存在地球表面的大气层是因为万有引力的约束而存在于地球表面附近于地球表面附近于地球表面附近于地球表面附近D达标检测2.要使两物体间的万有引力减小到原来的要使两物体间的万有引力减小到原来的1/4，下列办法，下列办法可采用的是（可采用的是（）A.使两个物体质量各减小一半，距离不变使两个物体质量各减小一半，距离不变 B.使其中一个物体的质量减小到原来的使其中一个物体的质量减小到原来的1/4，距离不变，距离不变 C.使两物体的距离增为原来的使两物体的距离增为原来的2倍，质量不变倍，质量不变 D.距离和两物体质量都减小为原来的距离和两物体质量都减小为原来的1/4ABC达标检测3.已已知知地地球球表表面面的的重重力力加加速速度度为为g，地地球球半半径径为为R，万万有有引引力力恒恒量量为为G，用用以上各量表示，地球质量以上各量表示，地球质量M为多少？为多少？解：由于所以，地球质量：黄金代换式黄金代换式 达标检测三、卡文迪许的扭秤实验三、卡文迪许的扭秤实验万有引力定律（牛顿）万有引力定律（牛顿）万有引力定律（牛顿）万有引力定律（牛顿）更大胆地猜想得到万有引力定律 检验万有引力定律的普适性进一步猜想月-地检验一、万有引力定律的发现思路和方法一、万有引力定律的发现思路和方法提出猜想提出猜想理论推导理论推导实验检验实验检验 二、万有引力定律二、万有引力定律宇宙中的任何两物体之间都存在着相互作用的引力验证了万有引力的存在；测出了引力常量G的大小从而使万有引力定律进入了真正实用的时代。课堂小结
