物理太阳与行星间的引力.ppt

物理太阳与行星间的引力现在学习的是第1页，共38页开普勒三定律开普勒三定律知识回顾开普勒第一定律开普勒第一定律轨道定律轨道定律所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上。太阳处在椭圆的一个焦点上。开普勒第二定律开普勒第二定律面积定律面积定律对每个行星来说，它与太阳的连线在相对每个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间扫过相等的面积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周期定律周期定律所有行星的轨道的半长轴的三次方跟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公转周期的二次方的比值都相等.太阳太阳行星行星b=va现在学习的是第2页，共38页问题提出问题提出行星为什么绕太阳如此和行星为什么绕太阳如此和谐而又有规律地做椭圆运谐而又有规律地做椭圆运动呢？动呢？现在学习的是第3页，共38页伽利略伽利略行星的运动是受到了来自太行星的运动是受到了来自太阳的类似于磁力的作用阳的类似于磁力的作用 ，与，与距离成反比。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反比。且力的大小与到太阳距离的平方成反比。且力的大小与到太阳距离的平方成反比。且力的大小与到太阳距离的平方成反比。在行星的周围有旋转的物质(以太)作用在行星上，使得行星绕太阳运动。开普勒开普勒笛卡笛卡尔胡克胡克一切物体都有合并的趋势。一切物体都有合并的趋势。科学足迹现在学习的是第4页，共38页科学足迹牛顿牛顿 (16431727)(16431727)英国著名的物理学家英国著名的物理学家追寻牛顿的足迹追寻牛顿的足迹当年牛顿在前人研究的当年牛顿在前人研究的基础上，也经过类似的基础上，也经过类似的思考，并凭借其超凡的思考，并凭借其超凡的数学能力和坚定的信念，数学能力和坚定的信念，深入研究，最终发现了深入研究，最终发现了万有引力定律万有引力定律。现在学习的是第5页，共38页建立模型问题问题1：行星的实际运动：行星的实际运动是椭圆运动，但我们还是椭圆运动，但我们还不了解椭圆运动规律，不了解椭圆运动规律，那应该怎么办？能否把那应该怎么办？能否把它简化成什么运动呢？它简化成什么运动呢？太阳太阳行星行星a现在学习的是第6页，共38页行行 星星轨道半长轴轨道半长轴a(106km)轨道半短轴轨道半短轴b(106km)水星水星57.956.7金星金星108.2108.1地球地球149.6149.5火星火星227.9 226.9木星木星778.3777.4土星土星1427.01424.8天王星天王星2882.32879.1海王星海王星4523.94523.8八大行星轨道数据表d d太阳太阳=1.3910=1.39106 6 kmkm行星直径行星直径 d(106km)0.00480.0120.0130.00680.1430.120.00510.0049现在学习的是第7页，共38页建立模型太阳太阳行星行星r太阳太阳行星行星a问题2：既然把行星绕太阳的运动简化为圆周运动。那么行星绕太阳运动可看成匀速圆周运动还是变速圆周运动呢？为什么？简简化化问题问题3:3:行星绕太阳做行星绕太阳做匀速圆周运动需要向匀速圆周运动需要向心力，那什么力来提心力，那什么力来提供做向心力？供做向心力？这个这个力的方向怎么样？力的方向怎么样？现在学习的是第8页，共38页建立模型问题问题4：太阳：太阳对行星的引力对行星的引力提供向心力，提供向心力，那这个力大小那这个力大小有什么样定量有什么样定量关系？关系？F太阳太阳行星行星现在学习的是第9页，共38页科科学学探探究究消去消去v行星运行速度行星运行速度v容易观容易观测？怎么办？测？怎么办？消去消去T现在学习的是第10页，共38页科科学学探探究究关系式中关系式中m m是受力是受力天体还是施力天天体还是施力天体的质量？体的质量？探究探究1:太阳对行星的引力太阳对行星的引力F太阳太阳对对行星行星的引力跟受力的引力跟受力星体的质量成正比，星体的质量成正比，与行与行星、太阳距离的二次方星、太阳距离的二次方成反比成反比.F行行星星太太阳阳F问题问题5：既然太阳：既然太阳对行星有引力，那对行星有引力，那么行星对太阳有无么行星对太阳有无引力？它有怎么样引力？它有怎么样的定量关系呢？的定量关系呢？现在学习的是第11页，共38页科科学学探探究究探究探究2:行星对太阳的引力行星对太阳的引力FF行行星星太太阳阳F类类比比法法行星行星对对太阳太阳的引力的引力FF跟太阳的质量成正比，跟太阳的质量成正比，与行星、太阳距离的二与行星、太阳距离的二次方成反比次方成反比.太阳对行星的引力跟受力星体的质量成正比，与行星、太阳距离的二次方成反比.现在学习的是第12页，共38页科科学学探探究究探究探究3:太阳与行星间的引力太阳与行星间的引力F类类比比法法F 和和F 是一对作用力和是一对作用力和反作用力，那么可以得反作用力，那么可以得出出F大小跟太阳质量大小跟太阳质量M、行星质量行星质量m的关系式有什的关系式有什么关系？么关系？牛三牛三G为比例系数，为比例系数，与太阳、行星无与太阳、行星无关。关。方向：方向：沿着太阳与行星间的连线连线。现在学习的是第13页，共38页太阳与行星间的引力：太阳与行星间的引力：写成等式有：G是一个常量，对任何行星都是相同的是一个常量，对任何行星都是相同的 至此，牛顿一直是在已有的观测结果和理论引导下进行推测和分析，观测结果仅对“行星绕太阳运动”成立，这还不是万有引力定律。现在学习的是第14页，共38页 1、下列关于行星对太阳的引力的说法中正、下列关于行星对太阳的引力的说法中正确的是（确的是（）A.行星对太阳的引力与太阳对行星的引力行星对太阳的引力与太阳对行星的引力是同一性质的力是同一性质的力 B.行星对太阳的引力与太阳的质量成行星对太阳的引力与太阳的质量成正比，与行星的质量无关正比，与行星的质量无关 C.太阳对行星的引力大于行星对太阳的引太阳对行星的引力大于行星对太阳的引力力 D.行星对太阳的引力大小与太阳的质量行星对太阳的引力大小与太阳的质量成正比，与行星距太阳的距离成反比成正比，与行星距太阳的距离成反比随堂练习 A现在学习的是第16页，共38页2、两个行星的质量分别为、两个行星的质量分别为m1和和m2，绕太，绕太阳运行的轨道半径分别是阳运行的轨道半径分别是r1和和r2，若它们，若它们只受太阳引力的作用，那么这两个行星的只受太阳引力的作用，那么这两个行星的向心加速度之比为（向心加速度之比为（）A1 B.C.D.随堂练习 D现在学习的是第17页，共38页3下面关于行星绕太阳旋转的说法下面关于行星绕太阳旋转的说法中正确的是（中正确的是（）A.离太阳越近的行星周期越大离太阳越近的行星周期越大 B.离太阳越远的行星周期越大离太阳越远的行星周期越大 C.离太阳越近的行星的向心加速离太阳越近的行星的向心加速度越大度越大 D.离太阳越近的行星受到太阳的离太阳越近的行星受到太阳的引力越大引力越大随堂练习 BC 现在学习的是第18页，共38页4一群小行星在同一圆轨道上绕太阳旋转，这些小行星具有（）A.相同的速率 B.相同的加速度 C.相同的运转周期 D.相同的角速度 随堂练习 ACD现在学习的是第19页，共38页课堂小结今天我们学到了什么今天我们学到了什么?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现在学习的是第20页，共38页思考与讨论 2.地球的实际运动为椭圆,那么,在近日点A，行星所受太阳的引力比它转动所需要的向心力大还是小？远日点B呢？AB现在学习的是第21页，共38页思考与讨论 3、请你运用已有知识，分析开普、请你运用已有知识，分析开普勒第二定律所描述的，地球在椭圆轨勒第二定律所描述的，地球在椭圆轨道上运动经过道上运动经过A、B两个位置时，两个位置时，运动运动快慢变化的原因快慢变化的原因。太阳太阳地球地球BAFvFv现在学习的是第22页，共38页讨论：结论是否适用于其他天体之间？如地球与月球之间课后作业：1.认真体会引力公式的推导过程2.预习万有引力定律3.课本39页（3）4.课时作业现在学习的是第23页，共38页设 想 1.1.既然是行星与太阳之间的力使得行星不能飞既然是行星与太阳之间的力使得行星不能飞离太阳，那么，地球与太阳之间的吸引力会不会与离太阳，那么，地球与太阳之间的吸引力会不会与地球吸引苹果的力是地球吸引苹果的力是同一种性质力呢同一种性质力呢?2.2.即使在最高的建筑物上和最高的山顶上，都即使在最高的建筑物上和最高的山顶上，都不会发现重力有明显的减弱，那么，这个力不会发现重力有明显的减弱，那么，这个力会不会会不会延伸作用到月球上且拉住月球围绕地球运动呢？延伸作用到月球上且拉住月球围绕地球运动呢？这个力，与拉着苹果下落的力，以及地球、众行星这个力，与拉着苹果下落的力，以及地球、众行星与太阳之间的作用力是否是同一种性质力，遵循相同的与太阳之间的作用力是否是同一种性质力，遵循相同的规律呢规律呢?现在学习的是第24页，共38页3 3 万有引力定律万有引力定律现在学习的是第25页，共38页 月球到地心的距离是地面上物体到地心距离月球到地心的距离是地面上物体到地心距离(地球半径地球半径)的的6060倍。倍。假设月球受到地球的引力与地面上物体受到假设月球受到地球的引力与地面上物体受到的力是同一种性质力，就有引力的大小与距离的的力是同一种性质力，就有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地二次方成反比，那么月球的向心加速度应该是地面上物体重力加速度面上物体重力加速度g g的的1/601/602 2。一一 月月地检验地检验现在学习的是第26页，共38页月球绕地球的公转周期月球绕地球的公转周期27.327.3天，轨道半天，轨道半径径3.84103.84105 5kmkm，地球表面的物体受到地，地球表面的物体受到地球的引力可近似认为等于物体的重力，球的引力可近似认为等于物体的重力，物体的重力加速度为物体的重力加速度为9.8m/s9.8m/s2 2.地球的半地球的半径为月球绕地球运转半径的径为月球绕地球运转半径的 .现在学习的是第27页，共38页 牛顿根据月球的周期和轨道半径，计算了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：月球围绕地球做圆周运动的向心加速度为：a=4a=42 2r/Tr/T2 2=2.7410=2.7410-3-3m/sm/s2 2。地球表面的重力加速度地球表面的重力加速度g=9.8m/sg=9.8m/s2 2 a a=9.8/60=9.8/602 2=2.2710=2.2710-3-3m/sm/s2 2.两者十分接近，为牛顿的假想提供了有力的事两者十分接近，为牛顿的假想提供了有力的事实根据实根据 这就是著名的这就是著名的月月地检验地检验 数据表明，地面物体所受地球的引力，与月数据表明，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。球所受地球的引力，真的是同一种力。现在学习的是第28页，共38页 既然行星与太阳之间、地球与月球之间，以及既然行星与太阳之间、地球与月球之间，以及地球与地面物体之间具有地球与地面物体之间具有“与两个物体质量成正比，与两个物体质量成正比，与它们的距离的二次方成反比与它们的距离的二次方成反比”的吸引力。于是我的吸引力。于是我们可以大胆地把以上结论推广到宇宙的一切物体之们可以大胆地把以上结论推广到宇宙的一切物体之间。间。现在学习的是第29页，共38页 2 2、表达式：、表达式：N.N.其中，引力常量：其中，引力常量：G=6.67G=6.67/1 1、内容：、内容：自然界中任何两个物体都相互吸引，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引力的大小跟这两个物体的质量m m1 1和和m m2 2的乘积成正的乘积成正比，跟它们的距离比，跟它们的距离r r的二次方成反比。的二次方成反比。二二 万有引力定律万有引力定律现在学习的是第30页，共38页 严格地说，万有引力定律只适用于质点严格地说，万有引力定律只适用于质点间的相互作用间的相互作用 两个质量分布均匀的球体间相互作用，两个质量分布均匀的球体间相互作用，也可用本定律来计算，也可用本定律来计算，r r是两个球体球心间的距离是两个球体球心间的距离 一个均匀球体与球外一个质点的万有引力一个均匀球体与球外一个质点的万有引力也适用，其中也适用，其中r r为球心到质点间的距离为球心到质点间的距离 两个物体间距离远大于物体本身大小时，两个物体间距离远大于物体本身大小时，公式也近似适用，其中公式也近似适用，其中r r为两物体质心间的距离为两物体质心间的距离3 3、万有引力定律的适应条件、万有引力定律的适应条件现在学习的是第31页，共38页 牛顿发现了万有引力，但却无法算出两个天体之牛顿发现了万有引力，但却无法算出两个天体之间万有引力的大小，因为他不知道引力常量间万有引力的大小，因为他不知道引力常量G G的值。的值。一百多年以后，英国物理学家一百多年以后，英国物理学家卡文迪许卡文迪许在实验室在实验室里通过几个铅球之间万有引力的测量，比较准确地里通过几个铅球之间万有引力的测量，比较准确地得出了得出了G G的数值。的数值。标准值为标准值为G=6.6725910G=6.6725910-11-11N Nm m2 2/kg/kg2 2.通常取通常取G=6.67 10G=6.67 10-11-11N Nm m2 2/kg/kg2 2.引力常量是自然界中少数几个最重要的物理常引力常量是自然界中少数几个最重要的物理常量之一。量之一。三三 引力常量引力常量现在学习的是第32页，共38页对万有引力定律的理解对万有引力定律的理解 (1)普遍性它存在于宇宙中任何有质量的物体之间，普遍性它存在于宇宙中任何有质量的物体之间，不管它们之间是否还有其他作用力不管它们之间是否还有其他作用力 (2)宏观性质量巨大天体之间，万有引力起决定性宏观性质量巨大天体之间，万有引力起决定性作用作用 (3)两物体间的引力，是一对作用力和反作用力两物体间的引力，是一对作用力和反作用力 (4)万有引力定律的发现，把地面上物体和天体的万有引力定律的发现，把地面上物体和天体的运动规律统一起来，打破了天体运动的神秘论，增强运动规律统一起来，打破了天体运动的神秘论，增强了人们认识自然、认识宇宙的信心了人们认识自然、认识宇宙的信心现在学习的是第33页，共38页G值的测量：卡文迪许扭秤实验值的测量：卡文迪许扭秤实验 现在学习的是第34页，共38页1.卡文迪许扭称的测量方法卡文迪许扭称的测量方法rFrFmmmm现在学习的是第35页，共38页扭扭秤秤实实验验的的物物理理思思想想和和科科学学方方法法：扭扭秤秤装装置置把把微微小小力力转转变变成成力力矩矩来来反反映映，扭扭转转角角度度又又通通过过光光标标的的移移动动来来反反映映从从而而确确定定物物体体间的万有引力间的万有引力 rFrFmmmm现在学习的是第36页，共38页问题问题3分析扭秤实验装置测量分析扭秤实验装置测量G的原理的原理和实验装置设计的巧妙之处和实验装置设计的巧妙之处？现在学习的是第37页，共38页现在学习的是第38页，共38页