万有引力定律及引力常量的测定.pptx

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1、“地心说”和“日心说”1.地心说：托勒密(90-168)Claudius Peolemy 在古代，以希腊亚里士多德为代表，认为地球是宇宙的中心。其它天体则以地球为中心，在不停地运动。这种观点，就是“地心说”。公元二世纪，天文学家托勒密，把当时天文学知识总结成宇宙的地心体系，发展完善了“地心说”，描绘了一个复杂的天体运动图象。第1页/共34页地心说:认为地球是宇宙的中心，地球是静止不动，太阳、月亮及其他行星都绕地球运动. 代表人物是古希腊学者托勒密.第2页/共34页哥白尼哥白尼(14731543) 波兰天文波兰天文学家学家,他在他在1510年写成的年写成的浅浅说说初稿中指出初稿中指出:太阳是宇宙

2、太阳是宇宙的中心体的中心体,地球与行星都绕太地球与行星都绕太阳运动阳运动,只有月亮才绕地球运只有月亮才绕地球运动动,1530年终于完成了日心说年终于完成了日心说的建立工作的建立工作,于于1543年年3月月天体运动学天体运动学书名出版书名出版,否否定了在西方统治定了在西方统治1千多年的地千多年的地心说心说.第3页/共34页日心说:认为太阳是宇宙的中心，地球、月亮及其他行星都在绕太阳运动。代表人物波兰天文学家是哥白尼.第4页/共34页1、古人把天体运动看得十分神圣，他们认为天体的运动不古人把天体运动看得十分神圣，他们认为天体的运动不同于地面上物体的运动，天体做的是最完美、最和谐的匀同于地面上物体的

3、运动，天体做的是最完美、最和谐的匀速圆周运动。速圆周运动。2、开普勒的导师第谷，丹麦伟大的天文学家他对天体运动的开普勒的导师第谷，丹麦伟大的天文学家他对天体运动的看法与其他古人一样，也认为天体在做匀速圆周运动。并对看法与其他古人一样，也认为天体在做匀速圆周运动。并对行星的运动做了长达行星的运动做了长达2020多年的观察多年的观察, ,记录了大量的数据记录了大量的数据. .3、开普勒是第谷的学生、开普勒是第谷的学生,第谷去世后他继承了第谷的工作第谷去世后他继承了第谷的工作,他接受日心说观点他接受日心说观点,并对第谷记录的数据进行了长时间的大并对第谷记录的数据进行了长时间的大量的数学运算量的数学运

4、算,总结出了太阳系行星的运动规律总结出了太阳系行星的运动规律,发表了著名发表了著名的开普勒三定律的开普勒三定律.第5页/共34页丹麦天文学家，精于观测。15721572年，他观测到仙年，他观测到仙后座出现了一颗过去从后座出现了一颗过去从来没见过的亮星。来没见过的亮星。1601年，第谷临终前，把自己毕生对火星的观测资料全部留给了开普勒，委托他进行整理研究。仙后座的新星爆发仙后座的新星爆发第6页/共34页在天文学史上，开普在天文学史上，开普勒享有勒享有“天空立法者天空立法者”的盛誉。的盛誉。开普勒观念的基础是开普勒观念的基础是日心说。日心说。16091609年和年和16191619年发表年发表了行

5、星运动的三个定律。了行星运动的三个定律。第7页/共34页第8页/共34页l用公式表示为： SAB=SCD=SEK l由此可见：行星在远日点a的速率最小，在近日点b的速率最大。第9页/共34页r第10页/共34页需要注意：（1）开普勒定律不仅适用于行星围绕恒星运动，也适用于卫星围绕行星运动，只不过此时比值 k 是由行星质量所决定的另一恒量 （2）行星的轨道都跟圆近似，因此计算时可以认为行星是做匀速圆周运动第11页/共34页KTR23由由22322131TRTR巩固练习l太阳系中的九大行星均在各自的轨道上绕太阳运动，若设它们的轨道为圆形，若有两颗行星的轨道半径比为R1：R2=2：1，他们的质量比为

6、M1：M2=4：1，求它们绕太阳运动的周期比T1：T2？解：1832312221RRTT22821TT即第12页/共34页例：我国在实现卫星绕月之后，又将实现第二期工程目标，即发射了航天器着陆到月球上航天器抵达月球的表面时，先绕月球做半径为R的圆周运动，假设其运行周期为T。当航天器快运动到A点时地面控制中心将发出指令，使其速率降低到适当数值，从而使航天器沿着以月心为焦点的椭圆轨道运动，椭圆和月球表面在B点相切，如图所示，这样就可实现航天器在月球的表面登陆如果月球半径为R0，求飞船由A点到B点所需要的时间第13页/共34页第14页/共34页 行星为什么会如行星为什么会如此运行呢？它们为什此运行呢

7、？它们为什么既不会脱离太阳，么既不会脱离太阳，又不会坠向太阳呢？又不会坠向太阳呢？ 二、万有引力定律二、万有引力定律牛顿经过认真的思考，认为地面上物体的自由下落与天空中月亮围绕地球转动的道理是相同的，都是由于地球对它们有引力作用。第15页/共34页为什么同时受重力作用，表现出的现象却是一个是苹果落地，一个是月亮围绕地球转动呢？月亮为什么不会象苹果那样落向地面呢？为了说明在重力作用下，为什么月亮不会落向地面而围绕地球做圆周运动，牛顿给我们做了一个理想实验来说明这一问题。第16页/共34页牛顿的人造地球卫星草图物体围绕地球做圆周运动和苹果落地一样也是物体受到重力的一种外在表现形式第17页/共34页

8、 牛顿总结了前人的研究成果，运用开普勒三大定律和他在力学、数学方面的研究成果，提出了万有引力定律。第18页/共34页 自然界中任何两个物体都是相互吸引的，自然界中任何两个物体都是相互吸引的，引力的方向沿两物体的连线，引力的大小跟这引力的方向沿两物体的连线，引力的大小跟这两个物体的质量的乘积成正比，跟它们的距离两个物体的质量的乘积成正比，跟它们的距离的二次方成反比。的二次方成反比。1、内容：2、表达式：3 3、 G G为引力常量，为引力常量， G=6.67G=6.671010-11-11N Nm m2 2/kg/kg2 2 在数值上等于两个质量为在数值上等于两个质量为1kg1kg的物体相距的物体

9、相距1m1m时时的相互作用力。的相互作用力。221rmmGF 第19页/共34页4 4、万有引力公式的适用范围：、万有引力公式的适用范围：1 1）万有引力存在于一切物体之间，但上述）万有引力存在于一切物体之间，但上述公式只能计算两公式只能计算两质点间的引力质点间的引力； 即两物体的形状和大小对它们之间的距离即两物体的形状和大小对它们之间的距离而言而言, ,影响很小影响很小, ,可以忽略不计可以忽略不计. .2 2）两质量分布均匀的球体之间的引力，也）两质量分布均匀的球体之间的引力，也可用上述公式计算，且可用上述公式计算，且r r为两球心间距离为两球心间距离；m1m2r第20页/共34页5、对万

10、有引力定律的理解：普遍性：万有引力不仅存在于太阳与行星、地球与月球之间，宇宙间任何两个有质量的物体间都存在着这种相互吸引力；相互性：两个有质量的物体之间的万有引力是一对作用力与反作用力，它们等大、反向、共线，作用在两个物体上；宏观性：地面上物体之间的万有引力一般比较小，与其它力相比可忽略不计，但在质量巨大的天体之间，或天体与一般物体之间，万有引力起着决定性的作用；第21页/共34页三、引力常量的测量三、引力常量的测量卡文迪许扭称实验卡文迪许扭称实验亨利卡文迪许卡文迪许实验室最富有的学者，最博学的富豪第22页/共34页【思考思考】对于一个十分微小的物理量对于一个十分微小的物理量 该采用什么方法测

11、量？该采用什么方法测量？放大法放大法第23页/共34页引力常量的测量引力常量的测量卡文迪许扭称实验卡文迪许扭称实验(1789年年)第24页/共34页 万有引力常量测量.exe第25页/共34页两次放大两次放大 1.扭秤装置把微小力通过杠杆旋转明显反映出来扭秤装置把微小力通过杠杆旋转明显反映出来（一次放大）；（一次放大）；2.扭转角度（微小形变）通过光标的移动来反映扭转角度（微小形变）通过光标的移动来反映（二次放（二次放 大），从而确定物体间的万有引力。大），从而确定物体间的万有引力。巧妙之处：巧妙之处：实验数据实验数据： G值为6.6710-11 Nm2/kg2 实验意义实验意义： 证明了万有

12、引力的存在，使万有引力定律进入了真正实用证明了万有引力的存在，使万有引力定律进入了真正实用 的时代；的时代； 开创了微小量测量的先河，使科学放大思想得到推广；开创了微小量测量的先河，使科学放大思想得到推广；卡文迪许扭称实验第26页/共34页 A公式中 G 为引力常量，它是由实验测得的，而不是 人为规定的 B当 r 趋近于零时，万有引力趋近于无穷大 Cm1 与m2 受到的引力总是大小相等的，与 m1 、m2 是否相等无关 Dm1 与m2 受到的引力总是大小相等、方向相反的，是一对平衡力221rmm1.对于万有引力定律的表达式 F=G下面说法中正确的是（ ）小试身手：AC第27页/共34页2.2.

13、两个大小相等的实心均质小铁球，紧靠在一两个大小相等的实心均质小铁球，紧靠在一起时它们之间的万有引力为起时它们之间的万有引力为F F；若两个半径；若两个半径2 2 倍于小铁球的实心均匀大铁球紧靠在一起，倍于小铁球的实心均匀大铁球紧靠在一起，则它们之间的万有引力为（则它们之间的万有引力为（ ） A A、2F B2F B、4F 4F C C、8F D8F D、16F16F记住球体公式：334rVD小试身手：第28页/共34页地球的质量大约为月球质量的81倍。 一飞行器在地球与月球之间，当月球对它的引力和地球对它的引力大小相等时，这个飞行器距地心的距离与距月心的距离之比为。 第29页/共34页4、如图

14、所示为一质量为M的球形物体，密度均匀，半径为R，在距球体球心为2R处有一质量为m的质点，若将球体挖去一个半径为的小球(两球心和质点在同一直线上，且两球表面相切)，则剩下部分对质点的万有引力的大小是多少？第30页/共34页O1OF万GF向思考与讨论:重力与万有引力一样吗?第31页/共34页F引GF地球上的物体：万有引力的一个分力提万有引力的一个分力提供物体供物体随地球自转的向心随地球自转的向心力力，一个分力产生重力。，一个分力产生重力。重力随纬度的增大而增大。重力随纬度的增大而增大。由于随地球自转的向心力很小，在地球表面由于随地球自转的向心力很小，在地球表面的物体，的物体，则则F F引引G G不考虑地球自转,万有引力等于重力.在南北极：在南北极：GF引在赤道：在赤道：力随地球自转所需的向心引FGF第32页/共34页=地球外的物体：重力就是地球对物体的万有引力；第33页/共34页感谢您的观看！第34页/共34页