51万有引力定律及引力常量的测定.ppt

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1、“地心说地心说”和和“日心日心说说”1.地心说：托勒密地心说：托勒密(90-168)Claudius Peolemy 在古代，以希腊亚里士多德为代表，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，地球为中心，在不停地运动。这种观点，就是就是“地心说地心说”。公元二世纪，天文学。公元二世纪，天文学家托勒密，把当时天文学知识总结成宇家托勒密，把当时天文学知识总结成宇宙的地心体系，发展完善了宙的地心体系，发展完善了“地心说地心说”，描绘了一个复杂的天体运动图象。描绘了一个复杂的天体运动图象。托勒密认为，行星托勒

2、密认为，行星P在以在以C点为中心的轨道上做匀速圆周点为中心的轨道上做匀速圆周运动的同时，圆心运动的同时，圆心C点也沿圆轨道相对于离地球不远的点也沿圆轨道相对于离地球不远的Q点做点做匀速圆周运动，这两种运动的复合，构成了行星的运动。匀速圆周运动，这两种运动的复合，构成了行星的运动。 地心说地心说: :认为地球是宇宙的中心，地球是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静止不动，太阳、月亮及其他行星都绕地球运动球运动. . 代表人物是古希腊学者托勒密代表人物是古希腊学者托勒密. .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

3、浅说说初稿中指出初稿中指出:太阳是宇宙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. “日心说日心说”认为，太阳不动，处于宇宙认为，太阳不动，处于宇宙的中心，地球和其它行星公转还同时自转。的中心，地球和其它行星公转还同时自转。 “日心说日心说”对天体的描述大为简化，同对天体的描述大为简化，同时打破了过去认为其它天体和地球截然有别时打破了过

4、去认为其它天体和地球截然有别的界限，是一项真正的科学革命。的界限，是一项真正的科学革命。 “日心说日心说”和宗教的主张是相反的。为宣传和捍卫这个和宗教的主张是相反的。为宣传和捍卫这个学说，意大利学者布鲁诺被宗教裁判所活活烧死。伽利略受学说，意大利学者布鲁诺被宗教裁判所活活烧死。伽利略受到残酷的迫害，后人把历史上这桩勇敢的壮举形容为：到残酷的迫害，后人把历史上这桩勇敢的壮举形容为：“哥哥白尼拦住了太阳，推动了地球。白尼拦住了太阳，推动了地球。”日心说日心说: :认为太阳是宇宙的中心，地球、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。代表月亮及其他行星都在绕太阳运动。代表人物波兰天文

5、学家是哥白尼人物波兰天文学家是哥白尼. .“日心说日心说”所以能够战胜所以能够战胜“地心说地心说”是因为是因为好多好多“地心说地心说”不能解析的现象不能解析的现象 “ “日心说日心说” 则能则能说明说明，也就是说，也就是说，“日心说日心说”比比“地心说地心说”更科更科学，更接近事实。例如：若地球不动，昼夜学，更接近事实。例如：若地球不动，昼夜交替是太阳绕地球运动形成的。那么，每天交替是太阳绕地球运动形成的。那么，每天的情况就应相同的，而事实上，每天白天的的情况就应相同的，而事实上，每天白天的长短不同，冷暖不同。而长短不同，冷暖不同。而 “ “日心说日心说”则能说明则能说明这种情况：白昼是地球自

6、转形成的，而四季这种情况：白昼是地球自转形成的，而四季是地球绕太阳公转形成的。是地球绕太阳公转形成的。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,

7、 ,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算,总结出了太阳行星的运动规律总结出了太阳行星的运动规律,发表了著名的发表了著名的开普勒三定律开普勒三定律.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

8、究。仙后座的新星爆发仙后座的新星爆发在天文学史上，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年发表年发表了行星运动的三个定律。了行星运动的三个定律。开普勒开普勒 对于每一个行星而言，太阳和行星的对于每一个行星而言，太阳和行星的联线在相等的时间内扫过相等的面积联线在相等的时间内扫过相等的面积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。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

9、都相等跟公转周期的二次方的比值都相等RKTR23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M1：M2=4：1，求它们绕太阳运动的周期比T1：T2？解：1832312221RRTT22821TT即1.科学家对行星运动原因的各种猜想科学家对行星运动原因的各种猜想科科学家的猜想：学家的猜想： 1.1.开普勒：太阳磁力的吸引；开普勒：太阳磁力的吸引； 2. 2.伽利略：伽利略：“惯性惯性”自行的维持；自行的维持； 3. 3.笛卡尔：太阳的漩涡带动行星和卫星一起运动；笛卡尔：太阳的

10、漩涡带动行星和卫星一起运动； 4. 4.胡克：太阳引力的缘故，并且力的大小与到太阳胡克：太阳引力的缘故，并且力的大小与到太阳距离的平方成反比。距离的平方成反比。 1.科学家对行星运动原因的各种猜想科学家对行星运动原因的各种猜想2.牛顿总结了地球对地面上的物体的引力、太阳对行星的引力、牛顿总结了地球对地面上的物体的引力、太阳对行星的引力、以及行星对卫星的引力，都遵守相同的规律，是同一性质的以及行星对卫星的引力，都遵守相同的规律，是同一性质的力。牛顿把这种引力规律做了推广，在力。牛顿把这种引力规律做了推广，在1687年发表了万有引年发表了万有引力定律。力定律。 3.万有引力定律内容万有引力定律内容

11、任何两个物体都是相互吸引的，引力任何两个物体都是相互吸引的，引力的大小与两个物体的乘积成正比，与他们的距离的平方成反的大小与两个物体的乘积成正比，与他们的距离的平方成反比。其数学表达式为：比。其数学表达式为：122Fm mrG122m mFGr1.m1和和m2表示两个物体的质量，表示两个物体的质量，r表示他们的距离，表示他们的距离，2.G为引力常数。为引力常数。G=6.671011 Nm2/kg2 G的物理意义的物理意义两质量各为两质量各为1kg的物体相距的物体相距1m时万有引时万有引力的大小。力的大小。万有引力定律的：万有引力定律的： 普遍性；普遍性；相互性；相互性；宏观性；宏观性；特殊性；

12、特殊性；适用条件；适用条件；万有引力公式适用于可视为质点的物体；万有引力公式适用于可视为质点的物体； r质点间的距离（球心距）。质点间的距离（球心距）。它在数值上等于两个质量都是它在数值上等于两个质量都是1kg的物体相距的物体相距1m时的相互时的相互作用力。作用力。适用于两个适用于两个或者两个或者两个之间的相互作用。之间的相互作用。（两物体为均匀球体时，（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） ： 万有引力定律的发现，对物理学、天文学的发展具有深万有引力定律的发现，对物理学、天文学的发展具有深远的影响。它把地面上物体运动的规律和天体运动的规律统远的影响。它把地面上物体运动的

13、规律和天体运动的规律统一了起来。在科学文化发展上起到了积极的推动作用，解放一了起来。在科学文化发展上起到了积极的推动作用，解放了人们的思想，给人们探索自然的奥秘建立了极大的信心，了人们的思想，给人们探索自然的奥秘建立了极大的信心，人们有能力理解天地间的各种事物。人们有能力理解天地间的各种事物。地球的质量大约为月球质量的地球的质量大约为月球质量的81倍。倍。 一飞行器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离之比为。 卡文迪许扭秤

14、卡文迪许扭秤rFrFmmmm卡文迪许扭称的测量方法 思考：思考：1、两个、两个1千克的物体间的万有引力很小，千克的物体间的万有引力很小，它是如何解决的？它是如何解决的？ 2、力很小读数如何解决？、力很小读数如何解决？把地球绕太阳公转看作是匀速圆周运动，轨道半径把地球绕太阳公转看作是匀速圆周运动，轨道半径约为约为1.51011m，已知引力常量，已知引力常量G=6.671011 Nm2/kg2，则可，则可估算出太阳的质量约为估算出太阳的质量约为 kg。地球绕太阳运转周期地球绕太阳运转周期:T=365246060=3.15107s地球绕太阳做匀速圆周运动的向心力由万有引力提供。地球绕太阳做匀速圆周运

15、动的向心力由万有引力提供。222()MmGmrrT 23211 302117244 3.14(1.5 10 ) 2 106.67 10(3.2 10 )rMkgGT 思考：仅用引力常量思考：仅用引力常量G、地球半径、地球半径R和重力加和重力加速度速度g，你能求出地球的质量吗？，你能求出地球的质量吗？解：设地球质量为解：设地球质量为M。地球表面一个质量。地球表面一个质量为为m的物体所受重力为的物体所受重力为mg，且可以近似，且可以近似地看作等于万有引力。因此有地看作等于万有引力。因此有2RMmGmg 地球质量地球质量GgRM2 例：一个半径比地球大2倍，质量是地球的36倍的行星，它表面的重力加速度是地球表面的重力加速度的（ ）A6倍B18倍C4倍D13.5倍