第一节 万有引力定律PPT讲稿.ppt

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1、第一节第一节 万有引力定律万有引力定律第1页，共24页，编辑于2022年，星期一一.天体究竟做怎样的运动在在在在古古古古代代代代，以以以以希希希希腊腊腊腊亚亚亚亚里里里里士士士士多多多多德德德德为为为为代代代代表表表表，认认认认为为为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。这这种种观点，就是观点，就是“地心说地心说地心说地心说”。1.1.地心说：托勒密地心说：托勒密(90-168)(90-168)公元二世纪，天文学家公元二世纪，天文学家托勒密，把当时天文学知识总，把当时天文学知识总，把当时天文学知识总，把当时天文学知识总结成宇宙的地心体系，发展完善了结成宇宙的地心体系，发展完

2、善了结成宇宙的地心体系，发展完善了结成宇宙的地心体系，发展完善了“地心说地心说地心说地心说”，描绘了一个，描绘了一个，描绘了一个，描绘了一个复杂的天体运动图象。复杂的天体运动图象。复杂的天体运动图象。复杂的天体运动图象。第2页，共24页，编辑于2022年，星期一托托勒勒密密认认为为，行行星星P P P P在在在在以以以以C C C C点点点点为为为为中中中中心心心心的的的的轨轨轨轨道道道道上上上上做做做做匀匀匀匀速速速速圆圆圆圆周周周周运运运运动动动动的的的的同同同同时时时时，圆圆圆圆心心心心C C C C点点点点也也也也沿沿沿沿以以以以O O O O点点点点为为为为圆圆圆圆心心心心的的的的轨

3、轨轨轨道道道道相相相相对对对对于于于于离离离离地地地地球球球球不不不不远远远远的的的的Q Q Q Q点点点点做做做做匀匀匀匀速速速速圆圆圆圆周周周周运运运运动动动动，这这这这两两两两种种种种运运运运动的复合，构成了行星的运动。动的复合，构成了行星的运动。动的复合，构成了行星的运动。动的复合，构成了行星的运动。“地心说地心说地心说地心说”行星运行行星运行行星运行行星运行图图图图一.天体究竟做怎样的运动1.1.地心说：托勒密地心说：托勒密(90-168)(90-168)第3页，共24页，编辑于2022年，星期一2.日心说：哥白尼(1473-1543)“日日日日心心心心说说说说”认认认认为为为为，太

4、太阳阳不不动动，处处于于宇宇宙宙的的中中心心，地地球球和和其它行星公转还同时自转其它行星公转还同时自转。“日日心心说说”对对天天体体的的描描述述大大为为简简化化，同同时时打打破破了了过过去去认认为为其其它它天天体体和和地地球球截截然然有有别别的的界界限限，是是一一项项真真正正的科学革命。的科学革命。波兰天文学家哥白尼经过近四年波兰天文学家哥白尼经过近四年的观测和计算，于的观测和计算，于15431543年出版了年出版了“天天体运行论体运行论”正式提出正式提出“日心说日心说”。第4页，共24页，编辑于2022年，星期一第5页，共24页，编辑于2022年，星期一2.日心说：哥白尼(1473-1543

5、)“日日心心说说”和和宗宗教教的的主主张张是是相相反反的的。为为宣宣传传和和捍捍卫卫这这个个学学说说，意意大大利利学学者者布布鲁鲁诺诺被被宗宗教教裁裁判判所所活活活活烧烧死死。伽伽利利略略受受到到残残酷酷的的迫迫害害，后后人人把把历历史史上上这这桩桩勇勇敢敢的的壮举形容为：壮举形容为：“哥白尼哥白尼拦住了太阳，推动了地球。拦住了太阳，推动了地球。”“日心说日心说日心说日心说”行星运行行星运行行星运行行星运行图图图图第6页，共24页，编辑于2022年，星期一第第第第 谷（丹麦）谷（丹麦）谷（丹麦）谷（丹麦）开普勒（德国）开普勒（德国）开普勒（德国）开普勒（德国）四年多的刻苦计算四年多的刻苦计算二

6、十年的精心观测二十年的精心观测否定否定19 19 种假设种假设 行星轨道为椭圆行星轨道为椭圆若是匀速圆若是匀速圆周运动周运动怎么回事怎么回事呢呢8分的误差分的误差 第7页，共24页，编辑于2022年，星期一 所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上。太阳处在所有椭圆的一个焦点上。开普勒第一定律(轨道定律)R RF FF F地球地球地球地球太阳太阳太阳太阳3.开普勒三大行星运动定律第8页，共24页，编辑于2022年，星期一 对于每一个行星而言，太阳和行星的连

7、线在对于每一个行星而言，太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相同的面积。相等的时间内扫过相同的面积。相等的时间内扫过相同的面积。相等的时间内扫过相同的面积。开普勒第二定律开普勒第二定律(面积定律面积定律)离太阳近时速度快，离太阳远时速度慢。离太阳近时速度快，离太阳远时速度慢。3.3.开普勒三大行星运动定律开普勒三大行星运动定律第9页，共24页，编辑于2022年，星期一R R 所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期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。的二次方的比值都相等。开普勒第三定律(周期

8、定律)比值比值比值比值k是与行星无关而只与是与行星无关而只与太阳有关的恒量。太阳有关的恒量。太阳有关的恒量。太阳有关的恒量。3.3.开普勒三大行星运动定律开普勒三大行星运动定律第10页，共24页，编辑于2022年，星期一 开普勒发现的行星运动定律为研究行星的运动提供了依开普勒发现的行星运动定律为研究行星的运动提供了依开普勒发现的行星运动定律为研究行星的运动提供了依开普勒发现的行星运动定律为研究行星的运动提供了依据。据。据。据。一.天体究竟做怎样的运动1.地心说（托勒密）与日心说（哥白尼）地心说（托勒密）与日心说（哥白尼）2.行星运动定律（开普勒）行星运动定律（开普勒）开普勒第一定律：开普勒第一

9、定律：(椭圆轨道定律椭圆轨道定律)开普勒第二定律：开普勒第二定律：(面积定律面积定律)开普勒第三定律开普勒第三定律 （周期定律）（周期定律）对行星如何绕太对行星如何绕太阳运动进行了确阳运动进行了确切的描述。切的描述。是什么原因使它们在各自的轨道上运动？是什么原因使它们在各自的轨道上运动？第11页，共24页，编辑于2022年，星期一伽利略伽利略二.万有引力定律的发现 行星的运动是太阳磁力吸引的缘故，磁力与距离成反比。行星的运动是太阳引吸引的缘故，并且力的大小与到太阳距离的平方成反比。太阳的漩涡带动行星和卫星一起运动。开普勒开普勒笛卡尔笛卡尔胡克胡克行星运动是行星运动是“惯性惯性”自行维持的。自行

10、维持的。行星为什么这样运动的？行星为什么这样运动的？行星为什么这样运动的？行星为什么这样运动的？第12页，共24页，编辑于2022年，星期一二.万有引力定律的发现月球为什么不会落到地球上来呢？苹果为什么会落地？苹果为什么会落地？苹果为什么会落地？苹果为什么会落地？如果苹果树长到月球那么高，苹果还会如果苹果树长到月球那么高，苹果还会如果苹果树长到月球那么高，苹果还会如果苹果树长到月球那么高，苹果还会落到地面吗？落到地面吗？落到地面吗？落到地面吗？月球为什么不会落到地球上呢？是因月球为什么不会落到地球上呢？是因月球为什么不会落到地球上呢？是因月球为什么不会落到地球上呢？是因为不受到地球的作用力吗？

11、为不受到地球的作用力吗？为不受到地球的作用力吗？为不受到地球的作用力吗？如果月球不受力，它将做直线运动，如果月球不受力，它将做直线运动，如果月球受重力，没有切向线速度，如果月球受重力，没有切向线速度，事实上，月球绕地球做匀速圆周运动需要事实上，月球绕地球做匀速圆周运动需要向心力，是地球对月球引力提供向心力，是地球对月球引力提供第13页，共24页，编辑于2022年，星期一二.万有引力定律的发现月球为什么不会落到地球上来呢？牛顿：牛顿：牛顿：牛顿：在前人研究的基础上，凭借他在前人研究的基础上，凭借他在前人研究的基础上，凭借他在前人研究的基础上，凭借他超凡的数学能力证明了：如果太阳和超凡的数学能力证

12、明了：如果太阳和超凡的数学能力证明了：如果太阳和超凡的数学能力证明了：如果太阳和行星间的引力与距离的二次方成反比，行星间的引力与距离的二次方成反比，行星间的引力与距离的二次方成反比，行星间的引力与距离的二次方成反比，则行星的轨迹是椭圆。并且阐述了普则行星的轨迹是椭圆。并且阐述了普则行星的轨迹是椭圆。并且阐述了普则行星的轨迹是椭圆。并且阐述了普遍意义下的万有引力定律。遍意义下的万有引力定律。遍意义下的万有引力定律。遍意义下的万有引力定律。第14页，共24页，编辑于2022年，星期一1.内容：宇宙间任何两个有质量的物体都存在相互吸宇宙间任何两个有质量的物体都存在相互吸引力，其大小与这两个物体的质量

13、的乘积成正比，引力，其大小与这两个物体的质量的乘积成正比，跟它们距离的平方成反比。跟它们距离的平方成反比。2.2.公式：公式：（GG叫引力常数）叫引力常数）叫引力常数）叫引力常数）rm1m2FF卡文迪许实验卡文迪许实验万有引力定律第15页，共24页，编辑于2022年，星期一【说明】【说明】【说明】【说明】m1 1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，表示他们的距离，表示他们的距离，G G为引力常数。为引力常数。G G=6.67101111 NmNm2 2/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1mm时万时万有引力

14、的大小。有引力的大小。3.适用条件：适适用用于于两两个个质质质质点点点点或或者者两两个个均均均均匀匀匀匀球球球球体体体体之之之之间间间间的的的的相相相相互互互互作作作作用用用用。（两物体为均匀球体时，（两物体为均匀球体时，（两物体为均匀球体时，（两物体为均匀球体时，r r为两球心间的距离）为两球心间的距离）为两球心间的距离）为两球心间的距离）第16页，共24页，编辑于2022年，星期一4.万有引力定律发现的重要意义：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

15、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，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

16、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。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。第17页，共24页，编辑于2022年，星期一1.如果有一天万有引力突然消失，世界将发生什么变化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？对你的生活将产生什么影响？2.万有引力定律指出，如何两个物体都存在着引力，为万有引力定律指出，如何两个物体都存在着引力，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，请估算一下你和同位同学之间的引力有多大？和同位同学之间的引力有

17、多大？第18页，共24页，编辑于2022年，星期一 粗略的计算一下两个质量为粗略的计算一下两个质量为粗略的计算一下两个质量为粗略的计算一下两个质量为50kg50kg，相距，相距，相距，相距0.5m0.5m的人之间的的人之间的的人之间的的人之间的引力？引力？引力？引力？一粒芝麻重的几千分之一一粒芝麻重的几千分之一!第19页，共24页，编辑于2022年，星期一课堂小结一.天体究竟做怎样的运动1.1.地心说（托勒密）与日心说（哥白尼）地心说（托勒密）与日心说（哥白尼）地心说（托勒密）与日心说（哥白尼）地心说（托勒密）与日心说（哥白尼）轨道定律轨道定律 面积定律面积定律 周期定律周期定律二.万有引力定

18、律（牛顿）：（G G 6.6710 6.671011 NmNm2 2kg2）适用条件：适用条件：适用条件：适用条件：两个质点两个质点两个质点两个质点 两个质量分布均匀球体两个质量分布均匀球体两个质量分布均匀球体两个质量分布均匀球体2.行星运动三大定律（开普勒）行星运动三大定律（开普勒）第20页，共24页，编辑于2022年，星期一1.1.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.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.一个苹果由于其质量很小，它受到地球的万有引力一

19、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几乎可以忽略C.地球对人造卫星的万有引力远大于卫星对地球的万地球对人造卫星的万有引力远大于卫星对地球的万有力有力D.地球表面的大气层是因为万有引力的约束而存在于地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球表面附近课堂练习D第21页，共24页，编辑于2022年，星期一2.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，下列办法可采，下列办法可采用的是（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

20、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1/4课堂练习ABC第22页，共24页，编辑于2022年，星期一3.3.地球的半径为地球的半径为地球的半径为地球的半径为R R，地球表面处物体所受的重力为，地球表面处物体所受的重力为，地球表面处物体所受的重力为，地球表面处物体所受的重力为mgmg，近似，近似，近似，近似等于物体所受的万有引力。关于物体在下列位置所受万有引等于物体所受的万有引力。关于物体在下列位置所受万有引等于物体所受的万有引力。关于物体在下列位置所受万有引等于物体所受的万有引力。关于物体在下列位置所受万有引力大小的说法中，正确的是（力大小的说法中，正确的是（力大小的说法中，正确的是（力大小的说法中，正确的是（）A.A.离地面高度离地面高度离地面高度离地面高度 R R 处为处为处为处为4mg 4mg B.B.离地面高度离地面高度离地面高度离地面高度 R R 处为处为处为处为 C.离地面高度离地面高度 2R 处为处为 D.D.离地面高度离地面高度离地面高度离地面高度 处为处为处为处为4mg4mg 课堂练习C第23页，共24页，编辑于2022年，星期一