太阳与行星的引力和万有引力定律.pptx

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1、会计学1太阳与行星的引力和万有引力定律太阳与行星的引力和万有引力定律第1页/共31页 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第2页/共31页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

2、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。科学的足迹科学的足迹科学的足迹科学的足迹第3页/共31页行星行星太阳太阳

3、 简化模型简化模型简化模型简化模型追寻牛顿的足迹追寻牛顿的足迹追寻牛顿的足迹追寻牛顿的足迹演绎与推理演绎与推理演绎与推理演绎与推理第4页/共31页一、一、太阳对行星的引力太阳对行星的引力太阳对行星的引力太阳对行星的引力1 1 1 1、设行星的质量为、设行星的质量为、设行星的质量为、设行星的质量为m m m m，速度为，速度为，速度为，速度为v v v v，行星到太阳的距，行星到太阳的距，行星到太阳的距，行星到太阳的距离为离为离为离为r r 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，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

4、对行星的引力来提供由太阳对行星的引力来提供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有有代代入入得得第5页/共31页3、根据开普勒第、根据开普勒第三定律三定律即即得得代入代入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，与行星的质量成正行星的质量成正比比，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第6页/共31页二、行星对太阳的二、行星对太阳的引力引力根据牛顿第三定律，行星对太阳根据牛顿第

5、三定律，行星对太阳的引力的引力F应满足应满足2,rMFFF行行星星太太阳阳第7页/共31页三、太阳与行星间的引三、太阳与行星间的引力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第8页/共31页月亮绕地球运行月亮绕地球运行第9页/共31页苹苹果果落落地地第10页/共31页苹果与月亮受到的力可苹果与月亮受到的力可能是同一种力能是同一种力!可能是地球表面的重力可能是地球表面的重力延伸到月亮。延伸到月亮。而且而且都类似太阳都类似太阳与与行星行星间的引力，它

6、们都应遵间的引力，它们都应遵从从“与距离平方成反比与距离平方成反比”的关系。的关系。一、牛顿的思考一、牛顿的思考第11页/共31页 当时已知的一些量：当时已知的一些量：地表重力加速度：地表重力加速度：g=9.8m/s2 地球半径：地球半径：R=6400103m 月亮周期：月亮周期：T=27.3天天2.36106s 月亮轨道半径：月亮轨道半径：r 60R 那么，通过这些已知条件如何来证明：那么，通过这些已知条件如何来证明：苹果、月亮受力也满足苹果、月亮受力也满足“平方反比平方反比”的的关系呢？关系呢？证明苹果、月亮受力满足证明苹果、月亮受力满足“平方反比平方反比”的关的关系系第12页/共31页目

7、的：地面上的重力与地吸引月球是同一目的：地面上的重力与地吸引月球是同一性质的力吗？性质的力吗？假定维持月球绕地球运动的力以及地面物体所受的假定维持月球绕地球运动的力以及地面物体所受的引力和太阳与行星之间的力遵循同一规律。（已知引力和太阳与行星之间的力遵循同一规律。（已知月球轨道半径月球轨道半径(r)是地球半径是地球半径(R)的的60倍倍）（1）将物体放在地球表面上所受引力为：将物体放在地球表面上所受引力为：（3）两者比值：）两者比值：（2）将物体放在月球轨道上所受引力为：）将物体放在月球轨道上所受引力为：第13页/共31页（4）在牛顿那个时代已经比较精确地测定月球与）在牛顿那个时代已经比较精确

8、地测定月球与地球的距离地球的距离r384400km、月球的公转周期为、月球的公转周期为27.3天。我们想一个可行的方法，测出月球轨道天。我们想一个可行的方法，测出月球轨道上某物体的加速度。上某物体的加速度。结论：结论：月球绕地球运动的力以及地面物体所月球绕地球运动的力以及地面物体所受地球的引力和太阳与行星之间的力遵循同受地球的引力和太阳与行星之间的力遵循同一规律。一规律。第14页/共31页 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、牛顿的智慧第15页/共31页一、万有引力定律一、万有引力定律 自然界中任何两个物体都相互吸引

9、，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 1、适用条件、适用条件、适用条件、适用条件 ：仅仅适用于两个适用于两个适用于两个适用于两个质点质点质点质点或者两个或者两个或者两个或者两个均匀球体均匀球体均匀球体均匀球体之之之之间的相互作用。（两物体为均匀球体时，间的相互作用。（两物体为均匀球体时，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 r为两球心间的距离）

10、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31页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、引力常量的测量扭秤实验（1）实验原理：科学方法放大法第17页/共31页（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（4）卡文迪许扭称实验的意义：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；开创了微小量测量的先河，使科学放大思想得到了推广。第18页/共31页万有引力定律的验证万有引力定律的验证-哈雷彗星回归预测哈雷彗星回

11、归预测哈雷彗星哈雷彗星1682 年年8 月出现月出现 1758 年年12 月月25 日晚回归日晚回归哈雷哈雷第19页/共31页3、万有引力定律发现的意义、万有引力定律发现的意义（1 1）第一次揭示了自然界中的）第一次揭示了自然界中的一种基本相互作用规律一种基本相互作用规律（2 2）使人们建立了信心：人们）使人们建立了信心：人们有能力理解天地间各种事物，有能力理解天地间各种事物，万有万有引力定律的发现是引力定律的发现是17世纪世纪自然自然科学最伟大的成果之一。科学最伟大的成果之一。第20页/共31页 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粗略的计算一下两个质量为粗略的计

12、算一下两个质量为50kg50kg，相距相距相距相距0.5m0.5m的人之间的引力？的人之间的引力？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!第21页/共31页例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)第22页/共31页 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

13、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两个物体相互作用的引力是一对作用力与反作用力与反作用力.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，它的存在才有的天体间，或天体与物体间，它的存在才有实际上的意义实际上的意义.第23页/共31页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

14、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

15、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课堂练习课堂练习D D第24页/共31页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1/4课

16、堂练习课堂练习ABCABC第25页/共31页3.3.操场两边放着半径为操场两边放着半径为操场两边放着半径为操场两边放着半径为r r1 1、r r2 2，质量分别为，质量分别为，质量分别为，质量分别为mm1 1、mm2 2的篮球和足球，两者的直线间距为的篮球和足球，两者的直线间距为的篮球和足球，两者的直线间距为的篮球和足球，两者的直线间距为r r，这两球间的万，这两球间的万，这两球间的万，这两球间的万有引力大小为（有引力大小为（有引力大小为（有引力大小为（）A.B.A.B.C.D.C.D.无法判断无法判断无法判断无法判断课堂练习课堂练习C Cr第26页/共31页4.4.地球的半径为地球的半径为地

17、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，近似等于物体所受的万有引力。关于物体在下，近似等于物体所受的万有引力。关于物体在下，近似等于物体所受的万有引力。关于物体在下，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力大小的说法中，正确的是（列位置所受万有引力大小的说法中，正确的是（列位置所受万有引力大小的说法中，正确的是（列位置所受万有引力大小的说法中，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

18、高度离地面高度离地面高度 R R 处为处为处为处为 C.C.离地面高度离地面高度离地面高度离地面高度 2R 2R 处为处为处为处为 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 课堂练习课堂练习C C第27页/共31页三、卡文迪许的扭秤实验三、卡文迪许的扭秤实验课堂小结课堂小结万有引力定律（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。第28页/共31页第29页/共31页共共勉勉nKeep your eyes on the stars and your feet on the ground.n -Theodore Roosevelt Thank you!第30页/共31页