物理太阳与行星间的引力.pptx

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1、问题提出行星为什么绕太阳如此和谐而又有规律地做椭圆运动呢？第1页/共37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 ，与距离成反比。与距离成反比。行星的运动是太阳吸引的缘故，行星的运动是太阳吸引的缘故，行星的运动是太阳吸引的缘故，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并且力的大小与到太阳距离的平方并且力的大小与到太阳距离的平方并且力的大小与到太阳距离的平方成反比。成反比。成反比。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。开普勒开普勒笛卡尔笛卡尔胡克胡克一切物体都有合并的趋势。一切物体

2、都有合并的趋势。科学足迹第2页/共37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当年牛顿在前人研究的基础上，也经过类的基础上，也经过类似的思考，并凭借其似的思考，并凭借其超凡的数学能力和坚超凡的数学能力和坚定的信念，深入研究，定的信念，深入研究，最终发现了最终发现了万有引力万有引力定律定律。第3页/共37页建立模型问题问题1：行星的实际运：行星的实际运动是椭圆运动，但我们动是椭圆运动，但我们还不了解椭圆运动规律，还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

3、简化成什么运动呢？太阳太阳行星行星a第4页/共37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第5页/共37页建立模型太阳

4、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？简化问题问题3:3:行星绕太阳行星绕太阳做匀速圆周运动需做匀速圆周运动需要向心力，那什么要向心力，那什么力来提供做向心力力来提供做向心力？这个力的方向怎这个力的方向怎么样？么样？第6页/共37页建立模型问题问题4：太：太阳对行星的阳对行星的引力提供向引力提供向心力，那这心力，那这个力大小有个力大小有什么样定量什么样定量关系？关系？F太阳太阳行星行星第7页/共37页科科学学探探究究消去消去v行星运行速度v容易观测？怎么办？消去消去T第8页/共37页科科学学

5、探探究究关系式中关系式中m m是受是受力天体还是施力力天体还是施力天体的质量？天体的质量？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的引力跟受力星体的质量成正比，力星体的质量成正比，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.F行星太阳F问题问题5：既然太：既然太阳对行星有引力，阳对行星有引力，那么行星对太阳那么行星对太阳有无引力？它有有无引力？它有怎么样的定量关怎么样的定量关系呢？系呢？第9页/共37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行星太阳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

6、，跟太阳的质量成正比，与行星、太阳距离的与行星、太阳距离的二次方成反比二次方成反比.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.第10页/共37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的关系式有的关系式有什么关系？什么关系？牛三牛三G为比例系数，为比例系数，与太阳、行星与太阳、行星无关。无关。方向：方向：沿着太阳与行星间的连线连线。第11页/共37页太阳与行星间的引力：写成等式有：G是一个常量

7、，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。第12页/共37页 1、下列关于行星对太阳的引力的说法、下列关于行星对太阳的引力的说法中正确的是（中正确的是（）A.行星对太阳的引力与太阳对行星的行星对太阳的引力与太阳对行星的引力是同一性质的力引力是同一性质的力 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太阳对行星的引力大于行星对太阳的引力的引力 D.行星对太阳的引力大小与太阳的质行星对太阳的引力大小与

8、太阳的质量成正比，与行星距太阳的距离成反比量成正比，与行星距太阳的距离成反比随堂练习 A第14页/共37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，绕太阳运行的轨道半径分别是太阳运行的轨道半径分别是r1和和r2，若它，若它们只受太阳引力的作用，那么这两个行们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（星的向心加速度之比为（）A1 B.C.D.随堂练习 D第15页/共37页3下面关于行星绕太阳旋转的说下面关于行星绕太阳旋转的说法中正确的是（法中正确的是（）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

9、.离太阳越近的行星的向心加离太阳越近的行星的向心加速度越大速度越大 D.离太阳越近的行星受到太阳离太阳越近的行星受到太阳的引力越大的引力越大随堂练习 BC 第16页/共37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第17页/共37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第18页/共37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

10、日点B呢？AB第19页/共37页思考与讨论 3、请你运用已有知识，分析开、请你运用已有知识，分析开普勒第二定律所描述的，地球在椭圆普勒第二定律所描述的，地球在椭圆轨道上运动经过轨道上运动经过A、B两个位置时，两个位置时，运动快慢变化的原因运动快慢变化的原因。太阳地球BAFvFv第20页/共37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.课时作业第21页/共37页设 想 1.1.既然是行星与太阳之间的力使得行星不能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飞离太阳，那么

11、，地球与太阳之间的吸引力会不会与地球吸引苹果的力是会与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，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，这个力都不会发现重力有明显的减弱，那么，这个力会会不会延伸作用到月球上且拉住月球围绕地球运动不会延伸作用到月球上且拉住月球围绕地球运动呢？呢？这个力，与拉着苹果下落的力，以及地球、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，众行星与太阳之间的作用力是否是同一种性质力，遵循相同的规律呢遵循相同的规律呢?第22页/共37页第23页/共37页 月球到

12、地心的距离是地面上物体到地心距月球到地心的距离是地面上物体到地心距离离(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到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离的二次方成反比，那么月球的向心加速度应该是地面上物体重力加速度该是地面上物体重力加速度g g的的1/601/602 2。一一 月月地检验地检验第24页/共37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，轨道天，轨道半径半径3.84103.84105 5kmkm，地球表面的物体受

13、，地球表面的物体受到地球的引力可近似认为等于物体的到地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重力，物体的重力加速度为9.8m/s9.8m/s2 2.地球的半径为月球绕地球运转半径的地球的半径为月球绕地球运转半径的 .第25页/共37页 牛顿根据月球的周期和轨道半径，计算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：了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/

14、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两者十分接近，为牛顿的假想提供了有力的事实根据力的事实根据 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，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。与月球所受地球的引力，真的是同一种力。第26页/共37页 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“与两个物体质量成正比，与它们的距离的二次方成反比”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间。第27页/共37页 2 2、表达式：N.N.其中，引力常

15、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，引力的大小跟这两个物体的质量m m1 1和和m m2 2的的乘积成正比，跟它们的距离乘积成正比，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第28页/共37页 严格地说，万有引力定律只适用于质严格地说，万有引力定律只适用于质点间的相互作用点间的相互作用 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是两个球体球心间的

16、距离距离 一个均匀球体与球外一个质点的万有一个均匀球体与球外一个质点的万有引力也适用，其中引力也适用，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，其中时，公式也近似适用，其中r r为两物体质心间为两物体质心间的距离的距离3 3、万有引力定律的适应条件第29页/共37页 牛顿发现了万有引力，但却无法算出两个天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体之间万有引力的大小，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

17、卡文迪许在实在实验室里通过几个铅球之间万有引力的测量，比较验室里通过几个铅球之间万有引力的测量，比较准确地得出了准确地得出了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引力常量是自然界中少数几个最重要的物理常量之一。常量之一。三三 引力常量引力常量第30页/共37页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，不管它们之间是否还有其他作用力 (2)宏

18、观性质量巨大天体之间，万有引力起决定性作用 (3)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、认识宇宙的信心第31页/共37页G值的测量：卡文迪许扭秤实验 第32页/共37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第33页/共37页扭秤实验的物理思想和科学方法：扭秤装置把微小力转变成力矩来反映，扭转角度又通过光标的移动来反映从而确定物体间的万有引力 rFrFmmmm第34页/共37页问题3分析扭秤实验装置测量G的原理和实验装置设计的巧妙之处？第35页/共37页第36页/共37页感谢您的观看！第37页/共37页