太阳与行星间的引力万有引力幻灯片.ppt

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1、太阳与行星间的引力万有引力第1页，共37页，编辑于2022年，星期五问题探究问题探究行星为什么绕太阳如此和行星为什么绕太阳如此和谐而又有规律地做椭圆运谐而又有规律地做椭圆运动？动？第2页，共37页，编辑于2022年，星期五第3页，共37页，编辑于2022年，星期五3知道引力常量的知道引力常量的测测定方法及其在物理学上的定方法及其在物理学上的重要意重要意义义学学习习目目标标：1.知道太阳与行星知道太阳与行星间间存在引力作用及行星存在引力作用及行星绕绕太阳太阳运运动动的向心力是由太阳的向心力是由太阳对对它的引力提供它的引力提供2了解万有引力定律的了解万有引力定律的发现过发现过程，理解万有引程，理解

2、万有引力定律的内容，会用万有引力定律公式解决有力定律的内容，会用万有引力定律公式解决有关关问题问题，注意公式的适用条件，注意公式的适用条件重点重点难难点：点：1.万有引力定律及其万有引力定律及其应应用用2月月地地检验检验第4页，共37页，编辑于2022年，星期五伽利略伽利略行星的运动是受到了来自太阳行星的运动是受到了来自太阳的类似于磁力的作用的类似于磁力的作用 ，与距离，与距离成反比。成反比。行星的运动是太阳吸引的缘行星的运动是太阳吸引的缘故，并且力的大小与到太阳距故，并且力的大小与到太阳距离的平方成反比。离的平方成反比。在行星的周围有旋转的物质在行星的周围有旋转的物质(以太以太)作用在作用在

3、行星上，使得行星绕太阳运动。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。一切物体都有合并的趋势。科科学学足足迹迹第5页，共37页，编辑于2022年，星期五科科学学足足迹迹牛顿牛顿 (16431727)(16431727)英国著名的物理学家英国著名的物理学家 当年牛顿在前人研究当年牛顿在前人研究的基础上，并凭借其超的基础上，并凭借其超凡的数学能力和坚定的凡的数学能力和坚定的信念，深入研究，最终信念，深入研究，最终发现了发现了万有引力定律万有引力定律。牛顿在牛顿在16761676年给友人的信中写道：年给友人的信中写道：如果说我看的比别人更远，那是因如果说我看

4、的比别人更远，那是因为我站在巨人的肩膀上。为我站在巨人的肩膀上。第6页，共37页，编辑于2022年，星期五建建立立模模型型诱思：诱思：行星的实际运动是椭圆运动，行星的实际运动是椭圆运动，但我们还不了解椭圆运动规律，那但我们还不了解椭圆运动规律，那应该怎么办？能把它简化成什么运应该怎么办？能把它简化成什么运动呢？动呢？太阳太阳行星行星a第7页，共37页，编辑于2022年，星期五建建立立模模型型太阳太阳行星行星r太阳太阳行星行星a诱思：诱思：既然把行星绕太既然把行星绕太阳的运动简化为圆周运阳的运动简化为圆周运动。那么行星绕太阳运动。那么行星绕太阳运动可看成匀速圆周运动动可看成匀速圆周运动还是变速圆

5、周运动？还是变速圆周运动？简简化化行星绕太阳做匀速圆周行星绕太阳做匀速圆周运动需要向心力，那什运动需要向心力，那什么力来提供做向心力？么力来提供做向心力？这个力的方向怎么样？这个力的方向怎么样？第8页，共37页，编辑于2022年，星期五建建立立模模型型诱思：诱思：太阳对行太阳对行星的引力星的引力提供作为提供作为向心力，向心力，那这个力那这个力大小有什大小有什么样定量么样定量关系？关系？F太阳太阳行星行星行星行星第9页，共37页，编辑于2022年，星期五科科学学探探究究消去消去v行星运行速度行星运行速度v容易观测？容易观测？怎么办？怎么办？消去消去T讨论讨论第10页，共37页，编辑于2022年，

6、星期五科科学学探探究究关系式中关系式中m m是受力是受力天体还是施力天天体还是施力天体的质量？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请用中文描述这请用中文描述这个关系式！个关系式！太阳太阳对对行星行星的引力跟受力的引力跟受力星体的质量成正比，与行星体的质量成正比，与行星、太阳距离的二次方成星、太阳距离的二次方成反比反比.F行行星星太太阳阳F既然太阳对行星有既然太阳对行星有引力，那么行星对引力，那么行星对太阳有引力？它有太阳有引力？它有怎么样定量的关系怎么样定量的关系？第11页，共37页，编辑于2022年，星期五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

7、行星星太太阳阳F类类比比法法牛牛 三三行星对太阳的引力行星对太阳的引力F跟跟太阳的质量成正比，与太阳的质量成正比，与行星、太阳距离的二次行星、太阳距离的二次方成反比方成反比.太阳太阳对对行星行星的引力跟受力的引力跟受力星体的质量成正比，与行星体的质量成正比，与行星、太阳距离的二次方成星、太阳距离的二次方成反比反比.第12页，共37页，编辑于2022年，星期五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类类比比法法牛牛 三三F 和和F 是一对作用力是一对作用力和反作用力，那么可以和反作用力，那么可以得出得出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的关系的关系式

8、有什么关系？式有什么关系？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：沿着太阳与行方向：沿着太阳与行星间的连线星间的连线。第13页，共37页，编辑于2022年，星期五第第二二节节小小结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14页，共37页，编辑于2022年，星期五三、万有引力定律三、万有引力定律1.内容:自然界中任何两个物体都是相互吸引的，引力的 大小跟这两个物体的质量的乘积成正比，跟它们的 距离的二次方成反比.2.表达式：如果用m1,m2表示两物体的质量,用r表示两

9、物体间 的距离,那么万有定律可以表示为:3 3、说明：、说明：注意！第18页，共37页，编辑于2022年，星期五(2)距离距离r：公式中的：公式中的r是两个是两个质质点点间间的距离，的距离，对对于均匀球于均匀球体，就是两球心体，就是两球心间间的距离的距离1.对于两个质量均匀的球体，对于两个质量均匀的球体，r指两个球心之间的距离。指两个球心之间的距离。2.对于两个相距很远的质点，对于两个相距很远的质点，r指两个质点之间的距离。指两个质点之间的距离。3.r不可能为零。不可能为零。关于r的几点说明：第19页，共37页，编辑于2022年，星期五2万有引力定律适用的条件万有引力定律适用的条件(1)万有引

10、力定律适用于两个万有引力定律适用于两个质质点点间间的相互作用的相互作用(2)一个均匀球体与球外一个一个均匀球体与球外一个质质点点间间的万有引力，的万有引力，可用公式可用公式计计算，算，r为为球心到球心到质质点点间间的距离的距离3对对万有引力定律的理解万有引力定律的理解第20页，共37页，编辑于2022年，星期五四性四性内容内容普遍性普遍性万有引力不万有引力不仅仅存在于太阳与行星、地球与月球之存在于太阳与行星、地球与月球之间间，宇宙宇宙间间任何两个有任何两个有质质量的物体之量的物体之间间都存在着都存在着这这种相种相互吸引的力互吸引的力相互性相互性两个有两个有质质量的物体之量的物体之间间的万有引力

11、是一的万有引力是一对对作用力和作用力和反作用力，反作用力，总总是是满满足大小相等，方向相反，作用在足大小相等，方向相反，作用在两个物体上两个物体上宏宏观观性性地面上的一般物体之地面上的一般物体之间间的万有引力比的万有引力比较较小，与其他小，与其他力比力比较较可忽略不可忽略不计计，但在，但在质质量巨大的天体之量巨大的天体之间间，或，或天体与其附近的物体之天体与其附近的物体之间间，万有引力起着决定性作，万有引力起着决定性作用用特殊性特殊性两个物体之两个物体之间间的万有引力只与它的万有引力只与它们们本身的本身的质质量和它量和它们间们间的距离有关，而与所在空的距离有关，而与所在空间间的性的性质质无关，

12、也与无关，也与周周围围是否存在其他物体无关是否存在其他物体无关第21页，共37页，编辑于2022年，星期五特特别别提醒：提醒：(1)任任何何物物体体间间的的万万有有引引力力都都是是同同种种性性质质的的力力 (2)任何有任何有质质量的物体量的物体间间都存在万有引力，都存在万有引力，一般情况下，一般情况下，质质量量较较小的物体之小的物体之间间万有引力万有引力忽略不忽略不计计，只考，只考虑虑天体天体间间或天体或天体对对附近或表附近或表面的物体的万有引力面的物体的万有引力第22页，共37页，编辑于2022年，星期五例题：估算两个质量50kg的同学相距0.5m时之间的万有引力约有多大？答案：答案：6.6

13、710-7牛牛建立物理模型质点质点第23页，共37页，编辑于2022年，星期五二、万有引力和重力的关系二、万有引力和重力的关系1重力是万有引力的一个分力重力是万有引力的一个分力重力是由于地球的吸引而重力是由于地球的吸引而产产生的，但能否生的，但能否说说万有引万有引力就是重力呢？分析力就是重力呢？分析这这个个问题应问题应从地球自从地球自转转入手，入手，在地球表面上的物体所受的万有引力在地球表面上的物体所受的万有引力F可以分解成物可以分解成物体所受到的重力体所受到的重力G和随地球自和随地球自转转而做而做圆圆周运周运动动的向心力的向心力F，如，如图图621所示，所示，问问题题：万万有有引引力力与与重

14、重力力之之间间的的关关系系？第24页，共37页，编辑于2022年，星期五F引F向G第25页，共37页，编辑于2022年，星期五即：即：应用：应用：1 1、已知地球的半径和地球表面的重力加速、已知地球的半径和地球表面的重力加速度，就可以求出地球的质量；度，就可以求出地球的质量；2 2、这个公式同样应用于其它星球。、这个公式同样应用于其它星球。(黄金代换式）黄金代换式）第26页，共37页，编辑于2022年，星期五特殊位置第27页，共37页，编辑于2022年，星期五第28页，共37页，编辑于2022年，星期五4在高空在高空处处的重力的重力假如假如说说物体距地面的高度物体距地面的高度为为h，在忽略地球

15、自，在忽略地球自转转的条件下有：的条件下有：mghG，而，而gR2GM.解得：解得：gh()2g.第29页，共37页，编辑于2022年，星期五三、万有引力定律三、万有引力定律万有引力定律重要意义是是17世纪自然科学最伟大的成果之一。世纪自然科学最伟大的成果之一。它把地面上物体运动它把地面上物体运动的规律和天体运动的规律统一起来，对以后物理学和天文学的发的规律和天体运动的规律统一起来，对以后物理学和天文学的发展具有深远的影响。它第一次揭示了自然界中一种基本相互作用展具有深远的影响。它第一次揭示了自然界中一种基本相互作用的规律，在人类认识自然的历史上树立了一座里程碑。的规律，在人类认识自然的历史上

16、树立了一座里程碑。在科学文化发展史上起到了积极的推动作用，解放了人在科学文化发展史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，人们们的思想，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。有能力理解天地间的各种事物。这个关系式表明，随着高度的增加，重力加速度会减小在计算时，这个因素有时是不能忽略的第30页，共37页，编辑于2022年，星期五四、引力常量测定四、引力常量测定（1）实验原理：）实验原理：科学方法科学方法放大法放大法卡文迪许卡文迪许卡文迪许实验室卡文迪许实验室第32页，共37页，编辑于2022年，星期五四、引力常量测定四、引力

17、常量测定第33页，共37页，编辑于2022年，星期五四、引力常量测定四、引力常量测定（）实验数据（）实验数据 G值为值为6.6710-11 Nm2/kg2 G值的物理含义：值的物理含义：两个质量为两个质量为1kg的质点相距的质点相距1m时，它们之间时，它们之间万有引力为万有引力为6.6710-11 N（3）巧妙之处）巧妙之处A、把微小力（根本不可能察觉不到的力）转变成、把微小力（根本不可能察觉不到的力）转变成力矩来反映（一次放大）力矩来反映（一次放大）第34页，共37页，编辑于2022年，星期五（）实验数据（）实验数据B、扭转的微小角度又通过光标的移动来反映（、扭转的微小角度又通过光标的移动来反映（二次二次放大）放大）第35页，共37页，编辑于2022年，星期五第三节小结第三节小结1 1、牛顿发现万有引力定律的过程、牛顿发现万有引力定律的过程2 2、万有引力定律、万有引力定律1 1）内容）内容2 2）公式）公式3 3）公式适用范围：公式适用范围：质点之间和均匀的球体之间质点之间和均匀的球体之间G=6.6710-11Nm2/kg23 3、卡文迪许实验、卡文迪许实验第36页，共37页，编辑于2022年，星期五第37页，共37页，编辑于2022年，星期五