魯科版必修2萬有引力定律及引力常量的測定 課件（40張）.pptVIP

人類認識地球及其運動的歷史 人類認識地球及其運動的歷史 蓋天說 中國古代 蓋天說是中國古代最早的一種宇宙結(jié)構(gòu)學說 這一學說認為 天是圓形的 像一把張開的大傘覆蓋在地上 地是方形的 像一個棋盤 日月星辰則像爬蟲一樣過往天空 因此這一學說又被稱為 天圓地方說 渾天說 中國古代 渾天說認為 地球不是孤零零地懸在空中的 而是浮在水上 后來又有發(fā)展 認為地球浮在氣中 因此有可能回旋浮動 這就是 地有四游 的樸素地動說的先河 渾天說認為全天恒星都布于一個 天球 上 而日月五星則附麗于 天球 上運行 這與現(xiàn)代天文學的天球概念十分接近 西方古代 亞里士多德公元前335年 地球是球形 是宇宙的中心 克羅狄斯 托勒密 約公元90年 168年 地心說 的集大成者 生于埃及 父母都是希臘人 古希臘天文學家 地理學家和光學家 托勒密地心體系 在當時的歷史條件下 托勒密提出的行星體系學說 是具有進步意義的 首先 它肯定了大地是一個懸空著的沒有支柱的球體 其次 地球不動的觀點符合了當時的宗教信仰 他的地心說也直到一千多年后才被推翻 哥白尼 波蘭天文學家 提出了日心說 并經(jīng)過長年的觀察和計算完成他的偉大著作 天球運行論 1533年 60歲的哥白尼在羅馬做了一系列的講演 但直到他臨近古稀之年才終于決定將它出版 1543年5月24日去世的那一天才收到出版商寄來的一部他寫的書 哥白尼的 日心說 沉重地打擊了教會的宇宙觀 他是歐洲文藝復(fù)興時期的一位巨人 日心說的主要觀點 1 地球是球形 2 地球是運動的 3 太陽是不動的 并且是宇宙的中心 4 地球圍著太陽轉(zhuǎn) 1548 1600 1564年2月25日 1642年1月8日 第五章第一節(jié) 萬有引力定律及引力常量的測定 遠古 人們就夢想能夠飛出地球 去探索星空的秘密 導(dǎo)入 從嫦娥奔月到 阿波羅 上天 勘測者 月球探測器 美國發(fā)射的月球軌道器 阿波羅 11號的登月艙 阿波羅 11號宇航員阿爾德林在月球表面 宇航員阿爾德林在美國國旗旁留影 阿波羅 15號的月球車 阿波羅 11號宇航員阿爾德林邁出登月艙 阿波羅 17號的月球車在月球上行駛 環(huán)繞月球飛行的 月球勘探者 探測器 嫦娥一號 問題 人類登月的夢想終于實現(xiàn) 那么人類是如何實現(xiàn)這些夢想呢 一 行星運動的規(guī)律 開普勒三大定律1571 1630 所有的行星繞太陽運動的軌道都是橢圓 太陽位于橢圓的一個焦點上 1 開普勒第一定律 軌道定律 2 開普勒第二定律 面積定律 太陽和行星的連線在相等的時間內(nèi)掃過的面積相等 思考 行星繞太陽運行時各點的速率相同嗎 3 開普勒第三定律 周期定律 所有行星的軌道半長軸r的立方跟公轉(zhuǎn)周期t的平方的比值成正比 r 半長軸t 公轉(zhuǎn)周期 關(guān)于行星繞太陽運動的下列說法中正確的是 a 所有行星都在同一橢圓軌道上繞太陽運動 b 行星繞太陽運動時太陽位于行星軌道的中心處 c 離太陽越近的行星運動周期越長 d 所有行星的軌道的半長軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等 d 想一想 為什么 行星繞恒星的運動軌道如果是圓形 那么運行周期t的平方與軌道半徑r的三次方的比為常數(shù) 設(shè)t2 r3 k 則常數(shù)k的大小 a 只與恒星的質(zhì)量有關(guān)b 與恒星的質(zhì)量及行星的的質(zhì)量有關(guān)c 只與行星的質(zhì)量有關(guān)d 與恒星的質(zhì)量及行星的的速度有關(guān) 小結(jié) r3 t2 k 無論是對于不同行星繞太陽轉(zhuǎn)還是對于不同衛(wèi)星繞同一個行星轉(zhuǎn) 都是合適的 只是k值不同 k與行星或衛(wèi)星無關(guān) 僅與中心天體有關(guān) a 行星為什么會如此運行呢 它們?yōu)槭裁醇炔粫撾x太陽 又不會墜向太陽呢 二 萬有引力定律 牛頓 1643年 格里歷 1月4日 1727年3月31日 經(jīng)過認真的思考 認為地面上物體的自由下落與天空中月亮圍繞地球轉(zhuǎn)動的道理是相同的 都是由于地球?qū)λ鼈冇幸ψ饔?為什么同時受重力作用 表現(xiàn)出的現(xiàn)象卻是一個是蘋果落地 一個是月亮圍繞地球轉(zhuǎn)動呢 月亮為什么不會象蘋果那樣落向地面呢 為了說明在重力作用下 為什么月亮不會落向地面而圍繞地球做圓周運動 牛頓給我們做了一個理想實驗來說明這一問題 牛頓的人造地球衛(wèi)星草圖 物體圍繞地球做圓周運動和蘋果落地一樣也是物體受到重力的一種外在表現(xiàn)形式 牛頓總結(jié)了前人的研究成果 運用開普勒三大定律和他在力學 數(shù)學方面的研究成果 提出了萬有引力定律 自然界中任何兩個物體都是相互吸引的 引力的方向沿兩物體的連線 引力的大小跟這兩個物體的質(zhì)量的乘積成正比 跟它們的距離的二次方成反比 1 內(nèi)容 2 表達式 1 質(zhì)量的單位用kg 距離的單位用m 力的單位用n 公式說明 均勻球體r指兩球心間距離 2 對于相距很遠可看做質(zhì)點的物體 r指質(zhì)點間的距離 3 g為引力常量 g 6 67 10 11n m2 kg2在數(shù)值上等于兩個質(zhì)量為1kg的物體相距1m時的相互作用力 例題 并排坐著的兩個人 他們的質(zhì)心相距0 5m 質(zhì)量分別是50kg和75kg 請用萬有引力定律來估算他們之間的引力 解 由估算可知 當兩物體質(zhì)量不夠大時 相互的引力非常小 通常忽略不計 引力常量的測量 扭秤實驗 1 實驗原理 科學方法 放大法 卡文迪許 卡文迪許實驗室 卡文迪許扭稱的測量方法 思考 1 兩個1千克的物體間的萬有引力很小 它是如何解決的 2 力很小讀數(shù)如何解決 扭秤實驗的物理思想和科學方法 扭秤裝置把微小力轉(zhuǎn)變成力矩來反映 扭轉(zhuǎn)角度又通過光標的移動來反映 從而確定物體間的萬有引力 實驗數(shù)據(jù)g值為6 67 10 11nm2 kg2g值的物理含義 兩個質(zhì)量為1kg的物體相距1m時 它們之間萬有引力為6 67 10 11n 如何利用萬有引力定律計算天體的質(zhì)量和天體的密度 宇宙間一切物體都是相互吸引著的 通常兩個物體間的萬有引力非常微小 但在天體系統(tǒng)中 由于天體的質(zhì)量均很大 萬有引力就起著決定性的作用 此作用集中體現(xiàn)在如下兩個方面 將物體在星球表面所受到的萬有引力近似看作等于物體的重力 星球表面的加速度近似看作是由萬有引力產(chǎn)生的 天體運動視為勻速圓周運動 萬有引力起著向心力的作用 天體質(zhì)量的計算 設(shè)m 是太陽的質(zhì)量 m是某個行星的質(zhì)量 r是它們之間的距離 t是行星繞太陽公轉(zhuǎn)的周期 那么行星做勻速圓周運動所需向心力為 而行星運動的向心力是由萬有引力提供的 所以