6.2-6.3太陽與行星的引力-和萬有引力定律-ppt課件

1、*開普勒三定律開普勒三定律開普勒第一定律開普勒第一定律所有行星都在大小不同的橢圓軌道所有行星都在大小不同的橢圓軌道上圍繞太陽運動，太陽在這些橢圓上圍繞太陽運動，太陽在這些橢圓的一個焦點上的一個焦點上;開普勒第二定律開普勒第二定律對每顆行星來說，太陽和行星的連對每顆行星來說，太陽和行星的連線在相等的時間掃過相等的面積線在相等的時間掃過相等的面積;開普勒第三定律開普勒第三定律所有行星的軌道的半長軸的三次方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跟公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等.kTR23k k值只與中心天體有關(guān)，與環(huán)繞天體無關(guān)值只與中心天體有關(guān)，與環(huán)繞天體無關(guān)太陽太陽行星行星bv

2、a 什么力來維持行星繞太陽的運動什么力來維持行星繞太陽的運動呢呢科學(xué)的足跡科學(xué)的足跡行星行星太陽太陽 簡化模型簡化模型追尋牛頓的足跡追尋牛頓的足跡演繹與推理演繹與推理一、太陽對行星的引一、太陽對行星的引力力1 1、設(shè)行星的質(zhì)量為、設(shè)行星的質(zhì)量為m m，速度為，速度為v v，行星到太陽的距，行星到太陽的距離為離為r r，則行星繞太陽做勻速圓周運動的向心力，則行星繞太陽做勻速圓周運動的向心力由太陽對行星的引力來提供由太陽對行星的引力來提供rvF2m2 2、天文觀測難以直接得到行星的速度、天文觀測難以直接得到行星的速度v v，但可以，但可以得到行星的公轉(zhuǎn)周期得到行星的公轉(zhuǎn)周期T TTrv2有有rvF

3、2m代入代入224TmrF得得3、根據(jù)開普勒第三定律、根據(jù)開普勒第三定律kTr23krT32224rmkF即即得得224TmrF代入代入4、太陽對行星的引力、太陽對行星的引力 2rmF 太陽對不同行星的引力，與行星的質(zhì)量成正太陽對不同行星的引力，與行星的質(zhì)量成正比，與行星和太陽間的距離的二次方成反比比，與行星和太陽間的距離的二次方成反比二、行星對太陽的引力二、行星對太陽的引力根據(jù)牛頓第三定律，行星對太陽根據(jù)牛頓第三定律，行星對太陽的引力的引力F應(yīng)滿足應(yīng)滿足2,rMFFF行行星星太陽太陽三、太陽與行星間的引力三、太陽與行星間的引力2rMmF 2rMmGF 概括起來有概括起來有G比例系數(shù)，與太陽、

4、行星的質(zhì)量無關(guān)比例系數(shù)，與太陽、行星的質(zhì)量無關(guān)則太陽與行星間的引力大小為則太陽與行星間的引力大小為方向：沿著太陽和行星的連線方向：沿著太陽和行星的連線月亮繞地球運行月亮繞地球運行蘋蘋果果落落地地蘋果與月亮受到的力可蘋果與月亮受到的力可能是同一種力能是同一種力! !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。而且都類似太陽與行星而且都類似太陽與行星間的引力，它們都應(yīng)遵間的引力，它們都應(yīng)遵從從“與距離平方成反比與距離平方成反比的關(guān)系。的關(guān)系。一、牛頓的思考一、牛頓的思考 當(dāng)時已知的一些量：當(dāng)時已知的一些量： 地表重力加速度：地表重力加速度：g = 9.8m/s2 地球半徑：地球

5、半徑： R = 6400103m 月亮周期：月亮周期： T = 27.3天天2.36106s 月亮軌道半徑：月亮軌道半徑：r 60R 那么，通過這些已知條件如何來證明：那么，通過這些已知條件如何來證明：蘋果、月亮受力也滿足蘋果、月亮受力也滿足“平方反比平方反比的的關(guān)系呢？關(guān)系呢？證明蘋果、月亮受力滿足證明蘋果、月亮受力滿足“平方反比的關(guān)平方反比的關(guān)系系目的：地面上的重力與地吸引月球是同一目的：地面上的重力與地吸引月球是同一性質(zhì)的力嗎？性質(zhì)的力嗎？假定維持月球繞地球運動的力以及地面物體所受的假定維持月球繞地球運動的力以及地面物體所受的引力和太陽與行星之間的力遵循同一規(guī)律。（已知引力和太陽與行星之

6、間的力遵循同一規(guī)律。（已知月球軌道半徑月球軌道半徑(r)是地球半徑是地球半徑(R)的的60倍倍 ） （1將物體放在地球表面上所受引力為：將物體放在地球表面上所受引力為：（3兩者比值：兩者比值：（2將物體放在月球軌道上所受引力為：將物體放在月球軌道上所受引力為：（4在牛頓那個時代已經(jīng)比較精確地測定月球與在牛頓那個時代已經(jīng)比較精確地測定月球與地球的距離地球的距離r384400km、月球的公轉(zhuǎn)周期為、月球的公轉(zhuǎn)周期為27.3天。我們想一個可行的方法，測出月球軌道天。我們想一個可行的方法，測出月球軌道上某物體的加速度。上某物體的加速度。 2322821072. 2)3600243 .272(10844

7、. 3)2(smsmTra136021072. 28 . 923221smsmagFF結(jié)論：月球繞地球運動的力以及地面物體所受地結(jié)論：月球繞地球運動的力以及地面物體所受地球的引力和太陽與行星之間的力遵循同一規(guī)律。球的引力和太陽與行星之間的力遵循同一規(guī)律。 2121FFFF 牛頓的這一猜想非常大膽，將天上和人間連接在了一起！三、牛頓的智慧三、牛頓的智慧一、萬有引力定律一、萬有引力定律 自然界中任何兩個物體都相互吸自然界中任何兩個物體都相互吸引，引力的大小跟這兩個物體的質(zhì)量引，引力的大小跟這兩個物體的質(zhì)量的乘積成正比，跟它們的距離的平方的乘積成正比，跟它們的距離的平方成反比。成反比。221rmmG

8、F G為引力常量，為引力常量，r為兩物體間的距離。為兩物體間的距離。表達(dá)式：表達(dá)式：卡文迪許卡文迪許卡文迪許扭秤實驗卡文迪許扭秤實驗2 2、引力常量的測量、引力常量的測量扭秤實驗扭秤實驗（1 1實驗原理：科學(xué)方法實驗原理：科學(xué)方法放大法放大法（2實驗結(jié)果：G = 6.6710-11 N m2/kg2（3G 值的物理含義：兩個質(zhì)量為 1 kg 的物體相距 1 m時，它們之間萬有引力為 6.6710-11 N（4卡文迪許扭稱實驗的意義：證明了萬有引力的存在，使萬有引力定律進(jìn)入了真正實用的時代；開創(chuàng)了微小量測量的先河，使科學(xué)放大思想得到了推廣。萬有引力定律的驗證萬有引力定律的驗證-哈雷彗星回歸預(yù)哈雷

9、彗星回歸預(yù)測測哈雷彗星哈雷彗星1682 年年8 月出現(xiàn)月出現(xiàn) 1758 年年12 月月25 日晚回歸日晚回歸哈雷哈雷3、萬有引力定律發(fā)現(xiàn)的意義、萬有引力定律發(fā)現(xiàn)的意義（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種基本相互作用規(guī)律一種基本相互作用規(guī)律（2 2使人們建立了信心：人們使人們建立了信心：人們有能力理解天地間各種事物，有能力理解天地間各種事物， 萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)是萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)是1717世紀(jì)自然科學(xué)最偉大的成果之一。世紀(jì)自然科學(xué)最偉大的成果之一。122112750506.67100.56.6710m mFGrNN 例2、知：太陽的質(zhì)量為M = 2.01030 kg，地球質(zhì)

10、量為m = 5.981024 kg，日、地之間的距離為R = 1.51011 m 3.51022 N 非常大，能夠拉斷直徑為 9000 km 的鋼柱。=3.51022(N) 2RMmGF 由 特 點1、普遍性、普遍性 萬有引力是普遍存在于宇宙中任何萬有引力是普遍存在于宇宙中任何有質(zhì)量物質(zhì)之間的吸引力，是自然界物有質(zhì)量物質(zhì)之間的吸引力，是自然界物質(zhì)之間的基本相互作用之一質(zhì)之間的基本相互作用之一.2、相互性、相互性 兩個物體相互作用的引力是一對作兩個物體相互作用的引力是一對作用力與反作用力用力與反作用力.3、宏觀性、宏觀性通常情況下，萬有引力非常小，只有在通常情況下，萬有引力非常小，只有在巨大的天

11、體間，或天體與物體間，它的巨大的天體間，或天體與物體間，它的存在才有實際上的意義存在才有實際上的意義.2. 要使兩物體間的萬有引力減小到原來的要使兩物體間的萬有引力減小到原來的1/4，下列辦法，下列辦法可采用的是（可采用的是（ ） A. 使兩個物體質(zhì)量各減小一半，距離不變使兩個物體質(zhì)量各減小一半，距離不變 B. 使其中一個物體的質(zhì)量減小到原來的使其中一個物體的質(zhì)量減小到原來的1/4，距離不變，距離不變 C. 使兩物體的距離增為原來的使兩物體的距離增為原來的2倍，質(zhì)量不變倍，質(zhì)量不變 D. 距離和兩物體質(zhì)量都減小為原來的距離和兩物體質(zhì)量都減小為原來的1/4221rmmG221rmmG大于221rmmG小于12mg19mg12R三、卡文迪許的扭秤實驗三、卡文迪許的扭秤實驗 更大膽地猜想得到萬有引力定律 檢驗萬有引力定律的普適性進(jìn)一步猜想月-地檢驗一、萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)思路和方法一、萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)思路和方法提出猜想提出猜想理論推導(dǎo)理論推導(dǎo)實驗檢驗實驗檢驗 二、