高中物理 6.2《太陽與行星間的引力》課件3 新人教必修2

1、2021/8/11 星期三1第二節(jié) 太陽與行星間的引力 第三節(jié) 萬有引力定律2021/8/11 星期三2多數(shù)人：一、行星為什么這樣運(yùn)動(dòng)?行星作圓周運(yùn)動(dòng)是無需動(dòng)因的.2021/8/11 星期三3一切物體都有合并的趨勢，這種趨勢導(dǎo)致物體做圓周運(yùn)動(dòng). 伽利略(1564-1642)行星為什么這樣運(yùn)動(dòng)?2021/8/11 星期三4行星繞太陽運(yùn)動(dòng)一定是受到了來自太陽的類似于磁力的作用.行星為什么這樣運(yùn)動(dòng)? 開普勒(1571-1630)2021/8/11 星期三5行星運(yùn)動(dòng)是因?yàn)樾行堑闹車行D(zhuǎn)的物質(zhì)作用在行星上.行星為什么這樣運(yùn)動(dòng)? 笛卡兒(1596-1650)2021/8/11 星期三6行星圍繞太陽運(yùn)動(dòng)是

2、因?yàn)槭艿搅颂枌?duì)它的引力，提出如果行星的軌道是圓形的，它所受的引力大小跟行星到太陽的距離的二次方成反比.行星為什么這樣運(yùn)動(dòng)? 胡克等人(1652-1746)2021/8/11 星期三7思考：哪種觀點(diǎn)你認(rèn)為肯定錯(cuò)誤？（1）圓周運(yùn)動(dòng)是完美的，無需什么動(dòng)因。（2）伽利略認(rèn)為：一切物體都有合并的趨勢，這種趨勢導(dǎo)致物體作圓周運(yùn)動(dòng)。（3）開普勒認(rèn)為：行星一定是受到了來自太陽的類似磁力的作用。（4）笛卡爾：行星的運(yùn)動(dòng)是因?yàn)樵谛行侵車行D(zhuǎn)的物質(zhì)以太作用在行星上。（5）牛頓、胡克、哈雷認(rèn)為：行星繞太陽運(yùn)動(dòng)是因?yàn)槭艿搅颂枌?duì)它的引力的作用。2021/8/11 星期三8二、太陽對(duì)行星的引力（1）猜想：太陽對(duì)行星的

3、引力F應(yīng)該與行星到太陽的距離r有關(guān)，許多經(jīng)驗(yàn)使人很容易想到這一點(diǎn)。那么F與r的定量關(guān)系是什么？（2）簡化模型：行星軌道按照“圓”來處理；2021/8/11 星期三9（3）計(jì)算 將行星運(yùn)動(dòng)近似為圓軌道上的勻速圓周運(yùn)動(dòng)：太陽和行星間的距離為r，行星運(yùn)動(dòng)的周期為T，行星的質(zhì)量為m。請(qǐng)你學(xué)著牛頓的方法，證明太陽對(duì)行星的引力F與r的二次方成反比。2021/8/11 星期三10行星和太陽之間的引力跟行星的質(zhì)量成正比，跟行星到太陽的距離的二次方成反比圓周運(yùn)動(dòng)的周期T和速度v的關(guān)系 所以：由開普勒第三定律可知，是個(gè)常量，則得出結(jié)論： 2021/8/11 星期三11思考：太陽對(duì)行星的引力F跟太陽的質(zhì)量有關(guān)嗎？（

4、4）對(duì)稱：根據(jù)牛頓第三定律，行星與太陽間的吸引力是相互作用的，是大小相等、性質(zhì)相同的力（一對(duì)作用力、反作用力）牛頓認(rèn)為，行星對(duì)太陽的引力大小也存在與上述關(guān)系對(duì)稱的結(jié)果，即和太陽的質(zhì)量成正比 若用M表示太陽的質(zhì)量，則有： 2021/8/11 星期三12寫成等式有：G是一個(gè)常量，對(duì)任何行星都是相同的 （5）推導(dǎo)：根據(jù)(3)和(4)，得到太陽與行星間的引力大?。?三、太陽與行星間的引力：2021/8/11 星期三13至此，牛頓一直是在已有的觀測結(jié)果和理論引導(dǎo)下進(jìn)行推測和分析，觀測結(jié)果僅對(duì)“行星繞太陽運(yùn)動(dòng)”成立，這還不是萬有引力定律。2021/8/11 星期三14地球?qū)μO果的引力地球?qū)υ虑虻囊?？2

5、021/8/11 星期三15問題：牛頓是怎樣把天體間的引力與地球?qū)Φ孛娓浇矬w的引力統(tǒng)一起來證明它們遵循相同的規(guī)律進(jìn)而得到萬有引力的？著名的月地檢驗(yàn)2021/8/11 星期三16四、萬有引力定律 1、定律表述：自然界中任何兩個(gè)物體都是互相吸引的，引力的大小跟這兩個(gè)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.2021/8/11 星期三172、適用條件：萬有引力只適用于質(zhì)點(diǎn)間引力大小的計(jì)算，當(dāng)兩物體間的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于每個(gè)物體的尺寸時(shí)，物體可看成質(zhì)點(diǎn)，直接使用萬有引力計(jì)算。當(dāng)兩物體是質(zhì)量分布均勻的球體時(shí)，它們間的引力也可由公式直接計(jì)算，但式中的r是兩球心間的距離。當(dāng)研究物體不能看成質(zhì)點(diǎn)時(shí)，可把

6、物體假想分割成無數(shù)個(gè)質(zhì)點(diǎn)，求出一個(gè)物體上每個(gè)質(zhì)點(diǎn)與另一物體上每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的萬有引力然后求合力。2021/8/11 星期三18 (1)引力常量適用于任何兩個(gè)物體 (2)意義：在數(shù)值上等于兩個(gè)質(zhì)量都是1kg的物體相距1m時(shí)的相互作用力。3、G: 引力常量 6.6710-11Nm2/kg22021/8/11 星期三19計(jì)算兩個(gè)質(zhì)量各為100kg的人，相距1m時(shí)，估算他們之間相互的引力多大？6.67 10-7N2021/8/11 星期三20五、引力常量的測量1.1686年牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律后，曾經(jīng)設(shè)想過幾種測定引力常量的方法，卻沒有成功.2.其間又有科學(xué)家進(jìn)行引力常量的測量也沒有成功.3.直到1789

7、年，英國物理學(xué)家卡文迪許巧妙地利用了扭秤裝置，第一次在實(shí)驗(yàn)室里對(duì)兩個(gè)物體間的引力大小作了精確的測量和計(jì)算，比較準(zhǔn)確地測出了引力常量 2021/8/11 星期三21G值的測量：卡文迪許扭秤實(shí)驗(yàn) 2021/8/11 星期三221.卡文迪許扭稱的測量方法rFrFmmmm2021/8/11 星期三23扭秤實(shí)驗(yàn)的物理思想和科學(xué)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(biāo)的移動(dòng)來反映從而確定物體間的萬有引力 rFrFmmmm2021/8/11 星期三24問題3分析扭秤實(shí)驗(yàn)裝置測量G的原理和實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)的巧妙之處 ？2021/8/11 星期三252021/8/11 星期三262.測定引力常量的

8、重要意義1證明了萬有引力的存在2“開創(chuàng)了測量弱力的新時(shí)代” （英國物理學(xué)家玻印廷語）3使得萬有引力定律有了真正的實(shí)用價(jià)值，可測定遠(yuǎn)離地球的一些天體的質(zhì)量、平均密度等如根據(jù)地球表面的重力加速度可以測定地球的質(zhì)量2021/8/11 星期三273、萬有引力定律的進(jìn)一步理解 1普遍性：萬有引力是普遍存在于宇宙中的任何有質(zhì)量的物體（大到天體小到微觀粒子）間的相互吸引力，它是自然界的物體間的基本相互作用之一2相互性：兩個(gè)物體相互作用的引力是一對(duì)作用力與反作用力，符合牛頓第三定律3宏觀性：通常情況下，萬有引力非常小，只有在質(zhì)量巨大的天體間或天體與物體間它的存在才有宏觀的物理意義在微觀世界中，粒子的質(zhì)量都非常小，粒子間的萬有引力很不顯著，萬有引力可以忽略不計(jì)2021/8/11 星期三28例題：已知地球表面的重力加速度為g，地球半徑為R，萬有引力恒量為G，用以上各量表示，地球質(zhì)量M為多少？解：由于所以，地球質(zhì)量：2021/8/11 星期三29 月球繞地球的公轉(zhuǎn)周期27.3天，軌道半徑3.84105km，地球表面的物體受到地球的引力可近似認(rèn)為等于物體的重力，物體的重力加速度為9.8m/s2. 地球的半徑為月球繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)半徑的 . 問題21.月球繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的加速度是多少？2021/8/11 星期三30 月球繞地球的公轉(zhuǎn)周期27.3天及