高中物理 3-3《萬有引力定律的應用》課件 教科版必修2

1、萬有引力定律,,,上一節(jié)我們學習了什么？現(xiàn)在讓我們回顧一下,1、人類對行星運動的認識①地心說②日心說,2、開普勒三定律1）第一定律 又稱軌道定律2）第二定律 又稱面積定律3）第三定律 又稱周期定律,地心說： 日心說：,地球是宇宙的中心。地球是靜止不動的，太陽、月亮以及其它行星都繞地球運動。,①符合人們的日常經(jīng)驗；②符合宗教地球是宇宙的中心的說法。,統(tǒng)治很長時間的原因：,太陽是靜止不動

2、的，地球和其它行星都繞太陽轉動 。,,地心模型,亞里士多德,地球,,,,地球,本輪,均輪,偏心模型,O,托勒密,,,地心說： 日心說：,,第 谷（丹麥）,開普勒（德國）,,所有的行星圍繞太陽運動的軌道橢圓，太陽處在所有橢圓的一個焦點上。,開普勒第一定律,（軌道定律）,,（面積定律）,對于每一個行星而言，太陽和行星的連線在相等的時間內(nèi)掃過相等的面積。,若tAB= tCD = tEK ，則sAB= sCD

3、 = sEK,開普勒第二定律,,（周期定律）,所有行星的軌道的半長軸的三次方跟公轉周期的二次方的比值都相等。,,即：R3 / T 2 = k,開普勒第三定律,K是一個只決定于被繞天體（中心天體）質量的物理量,你知道嗎?,●開普勒定律揭示了行星運動的規(guī)律，但是行星為什么沿著一定的軌道 ，繞著太陽能作如此和諧而有規(guī)律的運動呢?●是什么力量支配著行星的運動呢?●下面請同學觀看,行星如何繞太陽運行的。,牛頓是怎么發(fā)現(xiàn)萬有引力的呢?,,關

4、于行星運動原因的猜測,英國的吉樂伯特根據(jù)他對磁體相互作用的研究,猜想行星是依靠太陽發(fā)出的磁力維持著繞日運動的.法國數(shù)學家笛卡兒提出”旋渦”假設,認為空間充滿著一種看不見的流質,形成許多大小、速度、密度不同的旋渦，從而帶動行星轉動。法國天文學家布利奧首先提出平方反比假設。認為各個行星受太陽發(fā)出的力支配，力的大小跟行星與太陽距離的平方成反比。其中，英國物理學家胡克、雷恩和哈雷都對此做出了重要的貢獻。,站在巨人肩上的牛頓,1、有一個流傳

5、很廣的美麗傳說：牛頓看見蘋果落地而發(fā)現(xiàn)萬有引力定律。你相信這一傳說嗎？這個傳說對你有什么啟示？2、蘋果受到地球的引力作用，而產(chǎn)生加速度落向地面，月亮也受到地球的引力作用，也產(chǎn)生加速度嗎？為什么月亮沒有掉到地球上？你能運用牛頓萬有引力的概念和圓周運動的知識解釋嗎？,前進道路上的困難,困難一、行星沿橢圓軌道運動，速度的大小、方向不斷發(fā)生變化，如何解決這種變化的曲線運動問題，當時還缺乏相應的數(shù)學工具。困難二、天體是一個龐然大物，如果認為物

6、體間有引力，那么如何計算由天體各部分對行星產(chǎn)生的力的總效果呢？當時同樣缺乏理論上的工具。困難三、如果天體間是互相吸引的，那么在眾多天體共存的太陽系中，如何解決它們之間相互干擾這一復雜的問題呢？,牛頓如何解決了三大困難,這也是科學研究中的重要方法。牛頓吸取了前輩科學家關于引力思想的精華，從1665年到1666年進行了“月—地檢驗”，克服了三大困難。困難之一與數(shù)學工具相關，后來由于微積分的發(fā)明而得以解決。困難之二的解決體現(xiàn)了模型的作

7、用：由于采用了理想化的模型——質點的概念而使這個困難得以解決。困難之三的解決體現(xiàn)了抓主要矛盾，合理地簡化研究對象的方法，,,1.行星受太陽的引力,設行星的質量為m，速度為v，行星到太陽的距離為r，則行星繞太陽做勻速圓周運動的向心力太陽對行星的引力來提供：,,由于天文觀測難以直接得到行星的速度v，但我們可以得到行星的公轉周期T,代入,,有,根據(jù)開普勒第三定律：,即,所以,代入得,,結論與檢驗（月—地檢驗）,月亮的運動是受到地球的引力

8、作用,g=9.8m/s2,g=9.8m/s2,a=2.7×10-3m/s2,2.太陽受行星的引力,太陽與行星之間的引力到底與什么因素有關呢？,結論：太陽與行星間的引力：,概括起來有,G比例系數(shù)，與太陽、行星的質量無關,則太陽與行星間的引力大小為：,引力F的方向：沿著太陽和行星的連線,公式適用的范圍：行星與太陽之間。,由此可得：太陽與行星間的引力與它們的質量和之間的距離有關。,在研究了許多不同物體間遵循同樣規(guī)律的引力后，牛頓進一

9、步把這個規(guī)律推廣到自然界中任意兩個物體之間，于1687年正式發(fā)表了萬有引力定律：,經(jīng)典物理學理論體系的建立者——牛頓,1.內(nèi)容：宇宙間的一切物體都是相互吸引的，兩個物體間的引力大小與它們的質量的乘積成正比，跟它們距離的平方成反比。,二、萬有引力定律,二、萬有引力定律,3.引力常量：G=6.67×10－11Nm2/kg2，數(shù)值上等于兩個質量均為1kg的物體相距1米時它們之間的相互吸引力。,2.公式:,F=Gm1m2/r2,4.萬

10、有引力的適用條件：,,(1)適用于質點,(2)當兩物體是質量分布均勻的球體時,式中r指兩球心間的距離.,二、萬有引力定律,(3)物體不能看為質點時，可以把物體看為無數(shù)個細小質點，分別求質點之間的萬有引力，再求合力．,(3)若物體不能視為質點,則可把每一個物體視為若干個質點的集合,然后按定律求出各質點間的引力,再按矢量法求它們的合力。,4.萬有引力的適用條件：,二、萬有引力定律,5.萬有引力的特征:,(1)普遍性:普遍存在于宇宙中的任何有

11、質量的物體間的吸引力.是自然界的基本相互作用之一.,二、萬有引力定律,(2)相互性:兩個物體相互作用的引力是一對作用力和反作用力,符合牛頓第三定律.,5.萬有引力的特征:,二、萬有引力定律,(3)宏觀性:通常情況下，萬有引力非常小,只有在質量巨大的天體間或天體與物體間它的存在才有宏觀的實際意義.,5.萬有引力的特征:,二、萬有引力定律,,,,,,,,,,O,?,,O1,,,,,,,忽略地球自轉可得： GMm/R2=mg,,6.

12、萬有引力與重力,卡文迪許扭稱實驗。 其意義是用實驗證明了萬有引力的存在，使得萬有引力定律有了真正的使用價值。 推動了天文學的發(fā)展.,7.引力常量G的測定方法及意義,案例分析,案例：最近幾十年，人們對探測火星十分感興趣，先后曾發(fā)射過許多探測器。稱為“火星探路者”的火星探測器曾于1997年登上火星。2004年，又有“勇氣”號和“機遇”號探測器登上火星。已知地球質量約是火星質量的9.3倍，地球直徑約是火星直徑的1.9倍。探測器在地球表面和

13、火星表面，所受引力的比值是多少？,請思考：,假如有一天你能到火星上去旅行，你會感到自己的體重發(fā)生了什么變化？你在火星走路或運動與在地球上有什么不同？,課后資源,牛頓(1643—1727) 英國著名的物理學家、數(shù)學家和天文學家，是十七世紀最偉大的科學巨匠。牛頓一生對科學事業(yè)所做的貢獻，遍及物理學、數(shù)學和天文學等領域。 物理學方面——最主要的成就，是創(chuàng)立了經(jīng)典力學的基本體系，從而光成了物理學史上第一次大綜合。對于光學，牛頓致力于光的顏色和

14、光的本性的研究，也作出了重大貢獻。 數(shù)學方面——總結和發(fā)展了前人的工作，提出了“流數(shù)法”，建立了二項式定理，創(chuàng)立了微積分。 天文學方面——牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律，創(chuàng)制了反射望遠鏡，并且用它初步觀察到了行星運動的規(guī)律。牛頓在17世紀70年代設計的望遠鏡。它一般被稱為反射望遠鏡，效果遠優(yōu)于伽利略所設計的著名的折射望遠鏡。,信息瀏覽,請同學們打開課本P88頁閱讀有關信息瀏覽。家庭作業(yè)：P89頁第2、3、4題。,最后送給同學們關于牛頓的名