6.2-6.3太阳与行星的引力-和万有引力定律-ppt课件

1、*开普勒三定律开普勒三定律开普勒第一定律开普勒第一定律所有行星都在大小不同的椭圆轨道所有行星都在大小不同的椭圆轨道上围绕太阳运动，太阳在这些椭圆上围绕太阳运动，太阳在这些椭圆的一个焦点上的一个焦点上;开普勒第二定律开普勒第二定律对每颗行星来说，太阳和行星的连对每颗行星来说，太阳和行星的连线在相等的时间扫过相等的面积线在相等的时间扫过相等的面积;开普勒第三定律开普勒第三定律所有行星的轨道的半长轴的三次方所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等跟公转周期的二次方的比值都相等.kTR23k k值只与中心天体有关，与环绕天体无关值只与中心天体有关，与环绕天体无关太阳太阳行星行星bv

2、a 什么力来维持行星绕太阳的运动什么力来维持行星绕太阳的运动呢呢科学的足迹科学的足迹行星行星太阳太阳 简化模型简化模型追寻牛顿的足迹追寻牛顿的足迹演绎与推理演绎与推理一、太阳对行星的引一、太阳对行星的引力力1 1、设行星的质量为、设行星的质量为m m，速度为，速度为v v，行星到太阳的距，行星到太阳的距离为离为r r，则行星绕太阳做匀速圆周运动的向心力，则行星绕太阳做匀速圆周运动的向心力由太阳对行星的引力来提供由太阳对行星的引力来提供rvF2m2 2、天文观测难以直接得到行星的速度、天文观测难以直接得到行星的速度v v，但可以，但可以得到行星的公转周期得到行星的公转周期T TTrv2有有rvF

3、2m代入代入224TmrF得得3、根据开普勒第三定律、根据开普勒第三定律kTr23krT32224rmkF即即得得224TmrF代入代入4、太阳对行星的引力、太阳对行星的引力 2rmF 太阳对不同行星的引力，与行星的质量成正太阳对不同行星的引力，与行星的质量成正比，与行星和太阳间的距离的二次方成反比比，与行星和太阳间的距离的二次方成反比二、行星对太阳的引力二、行星对太阳的引力根据牛顿第三定律，行星对太阳根据牛顿第三定律，行星对太阳的引力的引力F应满足应满足2,rMFFF行行星星太阳太阳三、太阳与行星间的引力三、太阳与行星间的引力2rMmF 2rMmGF 概括起来有概括起来有G比例系数，与太阳、

4、行星的质量无关比例系数，与太阳、行星的质量无关则太阳与行星间的引力大小为则太阳与行星间的引力大小为方向：沿着太阳和行星的连线方向：沿着太阳和行星的连线月亮绕地球运行月亮绕地球运行苹苹果果落落地地苹果与月亮受到的力可苹果与月亮受到的力可能是同一种力能是同一种力! !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。而且都类似太阳与行星而且都类似太阳与行星间的引力，它们都应遵间的引力，它们都应遵从从“与距离平方成反比与距离平方成反比的关系。的关系。一、牛顿的思考一、牛顿的思考 当时已知的一些量：当时已知的一些量： 地表重力加速度：地表重力加速度：g = 9.8m/s2 地球半径：地球

5、半径： R = 6400103m 月亮周期：月亮周期： T = 27.3天天2.36106s 月亮轨道半径：月亮轨道半径：r 60R 那么，通过这些已知条件如何来证明：那么，通过这些已知条件如何来证明：苹果、月亮受力也满足苹果、月亮受力也满足“平方反比平方反比的的关系呢？关系呢？证明苹果、月亮受力满足证明苹果、月亮受力满足“平方反比的关平方反比的关系系目的：地面上的重力与地吸引月球是同一目的：地面上的重力与地吸引月球是同一性质的力吗？性质的力吗？假定维持月球绕地球运动的力以及地面物体所受的假定维持月球绕地球运动的力以及地面物体所受的引力和太阳与行星之间的力遵循同一规律。（已知引力和太阳与行星之

6、间的力遵循同一规律。（已知月球轨道半径月球轨道半径(r)是地球半径是地球半径(R)的的60倍倍 ） （1将物体放在地球表面上所受引力为：将物体放在地球表面上所受引力为：（3两者比值：两者比值：（2将物体放在月球轨道上所受引力为：将物体放在月球轨道上所受引力为：（4在牛顿那个时代已经比较精确地测定月球与在牛顿那个时代已经比较精确地测定月球与地球的距离地球的距离r384400km、月球的公转周期为、月球的公转周期为27.3天。我们想一个可行的方法，测出月球轨道天。我们想一个可行的方法，测出月球轨道上某物体的加速度。上某物体的加速度。 2322821072. 2)3600243 .272(10844

7、. 3)2(smsmTra136021072. 28 . 923221smsmagFF结论：月球绕地球运动的力以及地面物体所受地结论：月球绕地球运动的力以及地面物体所受地球的引力和太阳与行星之间的力遵循同一规律。球的引力和太阳与行星之间的力遵循同一规律。 2121FFFF 牛顿的这一猜想非常大胆，将天上和人间连接在了一起！三、牛顿的智慧三、牛顿的智慧一、万有引力定律一、万有引力定律 自然界中任何两个物体都相互吸自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的大小跟这两个物体的质量引，引力的大小跟这两个物体的质量的乘积成正比，跟它们的距离的平方的乘积成正比，跟它们的距离的平方成反比。成反比。221rmmG

8、F G为引力常量，为引力常量，r为两物体间的距离。为两物体间的距离。表达式：表达式：卡文迪许卡文迪许卡文迪许扭秤实验卡文迪许扭秤实验2 2、引力常量的测量、引力常量的测量扭秤实验扭秤实验（1 1实验原理：科学方法实验原理：科学方法放大法放大法（2实验结果：G = 6.6710-11 N m2/kg2（3G 值的物理含义：两个质量为 1 kg 的物体相距 1 m时，它们之间万有引力为 6.6710-11 N（4卡文迪许扭称实验的意义：证明了万有引力的存在，使万有引力定律进入了真正实用的时代；开创了微小量测量的先河，使科学放大思想得到了推广。万有引力定律的验证万有引力定律的验证-哈雷彗星回归预哈雷

9、彗星回归预测测哈雷彗星哈雷彗星1682 年年8 月出现月出现 1758 年年12 月月25 日晚回归日晚回归哈雷哈雷3、万有引力定律发现的意义、万有引力定律发现的意义（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种基本相互作用规律一种基本相互作用规律（2 2使人们建立了信心：人们使人们建立了信心：人们有能力理解天地间各种事物，有能力理解天地间各种事物， 万有引力定律的发现是万有引力定律的发现是1717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。122112750506.67100.56.6710m mFGrNN 例2、知：太阳的质量为M = 2.01030 kg，地球质

10、量为m = 5.981024 kg，日、地之间的距离为R = 1.51011 m 3.51022 N 非常大，能够拉断直径为 9000 km 的钢柱。=3.51022(N) 2RMmGF 由 特 点1、普遍性、普遍性 万有引力是普遍存在于宇宙中任何万有引力是普遍存在于宇宙中任何有质量物质之间的吸引力，是自然界物有质量物质之间的吸引力，是自然界物质之间的基本相互作用之一质之间的基本相互作用之一.2、相互性、相互性 两个物体相互作用的引力是一对作两个物体相互作用的引力是一对作用力与反作用力用力与反作用力.3、宏观性、宏观性通常情况下，万有引力非常小，只有在通常情况下，万有引力非常小，只有在巨大的天

11、体间，或天体与物体间，它的巨大的天体间，或天体与物体间，它的存在才有实际上的意义存在才有实际上的意义.2. 要使两物体间的万有引力减小到原来的要使两物体间的万有引力减小到原来的1/4，下列办法，下列办法可采用的是（可采用的是（ ） A. 使两个物体质量各减小一半，距离不变使两个物体质量各减小一半，距离不变 B. 使其中一个物体的质量减小到原来的使其中一个物体的质量减小到原来的1/4，距离不变，距离不变 C. 使两物体的距离增为原来的使两物体的距离增为原来的2倍，质量不变倍，质量不变 D. 距离和两物体质量都减小为原来的距离和两物体质量都减小为原来的1/4221rmmG221rmmG大于221rmmG小于12mg19mg12R三、卡文迪许的扭秤实验三、卡文迪许的扭秤实验 更大胆地猜想得到万有引力定律 检验万有引力定律的普适性进一步猜想月-地检验一、万有引力定律的发现思路和方法一、万有引力定律的发现思路和方法提出猜想提出猜想理论推导理论推导实验检验实验检验 二、