太阳与行星间的引力及万有引力ppt课件

1、太阳与行星间的引力太阳与行星间的引力kTa23留意：留意：k k值与中心天体有关，值与中心天体有关，而与环绕天体无关。而与环绕天体无关。回想：回想：第一定律：一切行星绕太阳运动的轨道都是第一定律：一切行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上。椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上。第二定律：对恣意一个行星来说，它与太阳第二定律：对恣意一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间内扫过相等的面积。的连线在相等的时间内扫过相等的面积。第三定律：一切行星的轨道的半长轴的三次第三定律：一切行星的轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等。方跟它的公转周期的二次方的比值都相等。开普勒行星运

2、动定律开普勒行星运动定律即：即：思索：是什么缘由使行星绕太思索：是什么缘由使行星绕太阳运动呢？阳运动呢？猜测的逻辑顺序：猜测的逻辑顺序：曲线运动曲线运动变速运动变速运动加速度加速度合外力合外力引引力力1 1、开普勒：由于太阳发出的磁力作用而引起的。、开普勒：由于太阳发出的磁力作用而引起的。2 2、笛卡儿：行星周围的流质涡旋所引起的。、笛卡儿：行星周围的流质涡旋所引起的。3 3、胡克、哈雷、胡克、哈雷: :太阳的引力，甚至证明了假设行太阳的引力，甚至证明了假设行星的轨道是圆形的，其所受的引力大小跟行星星的轨道是圆形的，其所受的引力大小跟行星到太阳的间隔的二次方成反比。到太阳的间隔的二次方成反比。

3、几百年前科学家们的想法：几百年前科学家们的想法：猜测：引力大小跟什么有关？猜测：引力大小跟什么有关？跟随牛顿的脚印跟随牛顿的脚印讨论验证思绪：讨论验证思绪：由运动情况由运动情况-加速度加速度-受力情况受力情况一、太阳对行星的引力一、太阳对行星的引力rvF2m1 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，行星到太阳的间隔为阳的间隔为r r，那么行星绕太阳做匀速圆周，那么行星绕太阳做匀速圆周运动的向心力为多少？运动的向心力为多少？Trv2224TmrF代入代入rvF2m由由2 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，但可以得到行星的

4、公转周期但可以得到行星的公转周期T T得到：得到：3 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 即即: :这阐明：太阳对不同行星的引力，与行这阐明：太阳对不同行星的引力，与行星的质量成正比，与行星和太阳间的间星的质量成正比，与行星和太阳间的间隔的二次方成反比。隔的二次方成反比。224rmkF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，行星对太阳引根据牛顿第三定律，行星对太阳引力力F应满足应满足2rMF F三、太阳与行星间的引力三、太阳与行星间的引力2rMmF

5、 2rMmGF 合二为一：合二为一：注：注：G是比例系数，与太阳、行星的质是比例系数，与太阳、行星的质量无关量无关写成等式就是：写成等式就是：1 1、判别题：、判别题：A.A.行星绕太阳的椭圆轨道可以近似的行星绕太阳的椭圆轨道可以近似的看作圆形轨道，其向心力来源于太阳看作圆形轨道，其向心力来源于太阳对行星的引力对行星的引力 B.B.太阳对行星的引力大于行星对太阳太阳对行星的引力大于行星对太阳的引力，所以行星绕太阳运转而不是的引力，所以行星绕太阳运转而不是太阳绕行星运转太阳绕行星运转 练一练：练一练：对对错错2.2.关于地球和太阳，以下说法正确关于地球和太阳，以下说法正确的是的是 A.A.地球对

6、太阳的引力比太阳对地球的引力地球对太阳的引力比太阳对地球的引力小；小； B.B.地球绕太阳运转的向心力来源于太阳对地球绕太阳运转的向心力来源于太阳对地球的引力；地球的引力； C.C.太阳对地球的作用力有引力和向心力；太阳对地球的作用力有引力和向心力； D.D.在地球对太阳的引力作用下，太阳绕地在地球对太阳的引力作用下，太阳绕地球做圆周运动。球做圆周运动。B B3.3.对于太阳对行星的引力表达式对于太阳对行星的引力表达式下面说法正确的选项是下面说法正确的选项是 A A公式中公式中G G常量，与太阳和行星均无关；常量，与太阳和行星均无关； B B公式中公式中G G由太阳与行星间的间隔，作用力由太阳

7、与行星间的间隔，作用力和质量决议；和质量决议； C CM M和和m m遭到的引力总是大小相等，方向相反，遭到的引力总是大小相等，方向相反，是一对平衡力；是一对平衡力； D DM M和和m m遭到的引力总是大小相等，方向相反，遭到的引力总是大小相等，方向相反，是作用力和反作用力。是作用力和反作用力。2rMmGF ADAD万有引力定律万有引力定律1、开普勒行星运动定律 也适用于人造卫星1 第一定律轨道定律 2 第二定律速率定律3 第三定律周期定律：一切行星的椭圆轨道的半长轴的三次方跟公转周期的平方的比值都相等 32rkT一一. . 知识回想：知识回想：太阳太阳行星行星r太阳太阳行星行星a2. 2.

8、 行星绕太阳运动的简化：行星绕太阳运动的简化：3.3.行星与太阳间相互作用力大小，方向怎样？行星与太阳间相互作用力大小，方向怎样？F行行星星太太阳阳F2rMmGF 太阳与行星间引力的太阳与行星间引力的方向沿二者的连线方向沿二者的连线简化简化 上一节我们知道了太阳与行星之间作上一节我们知道了太阳与行星之间作用力的规律用力的规律,可以解释行星的运动可以解释行星的运动.即太即太阳对行星的引力来提供行星绕太阳运动阳对行星的引力来提供行星绕太阳运动所需的向心力所需的向心力.正由于这个引力使得行星正由于这个引力使得行星不能飞离太阳不能飞离太阳.牛顿进一步推想也应该是牛顿进一步推想也应该是地球对月球的引力使

9、得月球不能分开地地球对月球的引力使得月球不能分开地球球,而围绕地球运动而围绕地球运动.“天上的力天上的力与与“地上的地上的能否是同一种能否是同一种力呢力呢?思索与猜测：思索与猜测： 苹果落地与月亮绕地旋转苹果落地与月亮绕地旋转这引起了这引起了牛顿的沉思。牛顿的沉思。F1F2月球轨道月球轨道r=60R213600FF 假定维持月球绕地球运动的力与使假定维持月球绕地球运动的力与使得苹果下落的力是同一种力得苹果下落的力是同一种力,同样服同样服从平方反比定律从平方反比定律,那么那么:3600/ga 224Tra23/107 . 2sm=数听阐明数听阐明,地面物体所受地球的引力、月球所受地球的引地面物体

10、所受地球的引力、月球所受地球的引力，以及太阳与行星间的引力，服从一样的规律。力，以及太阳与行星间的引力，服从一样的规律。R=6370Km二二. .月月- -地检验地检验: : 牛顿再度思索：牛顿再度思索： 既然太阳行星间、既然太阳行星间、地球月球间、地球物体地球月球间、地球物体间有引力，那么任何两间有引力，那么任何两个有质量的物体间能否个有质量的物体间能否也都有这样的引力呢？也都有这样的引力呢？ 物体之间于是我们大胆地把以上结论物体之间于是我们大胆地把以上结论推行到宇宙中的一切推行到宇宙中的一切三三. .万有引力定律万有引力定律: : 自然界中任何两个物体都是相互吸引的，引力的自然界中任何两个

11、物体都是相互吸引的，引力的方向在它们的连线上，引力的大小跟这两个物体方向在它们的连线上，引力的大小跟这两个物体的质量的质量m1和和m2的乘积成正比，跟它们的间隔的的乘积成正比，跟它们的间隔的二次方成反比二次方成反比.1. 1.内容：内容：2. 2.公式：公式：221rmmGF 3. 3.单位：单位： 质量质量m-kgm-kg，间隔，间隔r -mr -m， 力力F -NF -N； 常量常量G-Nm2/kg2 G-Nm2/kg2 ，( ( 数值上等数值上等于两质量各为于两质量各为1Kg1Kg的物体相距的物体相距1 1米时的米时的万有引力的大小万有引力的大小) )。4. 4.运用条件：运用条件： 仅

12、适用于两个质点或者两个均匀球体之间的相互仅适用于两个质点或者两个均匀球体之间的相互作用。两物体为均匀球体时，作用。两物体为均匀球体时，r为两球心间的间隔为两球心间的间隔 5. 5.意义：意义： 提示了地面上物体运动的规律和天体上提示了地面上物体运动的规律和天体上物体的运动物体的运动 服从同一规律，让人们认识到服从同一规律，让人们认识到天体上物体的运动规律也是可以认识的天体上物体的运动规律也是可以认识的, ,解解放了人们的思想放了人们的思想, ,给人们探求自然的奥妙建给人们探求自然的奥妙建立了极大自信心立了极大自信心, , 对后来的物理学、天文学的对后来的物理学、天文学的开展具有深远的影响。开展

13、具有深远的影响。 6 6、万有引力定律的进一步了解：、万有引力定律的进一步了解： 1 1普遍性：万有引力是普遍存在于宇宙中的任何有质量普遍性：万有引力是普遍存在于宇宙中的任何有质量 的物体大到天体小到微观粒子间的相互吸引力，它的物体大到天体小到微观粒子间的相互吸引力，它是自然界的物体间的根本相互作用之一是自然界的物体间的根本相互作用之一2 2相互性：两个物体相互作用的引力是一对作用力与相互性：两个物体相互作用的引力是一对作用力与反作用力，符合牛顿第三定律反作用力，符合牛顿第三定律3 3宏观性：通常情况下，万有引力非常小，只需在质宏观性：通常情况下，万有引力非常小，只需在质量宏大的天体间或天体与

14、物体间它的存在才有宏观的物量宏大的天体间或天体与物体间它的存在才有宏观的物理意义在微观世界中，粒子的质量都非常小，粒子间理意义在微观世界中，粒子的质量都非常小，粒子间的万有引力很不显著，万有引力可以忽略不计的万有引力很不显著，万有引力可以忽略不计a.1686a.1686年牛顿发现万有引力定律后，曾经想象过几种年牛顿发现万有引力定律后，曾经想象过几种测定引力常量的方法，却没有胜利测定引力常量的方法，却没有胜利. .b.b.其间又有科学家进展引力常量的丈量也没有胜利其间又有科学家进展引力常量的丈量也没有胜利. .c.c.直到直到17891789年，英国物理学家卡文迪许巧妙地利用了年，英国物理学家卡

15、文迪许巧妙地利用了扭秤安装，第一次在实验室里对两个物体间的引力扭秤安装，第一次在实验室里对两个物体间的引力大小作了准确的丈量和计算，比较准确地测出了引大小作了准确的丈量和计算，比较准确地测出了引力常量力常量 四四. .引力常量引力常量: : 引力常量的丈量引力常量的丈量卡文迪许扭称实验卡文迪许扭称实验(1789年年)卡文迪许卡文迪许卡文迪许实验室卡文迪许实验室卡文迪许扭称实验卡文迪许扭称实验(1789年年)-放大法放大法1、实验原理：力矩平衡，即引力矩、实验原理：力矩平衡，即引力矩=改动力矩改动力矩2、科学方法：放大法、科学方法：放大法3、测定引力常量的意义、测定引力常量的意义物理含义：物理含义： 两个质量为两个质量为1kg的物体相距的物体相距1m时，时，它们之间万有引力为它们之间万有引力为6.6710-11 N两次放大及等效的思想两次放大及等效的思想 ： (1)(1)扭秤安装把微小力转变成力矩来反映扭秤安装把微小力转变成力矩来反映(2)(2)改动角度改动角度( (微小形变微小形变) )经过光标的挪动来反映经过光标的挪动来反映A、证明了万有引力的存在、证明了万有引力的存在B、开创了丈量弱力的新时代、开创了丈量弱力的新时代C、使得万有引力定律有了真正的适用价值、使得万有引力定律有了真正的适用价值( (卡文迪许被称为能称出地球质量的人卡文迪许被称为能称出地球质量的人) )练习1： 估