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1、万有引力定律课件第1页，共25页，编辑于2022年，星期三开普勒第一定律开普勒第一定律 （几何定律）（几何定律）所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上太阳处在所有椭圆的一个焦点上。*开普勒第二定律开普勒第二定律 （面积定律）（面积定律）对于每一个行星而言，太阳和行星的联线在相对于每一个行星而言，太阳和行星的联线在相等的时间内扫过相等的面积。等的时间内扫过相等的面积。开普勒第三定律开普勒第三定律 （周期定律）（周期定律）所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转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。周期的二次方的
2、比值都相等。R开普勒定律回顾开普勒定律回顾第2页，共25页，编辑于2022年，星期三 (一一)关于行星运动的各种动力学解释关于行星运动的各种动力学解释 17世纪前世纪前：行星理所应当的做这种完美的圆周运动一切物体都有合并的趋势，这种趋势导致物体做圆周运动。受到了来自太阳的类似于磁力的作用。在行星的周围有旋转的物质(以太)作用在行星上，使得行星绕太阳运动。受到了太阳对它的引力，证明了如果行星的轨道是圆形的，其所受的引力大小跟行星到太阳的距离的二次方成反比。伽利略伽利略开普勒开普勒笛卡尔笛卡尔胡胡克克、哈哈雷雷第3页，共25页，编辑于2022年，星期三苹果落地苹果落地第4页，共25页，编辑于202
3、2年，星期三 苹果落地、高处物体落地、苹果落地、高处物体落地、月亮绕地旋转月亮绕地旋转这些现象引这些现象引起了牛顿的沉思。起了牛顿的沉思。一、万有引力定律的发现一、万有引力定律的发现第5页，共25页，编辑于2022年，星期三我们来认识一位伟大的科学家牛顿(16431727)是英国著名的物理学家、数学家和天文学家，是十七世纪最伟大的科学巨匠。牛顿一生对科学事业所做的贡献，遍及物理学、数学和天文学等领域。牛顿在物理学上最主要的成就，是创立了经典力学的基本体系，对于光学，牛顿致力于光的颜色和光的本性的研究，也作出了重大贡献。牛顿在数学方面，总结和发展了前人的工作，提出了“流数法”，建立了二项式定理，
4、创立了微积分。在天文学方面，牛顿发现了万有引力定律，创制了反射望远镜，并且用它初步观察到了行星运动的规律。牛 顿第6页，共25页，编辑于2022年，星期三万有引力定律的推导万有引力定律的推导事实上，行星运动的椭圆轨道很接近于圆形轨道，事实上，行星运动的椭圆轨道很接近于圆形轨道，我们把行星绕太阳运动的椭圆轨道可以近视看作我们把行星绕太阳运动的椭圆轨道可以近视看作为一个圆形轨道，这样就简化了问题，易于我们为一个圆形轨道，这样就简化了问题，易于我们在现有认知水平上来接受在现有认知水平上来接受.第7页，共25页，编辑于2022年，星期三据开普勒三定律,是个常量得出结论:再根据再根据牛顿第三定律牛顿第三
5、定律，行星吸引太阳的力跟太阳，行星吸引太阳的力跟太阳吸引行星的力大小相等、性质相同，故引力也应当吸引行星的力大小相等、性质相同，故引力也应当和太阳的质量和太阳的质量MM成正比。因此：成正比。因此：写成等式：写成等式：第8页，共25页，编辑于2022年，星期三二、万有引力定律二、万有引力定律1、内容、内容：任何两个物体都存在相互作用的引力，引力的大任何两个物体都存在相互作用的引力，引力的大小跟这两个物体的质量的乘积成正比，与这两个小跟这两个物体的质量的乘积成正比，与这两个物体之间的距离的平方成反比。物体之间的距离的平方成反比。2、表达式：、表达式：注意注意：r 为质点与质点间的距离为质点与质点间
6、的距离 对于质量分布均匀球体对于质量分布均匀球体 球心间的距离球心间的距离3.适用条件：任何两个质点或者质量分布均匀的球适用条件：任何两个质点或者质量分布均匀的球体间的相互作用。体间的相互作用。第9页，共25页，编辑于2022年，星期三*其中G是一个引力常量。（1）单位：）单位：（2）标准值：）标准值：常用值：常用值：（3）注意：与重力的符号区别开来注意：与重力的符号区别开来第10页，共25页，编辑于2022年，星期三 (1)(1)万有引力定律的发现万有引力定律的发现,是是1717世纪世纪自然科学最伟大的成果之一自然科学最伟大的成果之一.把地面把地面上物体运动的规律和天体的运动规上物体运动的规
7、律和天体的运动规律统一了起来。律统一了起来。(2)(2)万有引力定律的发现万有引力定律的发现,对以后对以后物理学的发展和天文学的发展具有物理学的发展和天文学的发展具有深远的影响深远的影响,它它第一次揭示了自然第一次揭示了自然界中一种基本相互作用的规律。界中一种基本相互作用的规律。(3)(3)万有引力定律的发现万有引力定律的发现,解放解放了人们的思想，对科学文化的发展了人们的思想，对科学文化的发展起到了积极的推动作用。起到了积极的推动作用。4、意义：、意义：第11页，共25页，编辑于2022年，星期三例题例题1如图所示，如图所示，r虽大于两球的半径，但两球的半径虽大于两球的半径，但两球的半径不能
8、忽略，而球的质量分布均匀，大小分别为不能忽略，而球的质量分布均匀，大小分别为m1与与m2，则两球间万有引力的大小为（，则两球间万有引力的大小为（）r1rr2A、B、C、D、D第12页，共25页，编辑于2022年，星期三引力的推广引力的推广牛顿还研究了月球绕地球的运转,发现这个引力也符合此规律,同时许多不同的物体之间都有引力,都遵循这一规律,从而牛顿将这一规律推广到自然界中任意两个物体,得出了著名的万有引力定律第13页，共25页，编辑于2022年，星期三牛顿的思考：牛顿的思考：（）（）“天上的力天上的力”和和“人间的力人间的力”是同一种力是同一种力吗？吗？（）地球表面的重力是否能延伸到月球轨道？
9、（）地球表面的重力是否能延伸到月球轨道？牛顿的猜想：牛顿的猜想：苹果与月球受到的引力可能是同一种力苹果与月球受到的引力可能是同一种力!这种力可能都遵从与距离平方成反比的关系。这种力可能都遵从与距离平方成反比的关系。第14页，共25页，编辑于2022年，星期三【讨论】根据下列是当时可以测量的数据，如何证明【讨论】根据下列是当时可以测量的数据，如何证明月亮受力满足月亮受力满足“平方反比平方反比”的关系？的关系？地表重力加速度：地表重力加速度：g=9.8m/s2 地球半径：地球半径：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=3
10、.84108m？计算验证：计算验证：计算结果：计算结果：第15页，共25页，编辑于2022年，星期三（三）万有引力定律的内容自然界中任何两个物体都是互相吸引的,引力的大小跟这两个物体的质量乘积成正比,跟它们的距离的二次方成反比.第16页，共25页，编辑于2022年，星期三思考题思考题:自然界任何两个物体都是吸引的,为什么我们平时没有感觉到人与人间的万有引力?练习练习:估算两个均为50kg的人,在相距1米时的万有引力的大小.第17页，共25页，编辑于2022年，星期三 17世纪自然科学最伟大的成果之一，第一次揭示 了自然界中的一种基本相互作用的规律，在人类认识自然的历史上树立了一座里程碑。在文化
11、发展史上的重大意义：使人们建立了有能 力理解天地间的各种事物的信心，解放了人们的思想，在科学文化的发展史上起了积极的推动作用。万有引力定律的意义万有引力定律的意义第18页，共25页，编辑于2022年，星期三三、引力常量的测量三、引力常量的测量扭秤实验扭秤实验（1）实验原理：）实验原理：科学方法科学方法放大法放大法卡文迪许卡文迪许卡文迪许实验室卡文迪许实验室第19页，共25页，编辑于2022年，星期三（）实验数据（）实验数据 G值为值为6.6710-11 Nm2/kg2 G值的物理含义：值的物理含义：两个质量为两个质量为1kg的物体相距的物体相距1m时，它们之时，它们之间万有引力为间万有引力为6
12、.6710-11 N第20页，共25页，编辑于2022年，星期三第21页，共25页，编辑于2022年，星期三例题2 估算两个质量50kg的同学相距0.5m时之间的万有引力约有多大？答案：答案：6.6710-7牛牛第22页，共25页，编辑于2022年，星期三（）卡文迪许扭称实验的意义（）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；进入了真正实用的时代；开创了微小量测量的先河，使科学放大思想开创了微小量测量的先河，使科学放大思想得到推广；得到推广；第23页，共25页，编辑于2022年，星期三四、学习思考四、学习思考纵观万有引力
13、定律的发现历程，你觉得科学发现的一般过程是纵观万有引力定律的发现历程，你觉得科学发现的一般过程是什么？你能概括一下吗？什么？你能概括一下吗？例题例题3、科学研究过程的基本要素包含以下几点：、科学研究过程的基本要素包含以下几点：提出提出假设；假设；对现象的一般观察；对现象的一般观察；通过试验对推论进行检通过试验对推论进行检验；验；运用逻辑（包括数学）得出推论；运用逻辑（包括数学）得出推论；对假说进行对假说进行修正和推广。请按科学研究过程的顺序将基本要素填入修正和推广。请按科学研究过程的顺序将基本要素填入下图（只填序号）下图（只填序号）答案：答案：。第24页，共25页，编辑于2022年，星期三第25页，共25页，编辑于2022年，星期三