《2017-2018学年鲁科版必修25.1万有引力定律及常量的测定课件(37张).ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2017-2018学年鲁科版必修25.1万有引力定律及常量的测定课件(37张).ppt（37页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、5.1 万有引力定律及引力常量的测定万有引力定律及引力常量的测定 遂古之初，谁传道之？遂古之初，谁传道之？上下未行，何由考之？上下未行，何由考之？夜光何德，死则又育？夜光何德，死则又育？厥利维何，而顾菟在腹？厥利维何，而顾菟在腹？屈原屈原天问天问“旅行者旅行者”1号探测号探测器器 36年孤独旅行，年孤独旅行，或已飞出太阳系或已飞出太阳系“勇气勇气”号火星探测器号火星探测器 设计寿命设计寿命3个月，实际工作时间个月，实际工作时间7年。如今年。如今勇气号永远沉睡在火星特洛伊地区，这是她勇气号永远沉睡在火星特洛伊地区，这是她留给世人的最后一张照片。留给世人的最后一张照片。人类在月球上留下人类在月球上
2、留下的第一个脚印的第一个脚印 一一一一.行星运动规律行星运动规律行星运动规律行星运动规律1.地心说地心说托勒密托勒密（90-168）（古希腊学者）2.2.日心说日心说日心说日心说哥白尼哥白尼哥白尼哥白尼(1473-1543)(1473-1543)(1473-1543)(1473-1543)波兰天文学家波兰天文学家波兰天文学家波兰天文学家 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。开普勒第一定律开普勒第一定律（轨道定律）（轨道定律）3.开普勒三大定律开普勒三大定律 对于每一个行星而言，太阳和行星的连线在
3、对于每一个行星而言，太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积。相等的时间内扫过相等的面积。开普勒第二定律开普勒第二定律（面积定律）（面积定律）（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。周期的二次方的比值都相等。即：R3/T 2=k开普勒第三定律开普勒第三定律K是一个只决定于被绕天体（中心天体）质量的物理量是一个只决定于被绕天体（中心天体）质量的物理量R 什么力来维持行星运动呢？什么力来维持行星运动呢？什么力来维持行星运动呢？什么力来维持行星运动呢？?合并趋势合并趋势会不会是所有物会不会是所有物体都有合并趋势。体
4、都有合并趋势。伽利略伽利略：一切物体都有合并的趋势，这种趋势导致物体一切物体都有合并的趋势，这种趋势导致物体 做圆周运动。做圆周运动。伽利略灵感类磁力类磁力开普勒：开普勒：受到了来自太阳的类似于磁力的作用。受到了来自太阳的类似于磁力的作用。开普勒开普勒(以太）作用以太）作用可能在一种看不见但可能在一种看不见但旋转着的物质（以太）旋转着的物质（以太）作用下作用下 笛卡儿笛卡儿：在行星的周围有旋转的物质在行星的周围有旋转的物质(以太）作用以太）作用在行星上，使得行星绕太阳运动。在行星上，使得行星绕太阳运动。笛卡儿胡克、哈雷等胡克、哈雷等:受到了太阳对它的引力，证明了如果行受到了太阳对它的引力，证明
5、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，但没法证明在椭圆轨道规律也成立。离的二次方成反比，但没法证明在椭圆轨道规律也成立。太阳引力太阳引力FF胡克胡克哈雷哈雷我们再来认识一位伟大的科学家我们再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
6、了前人的工作，提出了“流数法”，建立了二项式定理，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 (16431727)英国著名的物理学家牛顿牛顿在前人研究的基础上，凭借他超凡的数学能力证明了：如果太阳和行星间的引力与距离的二次方成反比，则行星的轨迹是椭圆.并且阐述了普遍意义下的万有引力定律。万有引力定律的发现万有引力定律的发现1.1.内容：自然界中内容：自然界中任何任何两个物体都是两个物体都是相互相互吸引吸引的，引力的方向沿两物体的连线，引力的大小的，引力的方向沿两物体的连线，引力的大小F F与这两个物体的质量的乘积与这两个物体的
7、质量的乘积m m1 1m m2 2成正比，与这两成正比，与这两个物体间的距离个物体间的距离r r的平方成反比。的平方成反比。2.2.公式：公式：式中G为引力常量，G=6.671011 Nm2/kg2P93：讨论与交流二、万有引力定律二、万有引力定律例例1 1：请用万有引力定律来估算质量均为：请用万有引力定律来估算质量均为60kg60kg、相、相距距1m1m的两个人之间的引力。的两个人之间的引力。解：解：“轻如鸿毛轻如鸿毛”一只鸽子质量约为500g，羽毛占总质量的8%左右。鸽子的羽毛共有6 种，若按质量全部折算成绒羽大约为4000根。每根绒羽的质量为每根绒羽的质量为0.01g0.01g，重，重1
8、010-4-4N N。问题：如果两人拥抱在一起，那么两人之间的问题：如果两人拥抱在一起，那么两人之间的引力是否会无限大？引力是否会无限大？1.1.内容：自然界中内容：自然界中任何任何两个物体都是两个物体都是相互相互吸引吸引的，引力的方向沿两物体的连线，引力的大小的，引力的方向沿两物体的连线，引力的大小F F与这两个物体的质量的乘积与这两个物体的质量的乘积m m1 1m m2 2成正比，与这两成正比，与这两个物体间的距离个物体间的距离r r的平方成反比。的平方成反比。万有引力定律万有引力定律2.2.公式：公式：式中G为引力常量，G=6.671011 Nm2/kg23.3.适用条件：两个质点之间适
9、用条件：两个质点之间（相距很远；相距很远；匀质的球体）匀质的球体）例例2 2：已知太阳的质量：已知太阳的质量M=2M=210103030kgkg，地球的质量，地球的质量m=6m=610102424kgkg，地球与太阳的平均距离为，地球与太阳的平均距离为1.51.5亿公里。亿公里。求太阳和地球之间的引力大小。求太阳和地球之间的引力大小。解：解：“重如泰山重如泰山”泰山位于山东省中部东西长约200公里，南北宽约50公里，主峰玉皇峰海拔约1500m。岩石密度约为3103kg。泰山质量约为泰山质量约为7.57.510101515kgkg，重约，重约7.57.510101616N N。例例2 2：已知太
10、阳的质量：已知太阳的质量M=2M=210103030kgkg，地球的质量，地球的质量m=6m=610102424kgkg，地球与太阳的平均距离为，地球与太阳的平均距离为1.51.5亿公里。亿公里。求太阳和地球之间的引力大小。求太阳和地球之间的引力大小。解：解：“重如泰山重如泰山”泰山重约泰山重约7.57.510101616N N。1.1.内容：自然界中内容：自然界中任何任何两个物体都是两个物体都是相互相互吸引吸引的，引力的方向沿两物体的连线，引力的大小的，引力的方向沿两物体的连线，引力的大小F F与这两个物体的质量的乘积与这两个物体的质量的乘积m m1 1m m2 2成正比，与这两成正比，与这
11、两个物体间的距离个物体间的距离r r的平方成反比。的平方成反比。万有引力定律万有引力定律2.2.公式：公式：式中G为引力常量，G=6.671011 Nm2/kg23.3.适用条件：两个质点之间适用条件：两个质点之间（相距很远；相距很远；匀质的球体）匀质的球体）4.4.一般情况下，两个小物体之间的万有引力可一般情况下，两个小物体之间的万有引力可以忽略不计。以忽略不计。（宏观性；宏观性；普遍性）普遍性）例例3 3：已知地球的质量：已知地球的质量M=6M=610102424kgkg，半径，半径r=6400kmr=6400km。求地球表面附近一个质量求地球表面附近一个质量m=1kgm=1kg的物体对地
12、球的引力的物体对地球的引力大小。大小。解：解：“引力与重力之间的关系？引力与重力之间的关系？”静止在水平面上的物体：静止在水平面上的物体：“受力分析受力分析”GN（F引引）F引引F向向G地心ON重力与万有引力的关系重力与万有引力的关系1.1.重力是地球对物体引力的一个分力。重力是地球对物体引力的一个分力。万有引力万有引力的另一个分力是提供物体随地球自转所需要的的另一个分力是提供物体随地球自转所需要的向心力。向心力。2.2.纬度越高，重力加速度越大。纬度越高，重力加速度越大。赤道处的重力加赤道处的重力加速度最小，在两极重力就等于万有引力。速度最小，在两极重力就等于万有引力。3.3.除赤道和两极外
13、，重力的方向均不指向地心。除赤道和两极外，重力的方向均不指向地心。重力与万有引力的关系重力与万有引力的关系1.1.重力是地球对物体引力的一个分力。重力是地球对物体引力的一个分力。万有引力万有引力的另一个分力是提供物体随地球自转所需要的的另一个分力是提供物体随地球自转所需要的向心力。向心力。2.2.纬度越高，重力加速度越大。纬度越高，重力加速度越大。赤道处的重力加赤道处的重力加速度最小，在两极重力就等于万有引力。速度最小，在两极重力就等于万有引力。3.3.除赤道和两极外，重力的方向均不指向地心。除赤道和两极外，重力的方向均不指向地心。4.4.当地球自转的影响可以忽略不计时，可认为物当地球自转的影
14、响可以忽略不计时，可认为物体的重力等于地球对物体的万有引力。体的重力等于地球对物体的万有引力。（M M为地球质量，为地球质量，R R为地球半径。）为地球半径。）例例4 4：一个物体在地面上的重力为：一个物体在地面上的重力为G G。那么当它在高出。那么当它在高出地面地面h=Rh=R（R R为地球半径）处时，其重力为地球半径）处时，其重力G G1 1是多少？是多少？若将它放在月球表面，它所受的重力若将它放在月球表面，它所受的重力G G2 2是多少？是多少？(已知已知地球的平均密度是月球平均密度的地球的平均密度是月球平均密度的1.61.6倍，地球半径倍，地球半径是月球半径的是月球半径的3.73.7倍
15、。倍。)解：解：地面地面高处高处月球表面月球表面重力与万有引力的关系重力与万有引力的关系1.1.重力是地球对物体引力的一个分力。重力是地球对物体引力的一个分力。万有引力万有引力的另一个分力是提供物体随地球自转所需要的的另一个分力是提供物体随地球自转所需要的向心力。向心力。2.2.纬度越高，重力加速度越大。纬度越高，重力加速度越大。赤道处的重力加赤道处的重力加速度最小，在两极重力就等于万有引力。速度最小，在两极重力就等于万有引力。3.3.除赤道和两极外，重力的方向均不指向地心。除赤道和两极外，重力的方向均不指向地心。4.4.当地球自转的影响可以忽略不计时，可认为物当地球自转的影响可以忽略不计时，
16、可认为物体的重力等于地球对物体的万有引力。体的重力等于地球对物体的万有引力。（M M为地球质量，为地球质量，R R为地球半径。）为地球半径。）（M M为星球质量，为星球质量，R R为星球半径。）为星球半径。）1.1.内容内容一、万有引力定律一、万有引力定律2.2.公式：公式：（G=6.671011 Nm2/kg2）3.3.适用条件：两个质点之间适用条件：两个质点之间（相距很远；相距很远；匀质的球体）匀质的球体）4.4.一般情况下，两个小物体之间的万有引力可一般情况下，两个小物体之间的万有引力可以忽略不计。以忽略不计。（宏观性；宏观性；普遍性）普遍性）小结：小结：二、重力与万有引力的关系二、重力
17、与万有引力的关系1.1.重力是地球对物体引力的一个分力。重力是地球对物体引力的一个分力。4.4.当地球自转的影响可以忽略不计时，可认为物当地球自转的影响可以忽略不计时，可认为物体的重力等于地球对物体的万有引力。体的重力等于地球对物体的万有引力。一、引力常量的测定一、引力常量的测定mmrFrFmm实验思想和科学方法：转换法、放大法转换法、放大法卡文迪许扭秤实验装置卡文迪许扭秤实验装置细长的石英丝细长的石英丝增大增大T T型架横梁长度型架横梁长度1.1.增加扭转角度增加扭转角度平面镜的放射平面镜的放射增大标尺与平面镜距离增大标尺与平面镜距离光源光源标尺标尺2.2.测量微小的扭转角度测量微小的扭转角
18、度例例1 1：今天是个一个特别的日子，因为今天是海王星：今天是个一个特别的日子，因为今天是海王星被发现后整整被发现后整整“1 1周年周年”1 1海王星年。这就意味着海王星年。这就意味着海王星终于走完自海王星终于走完自18461846年年9 9月月2323日德国天文学家加勒日德国天文学家加勒发现它之后的一圈围绕太阳的旅程，回到了和它被发发现它之后的一圈围绕太阳的旅程，回到了和它被发现时相同的轨道位置。海王星的发现是天文学史上的现时相同的轨道位置。海王星的发现是天文学史上的一个传奇。严格意义上来说，这是数学的胜利。因为一个传奇。严格意义上来说，这是数学的胜利。因为它是一颗根据天王星的轨道异常情况，被数学家在笔它是一颗根据天王星的轨道异常情况，被数学家在笔尖上推算出来的新行星。尖上推算出来的新行星。20112011年年7 7月月1212日美国国家地理网站报道日美国国家地理网站报道 请根据上述信息计算海王星离太阳的平均距离，请根据上述信息计算海王星离太阳的平均距离，计算结果用天文单位计算结果用天文单位AUAU表示。（表示。（1AU1AU等于地球离太阳等于地球离太阳的平均距离。）的平均距离。）