《陜西省安康市石泉縣高中物理 第5章 萬有引力與航天 5.2 萬有引力定律是怎樣發(fā)現(xiàn)的課件 滬科版必修2.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《陜西省安康市石泉縣高中物理 第5章 萬有引力與航天 5.2 萬有引力定律是怎樣發(fā)現(xiàn)的課件 滬科版必修2.ppt（34頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。
1、 知 識 回 顧開 普 勒 行 星 運 動 定 律 的 內 容 是 什 么 ？1、 第 一 定 律 ： （ 軌 道 定 律 ）2、 第 二 定 律 ： （ 面 積 定 律 ）3、 第 三 定 律 ： （ 周 期 定 律 ） 一 、 軌 道 定 律近 似 圓 周 ， 太 陽 在 圓 心二 、 面 積 定 律行 星 繞 太 陽 做 勻 速 圓 周 運 動三 、 周 期 定 律 r 32a kT ( k 與 行 星 無 關 )32r kT 行星運動的簡化的模型 問 題 引 入 行 星 為 什么 這 樣 運動 ? 一 、 近 代 物 理 學 家 對 行 星 運 動 本 質 的 認 識 與 發(fā) 展(英
2、國 的 吉 爾 伯 特 ) 行 星 是 依 靠 太 陽發(fā) 出 的 磁 力 維 持著 繞 日 運 動 意 識 到 太 陽有 一 種 力 支配 著 行 星 的運 動開 普 勒 法 國 笛 卡 兒 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 漩 渦 從 而 帶動 著 行 星 轉 動 法 國 布 里 奧 首 先 提 出 平 方 反 比 假 設 。 認 為 每 個 行星 受 太 陽 發(fā) 出 的 力 支 配 ， 力 的 大 小 跟 行星 與 太 陽 的 距 離 的 平 方 成 反 比 。一 、 近 代 物 理 學 家 對 行 星
3、運 動 本 質 的 認 識 與 發(fā) 展 羅 伯 特 胡 克 17世 紀 中 葉 后 ： 引 力 思想 已 逐 漸 被 人 們 所 接 受 ，甚 至 有 了 引 力 與 距 離 的 平方 成 正 比 的 猜 想 。 其 中 英國 物 理 學 家 胡 克 、 雷 恩 、哈 雷 都 對 此 做 出 了 貢 獻 。一 、 近 代 物 理 學 家 對 行 星 運 動 本 質 的 認 識 與 發(fā) 展 二 、 站 在 巨 人 肩 上 的 牛 頓 牛 頓 之 前 或 與 牛 頓 同 時 代 的 科 學 家 為 什 么 不 能 把引 力 問 題 徹 底 解 決 呢 ？困 難 之 一 ： 行 星 沿 橢 圓 軌
4、道 運 動 ， 速 度 的 大 小 方 向 均 不斷 變 化 。 當 時 解 決 這 種 曲 線 運 動 問 題 ， 還 缺 少 相應 的 數(shù) 學 工 具 。二 、 站 在 巨 人 肩 上 的 牛 頓 困 難 之 二 ： 天 體 是 一 個 龐 然 大 物 ， 如 果 認 為 行 星 受 到 太 陽 的引 力 ， 如 何 計 算 這 種 引 力 的 總 效 果 ， 當 時 還 缺 乏 理 論上 的 工 具 。 困 難 之 三 ： 如 果 天 體 之 間 是 相 互 吸 引 的 ， 那 么 在 眾 多 天 體 共存 的 太 陽 系 中 ， 如 何 解 決 天 體 間 相 互 吸 引 相 互 干
5、擾 這一 復 雜 的 問 題 呢 ？二 、 站 在 巨 人 肩 上 的 牛 頓 牛 頓 研 究 引 力 問 題 三 大 法 寶1、 他 利 用 他 創(chuàng) 立 的 微 積 分 方 法 ， 越 過 了 變 速 運 動 的障 礙 。 牛 頓 在 前 人 的 基 礎 上 ， 憑 借 他 超 凡 的 數(shù) 學 能力 證 明 了 ： 如 果 太 陽 和 行 星 間 的 引 力 與 距 離 的 二 次方 成 反 比 ， 則 行 星 的 軌 道 應 是 橢 圓 。二 、 站 在 巨 人 肩 上 的 牛 頓 2、 他 利 用 模 型 方 法 提 出 了 質 點 概 念 ， 并 通 過 微 積分 計 算 論 證 ，
6、把 天 體 的 質 量 集 中 于 球 心 ， 方 便 的 計算 出 天 體 間 的 引 力 的 總 效 果 。3、 他 大 膽 地 撇 開 其 他 天 體 的 作 用 不 計 ， 只 考 慮 太陽 對 行 星 的 引 力 作 用 。 合 理 的 簡 化 使 他 直 達 問 題 的本 質 。二 、 站 在 巨 人 肩 上 的 牛 頓 邏 輯 推 理 F1m M行 星 的 公 轉 周 期 ： T行 星 到 太 陽 的 距 離 : r設 行 星 的 質 量 為 m 行 星則 由 牛 頓 第 二 定 律 得 ：rTmF 2241 行 星 需 要 的 向 心 力 為 ：已 知 運 動由 開 普 勒 第
7、 三 定 律 ： kTr 23 不 同 行 星 的 公 轉 周 期T不 同 ， 如 何 消 去 T ？ 221 rmk4F 以 上 兩 式 聯(lián) 立 消 去 T得 ： 太陽對行星的引力 邏 輯 推 理 F1m MF 2 21 r mF 行 星太 陽 對 行 星 的 吸 引 力 一 對 相 互 作 用 力 ：同 一 性 質 ， 大 小 相 等什 么 關系 ？太 陽 對 行 星 F1行 星 對 太 陽 F2行 星 對 太 陽 的 吸 引 力 22 rF 太 陽 2r mF 行星太 陽 2r mG 行星太 陽太 陽 與 行 星 間 的 引 力 太陽對行星的引力 為 什 么 月 球 不 能 飛 離 地
8、球 呢 ？ 1.既 然 是 太 陽 與 行 星 之 間 的 引力 使 得 行 星 不 能 飛 離 太 陽 ， 那么 ， 太 陽 與 地 球 之 間 的 吸 引 力與 地 球 吸 引 物 體 （ 蘋 果 ） 的 力是 否 是 同 一 種 力 呢 ?2.即 使 在 最 高 的 建 筑 物 上 和 最 高 的 山 頂 上 ， 都 不 會發(fā) 現(xiàn) 重 力 有 明 顯 的 減 弱 ， 那 么 ， 這 個 力 會 不 會 延 伸作 用 到 月 球 上 ?拉 住 月 球 圍 繞 地 球 運 動 ？牛頓的猜想 牛頓的猜想 猜 想 ：假 設 地 球 對 月 亮 、 蘋 果的 力 是 同 一 種 性 質 的 力 ，
9、這 可 能 是 地 球 對 其 表 面上 的 物 體 的 重 力 延 伸 到月 亮 ， 且 它 們 都 是 類 似太 陽 與 行 星 間 的 引 力 ，都 應 遵 從 “ 與 距 離 平 方成 反 比 ” 的 規(guī) 律 。 檢 驗 目 的 ： 地 球 和 月 球 之 間 的 吸 引 力 是 否 與 地球 吸 引 蘋 果 的 力 為 同 一 種 力 根 據 牛 頓 第 二 定 律 ， 知 ：檢 驗 原 理 ： 21 ,F r由 于 60r R且 2160F G月故猜想的驗證 ：月- 地檢驗 mgma 2601 月 2160月即 a g 猜想的驗證 ：月- 地檢驗 根 據 向 心 加 速 度 公 式
10、 ,有 ： 22 24 月a r r T即 ： 2 8264 314 384 10236 10 2m/s.a .月 32 72 10. 2m/s2160 g驗 證 過 程 地 表 重 力 加 速 度 ： g = 9.8 m/s2地 球 半 徑 ： R=6400 103m月 球 周 期 ： T =27.3天 2.36 106 s月 球 軌 道 半 徑 ： r60R=3.84 108m當 時 ， 已 能 準 確 測 量 的 量 有 ： 1.定 律 表 述 ： 自 然 界 中 任 何 兩 個 物 體 都 是 相 互 吸引 的 ， 引 力 的 大 小 跟 這 兩 個 物 體 的 質 量 的 乘 積 成
11、正 比 ， 跟 它 們 的 距 離 的 二 次 方 成 反 比 .2.【 說 明 】1.m 1和 m 2表 示 兩 個 物 體 的 質 量 ， r表 示 它 們 的 距 離 。2.G為 引 力 常 量 ， G=6.67 10 11 Nm2/kg23.G的 物 理 意 義 兩 質 量 各 為 1kg的 物 體 相 距 1m時萬 有 引 力 的 大 小 . 1 22m mF G r即 ，三 、萬有引力定律 3.萬 有 引 力 公 式 的 適 用 范 圍 ：（ 1） 萬 有 引 力 存 在 于 一 切 物 體 之 間 ， 但 上 述 公 式只 能 計 算 兩 質 點 間 的 引 力 ；即 兩 物 體
12、 的 形 狀 和 大 小 對 它 們 之 間 的 距 離 而 言 ,影 響 很 小 ,可 以 忽 略 不計 .（ 2） 兩 質 量 分 布 均 勻 的 球 體 之 間 的 引 力 ， 也 可 用上 述 公 式 計 算 ， 且 r為 兩 球 心 間 距 離 ；m 1 m 2三 、萬有引力定律 4.萬 有 引 力 定 律 理 解 普 遍 性 ： 任 何 兩 個 物 體 之 間 都 存 在 引 力 （ 大 到 天 體小 到 微 觀 粒 子 ） ， 它 是 自 然 界 的 物 體 間 的 基 本 相 互 作用 之 一 。 相 互 性 ： 兩 個 物 體 之 間 相 互 作 用 的 引 力 是 一 對
13、作用 力 與 反 作 用 力 ， 符 合 牛 頓 第 三 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 物 理 意 義 。 在 微 觀 世 界 中 ， 粒 子 的 質 量 都 非 常小 ， 粒 子 間 的 萬 有 引 力 很 不 顯 著 ， 萬 有 引 力 可 以 忽略 不 計 。三 、萬有引力定律 萬 有 引 力 定 律 是 17世 紀 自 然 科 學 最 偉 大 的 成果 之 一 ， 第 一 次 揭 示 了 自 然 界 中 的 一 種 基 本 相互
14、作 用 的 規(guī) 律 ， 在 人 類 認 識 自 然 的 歷 史 上 樹 立了 一 座 里 程 碑 。 在 文 化 發(fā) 展 史 上 ， 萬 有 引 力 定律 使 人 們 建 立 了 有 能 力 理 解 天 地 間 的 各 種 事 物的 信 心 ， 解 放 了 人 們 的 思 想 ， 在 科 學 文 化 的 發(fā)展 史 上 起 到 了 積 極 的 推 動 作 用 。三 、萬有引力定律 例 1 關 于 萬 有 引 力 定 律 的 適 用 范圍 ， 下 列 說 法 中 正 確 的 有 ( )A 只 適 用 于 天 體 ， 不 適 用于 地 面 的 物 體B 只 適 用 于 球 形 物 體 ， 不適 用
15、于 其 他 形 狀 的 物 體C 只 適 用 于 質 點 ， 不 適 用于 實 際 物 體D 適 用 于 自 然 界 中 任 何 兩個 物 體 之 間 萬 有 引 力 存 在 于一 切 物 體 之 間解 析 ： 例 2.離 地 面 某 一 高 度 h處 的 重 力 加 速 度 是 地球 表 面 重 力 加 速 度 的二 分 之 一 ， 則 高 度 h是 地 球 半 徑 的 多 少 倍 ？ 解 析 ： 地 球 表 面 上 物 體 所 受 重 力約 等 于 地 球 對 物 體的 引 力 ， 則 有 : 2Mmmg G R離 地 面 高 度 為 h處 :h 2Mmmg G(R h) 由 題 意 知
16、12hg g解 得 2 1h ( )R 即 h 是 地 球 半 徑 的 倍 ( 2 1) 算 一 算 .下 面 我 們 粗 略 地 來 計 算 一 下 兩 個 質 量 為50kg， 相 距 0.5m的 人 之 間 的 引 力 。1 22 - 1 1- 7m mF = G r 5 0 5 0 = 6 . 6 7 1 0 0 . 2 5= 6 . 6 7 1 0 N N答 案 ： 76.6 7 10 N三 、萬有引力定律 四 、 卡 文 迪 許 實 驗 卡 文 迪 許 實 驗引 力 常 量 的 出 現(xiàn) 要 比 萬 有 引 力 定 律 晚 一 百 多 年 ！ 測 定 引 力 常 量 的 重 要 意
17、義1.證 明 了 萬 有 引 力 存 在 的 普 遍 性 .2.萬 有 引 力 定 律 有 了 真 正 的 實 用 價 值 ， 可 測 定 遠 離地 球 的 天 體 的 質 量 、 密 度 等 .3.扭 秤 實 驗 巧 妙 地 利 用 等 效 法 合 理 地 將 微 小 量 進 行放 大 ， 開 創(chuàng) 了 測 量 弱 力 的 新 時 代 .四 、 卡 文 迪 許 實 驗 卡 文 迪 許 實 驗 室四 、 卡 文 迪 許 實 驗 1.對 于 萬 有 引 力 定 律 的 表 述 式 ， 下 列 說 法 中 正 確 的 是( )A.公 式 中 G為 引 力 常 量 ， 它 是 由 實 驗 測 得 的
18、， 而 不 是 人為 規(guī) 定 的B.當 r趨 近 于 零 時 ， 萬 有 引 力 趨 于 無 窮 大C.m 1與 m 2受 到 的 引 力 大 小 總 是 相 等 的 ， 方 向 相 反 ， 是 一對 平 衡 力D. m 1與 m 2受 到 的 引 力 大 小 總 足 相 等 的 ， 而 與 m 1、 m 2 是否 相 等 無 關AD 課 堂 訓 練 2.要 使 兩 物 體 間 的 萬 有 引 力 減 小 到 原 來 的 1/4， 下 列 辦 法可 采 用 的 是 （ ）A.使 兩 個 物 體 質 量 各 減 小 一 半 ， 距 離 不 變B. 使 其 中 一 個 物 體 的 質 量 減 小
19、到 原 來 的 1/4， 距 離 不 變C. 使 兩 物 體 的 距 離 增 為 原 來 的 2倍 ， 質 量 不 變D. 兩 物 體 的 距 離 和 兩 物 體 質 量 都 減 小 為 原 來 的 1/4ABC 課 堂 訓 練 3. 下 列 說 法 正 確 的 有 ( ) A . 太 陽 系 中 的 八 大 行 星 有 一 個 共 同 的 軌 道 焦 點 B . 行 星 的 運 動 方 向 總 是 沿 著 軌 道 的 切 線 方 向 C . 行 星 的 運 動 方 向 總 是 與 它 和 太 陽 的 連 線 垂 直 D . 日 心 說 的 說 法 是 完 全 正 確 的 A B課 堂 訓 練
20、 4.兩 艘 輪 船 ， 質 量 都 是 1.0 104t， 相 距 10km， 它 們 之 間的 萬 有 引 力 是 多 大 ？ 請 將 這 個 力 與 輪 船 所 受 的 重 力 進 行比 較 ， 看 看 是 重 力 的 多 少 倍 。解 ： 可 以 將 輪 船 看 成 質 點 ， 根 據 萬 有 引 力 定 律 NNrmmGF 523 27112 21 1067.6)1010( )100.1(1067.6 而 重 力 的 大 小 為 ： NNmgG 77 108.98.9100.1 它 們 的 比 值 為 ： 137 5 1081.6108.9 1067.6 GF 課 堂 訓 練 5.太 陽 的 質 量 為 2.0 1030kg， 太 陽 和 地 球 的 平 均 距 離為 1.5 1011m， 太 陽 和 地 球 之 間 的 萬 有 引 力 是 多 大 ？（ 地 球 的 質 量 約 為 6.0 1024kg) 30 24-11 22 2 11 2Mm 2.0 10 6.0 10F = G = 6.67 10 N 3.6 10 Nr (1.5 10 )解 ： 根 據 萬 有 引 力 定 律 : 課 堂 訓 練
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