太阳与行星间的引力课件PPT.ppt 39页

'第二节太阳对行星的引力 开普勒三定律开普勒第一定律——轨道定律所有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。开普勒第二定律——面积定律对每个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间扫过相等的面积;开普勒第三定律——周期定律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.太阳行星b=va 问题探究行星为什么绕太阳如此和谐而又有规律地做椭圆运动呢？ 伽利略行星的运动是受到了来自太阳的类似于磁力的作用，与距离成反比。行星的运动是太阳吸引的缘故，并且力的大小与到太阳距离的平方成反比。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。开普勒笛卡尔胡克一切物体都有合并的趋势。科学足迹 科学足迹牛顿(1643—1727)英国著名的物理学家当年牛顿在前人研究的基础上，也经过类似的思考，并凭借其超凡的数学能力和坚定的信念，深入研究，最终发现了万有引力定律。 建立模型问题1：行星的实际运动是椭圆运动，但我们还不了解椭圆运动规律，那应该怎么办？能否把它简化成什么运动呢？太阳行星a 行星轨道半长轴a(106km)轨道半短轴b(106km)水星57.956.7金星108.2108.1地球149.6149.5火星227.9226.9木星778.3777.4土星1427.01424.8天王星2882.32879.1海王星4523.94523.8八大行星轨道数据表d太阳=1.39×106km行星直径d(106km)0.00480.0120.0130.00680.1430.120.00510.0049 建立模型太阳行星r太阳行星a问题2：既然把行星绕太阳的运动简化为圆周运动。那么行星绕太阳运动可看成匀速圆周运动还是变速圆周运动呢？为什么？简化问题3:行星绕太阳做匀速圆周运动需要向心力，那什么力来提供做向心力？这个力的方向怎么样？ 建立模型问题4：太阳对行星的引力提供向心力，那这个力大小有什么样定量关系？F太阳Ｍ行星ｍｒＶ 科学探究消去v行星运行速度v容易观测？怎么办？消去T 科学探究关系式中m是受力天体还是施力天体的质量？探究1:太阳对行星的引力F太阳对行星的引力跟受力星体的质量成正比，与行星、太阳距离的二次方成反比.F′问题5：既然太阳对行星有引力，那么行星对太阳有无引力？它有怎么样的定量关系呢？F行星太阳 科学探究探究2:行星对太阳的引力F′F行星太阳F′类比法行星对太阳的引力F′跟太阳的质量成正比，与行星、太阳距离的二次方成反比.太阳对行星的引力跟受力星体的质量成正比，与行星、太阳距离的二次方成反比. 科学探究探究3:太阳与行星间的引力F类比法F和F′是一对作用力和反作用力，那么可以得出F大小跟太阳质量M、行星质量m的关系式有什么关系？牛三G为比例系数，与太阳、行星无关。方向：沿着太阳与行星间的连线。 月亮绕地球运行 苹果落地 月亮绕地旋转所需要的向心力、地球对地表物体的重力与太阳行星间的引力是不是都是相同的力呢？……这个问题引起了牛顿的沉思。如果你是牛顿，你会怎样解决这个猜想？一、牛顿的思考 牛顿的思考：苹果与月亮受到的力可能是同一种力!可能是地球表面的重力延伸到月亮。而且它们都是类似太阳行星间的引力，它们都应遵从“与距离平方成反比”的关系。一、牛顿的思考 证明苹果、月亮受力满足“平方反比”的关系当时已知的一些量：地表重力加速度：g=9.8m/s2地球半径：R=6400×103m月亮周期：T=27.3天≈2.36×106s月亮轨道半径：r≈60R二、牛顿的月地检验那么，通过这些已知条件如何来证明：苹果、月亮受力也满足“平方反比”的关系呢？ 当时已知的一些量：地表重力加速度：g=9.8m/s2地球半径：R=6400×103m月亮周期：T=27.3天≈2.36×106s月亮轨道半径：r≈60R？计算验证：二、牛顿的月地检验计算结果： 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 牛顿再度思考：既然太阳行星间、地球月球间、地球物体间有引力，那么任何两个有质量的物体间是否也都有这样的引力呢？三、牛顿的智慧 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的乘积成正比，跟它们的距离的平方成反比。表达式： 三、牛顿的智慧牛顿的这一大胆的推广，充分体现了牛顿非凡的智慧！！！ 四、万有引力定律内容：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的乘积成正比，跟它们的距离的平方成反比。G为引力常量，r为两物体的中心距离。表达式： 五、万有引力定律的验证1、哈雷彗星回归预测哈雷彗星1682年8月出现1758年12月25日晚回归哈雷 2、引力常量的测量【思考】对于一个十分微小的物理量该采用什么方法测量？科学方法——放大法卡文迪许卡文迪许扭秤实验 G值为6.67×10-11Nm2/kg2G值的物理含义：两个质量为1kg的物体相距1m时，它们之间万有引力为6.67×10-11N 万有引力定律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的乘积成正比，跟它们的距离的平方成反比。G=6.67×10－11N·m2/kg2，r为两物体间的距离。表达式：适用条件：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，r为两球心间的距离） 粗略的计算一下两个质量为50kg，相距0.5m的人之间的引力？一粒芝麻重的几千分之一!!! 1.万有引力的“四性” 在1665年，具有高明的数学才能的牛顿，根据自己独特的思维推导得出：太阳对行星的引力与距离平方成反比。但没有弄清这个引力就是提供圆周运动所需要向心力，也没有推导得出行星绕太阳做椭圆运动时，太阳对行星的引力也存在距离平方成反比。在1679年，牛顿在与胡克等人的交流中，逐渐清楚圆周运动一定需要太阳对行星的与距离平方成反比的引力，并应用微积分，推导得出了行星绕太阳做椭圆运动时，太阳对行星的引力也存在距离平方成反比的数学关系式。阅读材料科学有险阻，攻艰莫畏难。 1、下列关于行星对太阳的引力的说法中正确的是（）A.行星对太阳的引力与太阳对行星的引力是同一性质的力B.行星对太阳的引力与太阳的质量成正比，与行星的质量无关C.太阳对行星的引力大于行星对太阳的引力D.行星对太阳的引力大小与太阳的质量成正比，与行星距太阳的距离成反比随堂练习A 2、两个行星的质量分别为m1和m2，绕太阳运行的轨道半径分别是r1和r2，若它们只受太阳引力的作用，那么这两个行星的向心加速度之比为（）A．1B.C.D.随堂练习D 3．下面关于行星绕太阳旋转的说法中正确的是（）A.离太阳越近的行星周期越大B.离太阳越远的行星周期越大C.离太阳越近的行星的向心加速度越大D.离太阳越近的行星受到太阳的引力越大随堂练习BC 4．一群小行星在同一轨道上绕太阳旋转，这些小行星具有（）A.相同的速率B.相同的加速度C.相同的运转周期D.相同的角速度随堂练习ABCD 课堂小结今天我们学到了什么?古人观点牛顿思考理论演算总结规律建模理想化类比 思考与讨论2、请你运用已有知识，分析开普勒第二定律所描述的，地球在椭圆轨道上运动经过A、B两个位置时，运动快慢变化的原因。太阳地球BAFvFv 思考与讨论3.地球的实际运动为椭圆,那么,在近日点A，行星所受太阳的引力比它转动所需要的向心力大还是小？远日点B呢？AB'