引力常量的測定-ppt課件

1、1金太陽教育金太陽教育5.1萬有引力定律及引力常量的測定萬有引力定律及引力常量的測定2古代人們以為天體做的是完美而又神圣的圓周古代人們以為天體做的是完美而又神圣的圓周運動，所以以為天體做這樣的運動是無需什么動因運動，所以以為天體做這樣的運動是無需什么動因的。的。開普勒時代的人不再有古人的那種認識，所以開普勒時代的人不再有古人的那種認識，所以這一時期人們對天體運動的動力學(xué)緣由進展了好多這一時期人們對天體運動的動力學(xué)緣由進展了好多種不同的解釋。種不同的解釋。 天體運動規(guī)律解釋:伽利略以為，一切物體都有合并的趨勢，正伽利略以為，一切物體都有合并的趨勢，正是由于這種趨勢導(dǎo)致了天體做圓周運動。是由于這種

2、趨勢導(dǎo)致了天體做圓周運動。牛頓時代，科學(xué)家對天體運動的動力學(xué)解釋有牛頓時代，科學(xué)家對天體運動的動力學(xué)解釋有了更進一步的認識。如胡克與哈雷以為行星所以要了更進一步的認識。如胡克與哈雷以為行星所以要繞太陽運動是由于行星遭到了太陽對它的引力作用，繞太陽運動是由于行星遭到了太陽對它的引力作用，并且在圓形軌道的前提下證明了這個引力的大小跟并且在圓形軌道的前提下證明了這個引力的大小跟行星到太陽的間隔的二次方成反比。行星到太陽的間隔的二次方成反比。開普勒以為，行星繞太陽運動，一定是遭到開普勒以為，行星繞太陽運動，一定是遭到了來自太陽的類似于磁力的作用，在這種磁力作了來自太陽的類似于磁力的作用，在這種磁力作用

3、下的天體才得以做近似圓周的橢圓運動。用下的天體才得以做近似圓周的橢圓運動。笛卡爾以為，行星的運動是由于在行星的周笛卡爾以為，行星的運動是由于在行星的周圍存在一種旋轉(zhuǎn)物質(zhì)圍存在一種旋轉(zhuǎn)物質(zhì)(以太以太)作用在行星上，使得作用在行星上，使得行星繞太陽運動。行星繞太陽運動。3教學(xué)重點：教學(xué)重點： 開普勒三定律及萬有引力定律的了解開普勒三定律及萬有引力定律的了解難點：難點： 開普勒三定律及萬有引力定律的運用開普勒三定律及萬有引力定律的運用4開普勒第一定律開普勒第一定律 幾何定律幾何定律 一切的行星圍繞太陽運動的軌道都是橢圓，太陽處在一切橢圓的一個焦點上。一、開普勒定律 思索：這一定律闡明了行星運動軌跡的

4、外形，思索：這一定律闡明了行星運動軌跡的外形，不同行星繞太陽運轉(zhuǎn)時橢圓軌道一樣嗎？不同行星繞太陽運轉(zhuǎn)時橢圓軌道一樣嗎？不同不同5開普勒第二定律開普勒第二定律 面積定律面積定律 對于每一個行星而言，太陽和行星的連線在相等的時間內(nèi)掃過相等的面積。 由在相等的時間內(nèi)掃過的面積相等來說，各點的速由在相等的時間內(nèi)掃過的面積相等來說，各點的速率并不一樣，由近地點到遠地點速率由大變小，由遠地率并不一樣，由近地點到遠地點速率由大變小，由遠地點到近地點，速率由小到大。點到近地點，速率由小到大。 思索：行星繞太陽運轉(zhuǎn)時各點的速率一樣嗎？思索：行星繞太陽運轉(zhuǎn)時各點的速率一樣嗎？6開普勒第三定律開普勒第三定律 周期定

5、律周期定律 一切行星的軌道的半長軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的一切行星的軌道的半長軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等。二次方的比值都相等。kTr23 思索：這一定律發(fā)現(xiàn)了一切行星的軌道的半長軸與思索：這一定律發(fā)現(xiàn)了一切行星的軌道的半長軸與公轉(zhuǎn)半徑之間的定量關(guān)系，但是比值公轉(zhuǎn)半徑之間的定量關(guān)系，但是比值k k是一個與行星無是一個與行星無關(guān)的常量，他能猜測出它能夠跟誰有關(guān)嗎？關(guān)的常量，他能猜測出它能夠跟誰有關(guān)嗎？ 根據(jù)開普勒第三定律知：一切行星繞太陽運動的半長軸根據(jù)開普勒第三定律知：一切行星繞太陽運動的半長軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的而次方的比值是一個常數(shù)的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的而次方的比值是一個常數(shù)k,k,

6、可以猜測，可以猜測，這個這個“k k一定與運動系統(tǒng)的物體有關(guān)，由于常數(shù)一定與運動系統(tǒng)的物體有關(guān)，由于常數(shù)k k對于一切行對于一切行星都一樣，而各行星是不一樣的，故跟行星無關(guān)，而在運動星都一樣，而各行星是不一樣的，故跟行星無關(guān)，而在運動系統(tǒng)中除了行星就是中心天體系統(tǒng)中除了行星就是中心天體太陽，故這一常數(shù)一定與中太陽，故這一常數(shù)一定與中心天體心天體太陽有關(guān)。太陽有關(guān)。7數(shù)學(xué)推導(dǎo)，總結(jié)規(guī)律數(shù)學(xué)推導(dǎo)，總結(jié)規(guī)律 22)2(TmrmrF根據(jù)圓周運動的知識可知，行星必然根據(jù)圓周運動的知識可知，行星必然遭到太陽的引力用來充任向心力遭到太陽的引力用來充任向心力223222144rTrmTrmF23TrK 開普勒

7、第三定律：2232)4(rmTrFxky科學(xué)推想，構(gòu)成等式科學(xué)推想，構(gòu)成等式 2rMmF 牛頓第三定律2rMmGF 實驗驗證，構(gòu)成概念實驗驗證，構(gòu)成概念 萬有引力定律表達式G為萬有引力常量建立模型，溫故探新建立模型，溫故探新 行星運動的橢圓軌道離心率很接近于行星運動的橢圓軌道離心率很接近于1 1，我們把它理想化為一個圓形軌道，我們把它理想化為一個圓形軌道比例系數(shù)比例系數(shù)G G于于100100多年后才被測定多年后才被測定(1687(16871798)1798)？8二、萬有引力定律二、萬有引力定律 內(nèi)容：自然界中任何兩個物體都是相互吸引的，引力的內(nèi)容：自然界中任何兩個物體都是相互吸引的，引力的大小

8、跟這兩個物體的質(zhì)量的乘積成正比，跟它們的間隔的二次大小跟這兩個物體的質(zhì)量的乘積成正比，跟它們的間隔的二次方成反比。方成反比。公式：221rmmGF 各物理量的含義: F牛頓牛頓N；m千克千克kgr r 的含義：較遠時可視為質(zhì)點的兩個物體間的間隔；的含義：較遠時可視為質(zhì)點的兩個物體間的間隔；較近時質(zhì)量分布均勻的球體的球心間的間隔。其單位為：米較近時質(zhì)量分布均勻的球體的球心間的間隔。其單位為：米(m)(m)22111067. 6kgmNG 萬有引力恒量萬有引力恒量 常見物體間的萬有引力我們是難以覺得得到的。常見物體間的萬有引力我們是難以覺得得到的。9221rmmGF 萬有引力定律理 解 普遍性：任

9、何兩個物體之間都存在引力大到天體小到微觀普遍性：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根本相互作用之一粒子，它是自然界的物體間的根本相互作用之一 相互性：兩個物體相互作用的引力是一對作用力與反作用力，相互性：兩個物體相互作用的引力是一對作用力與反作用力，符合牛頓第三定律萬有引力定律公式中的符合牛頓第三定律萬有引力定律公式中的 r，其含義是兩個，其含義是兩個質(zhì)點間的間隔。質(zhì)點間的間隔。(3)宏觀性：通常情況下，萬有引力非常小，只需在質(zhì)量宏大宏觀性：通常情況下，萬有引力非常小，只需在質(zhì)量宏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的天體間或天體與物體間它的

10、存在才有宏觀的物理意義在微觀世界中，粒子的質(zhì)量都非常小，粒子間的萬有引力很不顯著，觀世界中，粒子的質(zhì)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萬有引力可以忽略不計(5)重力是萬有引力的分力。重力是萬有引力的分力。4萬有引力的特殊性：兩物體間的萬有引力只與他們本身的質(zhì)量有關(guān)，與它們間的間隔有關(guān)，而與所在空間的性質(zhì)無關(guān)，也與周圍有無其他物體無關(guān)(質(zhì)量是引力產(chǎn)生的緣由)。 10萬有引力定律重要意義 是是1717世紀(jì)自然科學(xué)最偉大的成果之一。世紀(jì)自然科學(xué)最偉大的成果之一。 它把地面上物體運動的規(guī)律和天體運動的規(guī)律一致它把地面上物體運動的規(guī)律和天體運動的規(guī)律一致同來，對以后物理學(xué)和天文學(xué)

11、的開展具有深遠的影響。同來，對以后物理學(xué)和天文學(xué)的開展具有深遠的影響。 它第一次提示了自然界中一種根本相互作用的規(guī)律，它第一次提示了自然界中一種根本相互作用的規(guī)律，在人類認識自然的歷史上樹立了一座里程碑。在人類認識自然的歷史上樹立了一座里程碑。 在科學(xué)文化開展史上起到了積極的推進作用，在科學(xué)文化開展史上起到了積極的推進作用，解放了人們的思想，給人們探求自然的奧妙建立了解放了人們的思想，給人們探求自然的奧妙建立了極大的自信心，人們有才干了解天地間的各種事物。極大的自信心，人們有才干了解天地間的各種事物。11圓周運動的知識開普勒運動定律牛頓第三定律主要思緒主要思緒 22232)4(rmrmTrF2

12、rmMGF 天 體的橢 圓運動恣意的兩個物體間同樣適用于2rmMGF 發(fā)明微積分進展數(shù)學(xué)論證 牛頓牛頓哈雷哈雷胡克胡克?12 一個物體在地球外表的重力與其質(zhì)量的比值即地球外表的重力加速度為： ；2/8.9smg 假設(shè)把這個物體移到月球軌道的高度，所受重力與其質(zhì)量的比值即那個地方的重力加速度應(yīng)該很小，假設(shè)與月球的向心加速度之值相等。22321rTrTra21ra 所以，根據(jù)開普勒行星運動定律可以有如下推導(dǎo)：拓展探求：“月地檢驗13 牛頓又根據(jù)月球的周期和軌道半徑，計算出了月球圍繞地球做圓周運動的向心加速度為：232/1074. 2)2(smTra 兩個結(jié)果非常接近。這一發(fā)現(xiàn)牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律提

13、供了有力的論據(jù)，即地球?qū)Φ孛嫖矬w的引力與天體間的引力性質(zhì)一樣，遵照同一規(guī)律。 又因月心到地心的間隔為地球半徑的60倍(當(dāng)時已有可靠的天文觀測數(shù)據(jù))。232/1074. 2601smga因此有：14三、引力常量的測定三、引力常量的測定1686年牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律后，曾經(jīng)想象過幾種測定引力常量的方法，卻沒有勝利.其間又有科學(xué)家進展引力常量的丈量也沒有勝利.直到1789年，英國物理學(xué)家卡文迪許巧妙地利用了扭秤安裝，第一次在實驗室里對兩個物體間的引力大小作了準(zhǔn)確的丈量和計算，比較準(zhǔn)確地測出了引力常量 15卡文迪許扭稱的丈量方法 思索：思索：1、兩個、兩個1千克的物體間的萬有引力很小，千克的物體間的萬

14、有引力很小，它是如何處理的？它是如何處理的？ 2、力很小讀數(shù)如何處理？、力很小讀數(shù)如何處理？rFrFmmmm16rFrFmmmm 扭秤實驗的物理思想和科學(xué)方法：扭秤安裝把微小力扭秤實驗的物理思想和科學(xué)方法：扭秤安裝把微小力轉(zhuǎn)變成力矩來反映，改動角度又經(jīng)過光標(biāo)的挪動來反轉(zhuǎn)變成力矩來反映，改動角度又經(jīng)過光標(biāo)的挪動來反映從而確定物體間的萬有引力映從而確定物體間的萬有引力 17測定引力常量的重要意義測定引力常量的重要意義1證明了萬有引力的存在證明了萬有引力的存在2“開創(chuàng)了丈量弱力的新時代開創(chuàng)了丈量弱力的新時代 英國物理學(xué)家玻印廷語英國物理學(xué)家玻印廷語3使得萬有引力定律有了真正的適用價值，可測定遠離地球

15、的一些天體的質(zhì)量、平均密度使得萬有引力定律有了真正的適用價值，可測定遠離地球的一些天體的質(zhì)量、平均密度等如根據(jù)地球外表的重力加速度可以測定地球的質(zhì)量等如根據(jù)地球外表的重力加速度可以測定地球的質(zhì)量18第一節(jié) 萬有引力定律及引力常量的丈量 課堂小結(jié)向 心 力 公 式開普勒第三定律牛頓第三定律萬有引力定律開普勒定律22232223222224144)2(rMmFrmTrrTrmFTrmTmrmrF2rmMGF 萬有引力定律詳細內(nèi)容內(nèi)容：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(zhì)量的乘積成正比，跟它們的距 離的二次方成反比。公式：221rmmGF 各物理量的含義 F牛頓牛頓N；m

16、千克千克kg r 的含義：較遠時的含義：較遠時 可可 視視 為為 質(zhì)質(zhì) 點點 的的 兩兩 個物體間的間隔；個物體間的間隔； 較近時質(zhì)量分布均勻的球體的球心間的間隔。較近時質(zhì)量分布均勻的球體的球心間的間隔。 其單位為：米其單位為：米(m)22111067. 6kgmNG 萬有引力恒量萬有引力恒量 萬有引力定律理 解任何兩個物體之間都存在引力。重力是萬有引力的分力。重力是萬有引力的分力。萬有引力定律公式中的 r，其含義是兩個質(zhì)點間的間隔。物體由于有質(zhì)量而產(chǎn)生引力(質(zhì)量是引力產(chǎn)生的緣由)。萬有引力定律重要意義是17世紀(jì)自然科學(xué)最偉大的成果之一。 它把地面上物體運動的規(guī)律和天體運動的規(guī)律一致同來，對以

17、后物理學(xué)和天文學(xué)的開展具有深遠的影響。 它第一次提示了自然界中一種根本相互作用的規(guī)律，在人類認識自然的歷史上樹立了一座里程碑。在科學(xué)文化開展史上起到了積極的推進作用，解放了 人們的思想，給人們探求自然的奧妙建立了極大的信 心，人們有才干了解天地間的各種事物。建立模型，溫故探新數(shù)學(xué)推導(dǎo)，總結(jié)規(guī)律科學(xué)推想，構(gòu)成等式實驗驗證，構(gòu)成概念引力常量的測定及意義1證明了萬有引力的存在2“開創(chuàng)了丈量弱力的新時代 英國物理學(xué)家玻印廷語3使得萬有引力定律有了真正的適用價值，可測定遠離地球的一些天體的質(zhì)量、平均密度等如根據(jù)地球外表的重力加速度可以測定地球的質(zhì)量19 兩個大小一樣的實心小鐵球緊靠在一同時，它們之間的萬

18、有引力為F。 假設(shè)兩個半徑為原來2倍的實心大鐵球緊靠在一同，那么它們之間的萬有 引力為： A、4FB、2FC、8FD、16F 要使兩物體間的萬有引力減小到原來的1/4，以下方法不可采用的是： A、使兩物體的質(zhì)量各減小一半，間隔不變； B、使其中一個物體的質(zhì)量減小到原來的1/4，間隔不變； C、使兩物體間的間隔增為原來的2倍，質(zhì)量不變； D、間隔和質(zhì)量都減為原來的1/4。 火星的半徑是地球半徑的一半，火星的質(zhì)量約為地球質(zhì)量的1/9；那 么地球外表50 kg的物體遭到地球的吸引力約是火星外表同質(zhì)量的物 體遭到火星吸引力的倍。穩(wěn)定練習(xí)D D2.25DFrmmGrmmGrmmGF41412212221

19、121221火地地火地地地地火火火地地地FFFFRmMGRmMGRmMGFRmMGF25.29494)()(22219122FrmmGrmmGFmrrmVMrMMGrmmGF16)2(464)22(888)2()22()2(223343342220 卡文迪許Henry Cavendish英國物理學(xué)家和化學(xué)家。1731年10月10日生于法國尼斯。1749年考入劍橋大學(xué)，1753年尚未畢業(yè)就去巴黎留學(xué)。后回倫敦定居，在他父親的實驗室中做了許多電學(xué)和化學(xué)方面的研討任務(wù)。1760年被選為英國皇家學(xué)會會員。1803年中選為法國科學(xué)院外國院土?？ㄎ牡显S畢生努力于科學(xué)研討，從現(xiàn)實驗研討達50年之久，性格孤僻，很少與外界來往?？ㄎ?/p>