第1節(jié)萬(wàn)有引力定律

第1節(jié)萬(wàn)有引力定律第1節(jié)萬(wàn)有引力定律1.古人認(rèn)為天體做什么運(yùn)動(dòng)?2.開普勒認(rèn)為行星做什么運(yùn)動(dòng)?3.開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律從哪幾個(gè)方面描述了行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律?我們?cè)賮?lái)認(rèn)識(shí)一位偉大的科學(xué)家牛頓牛頓(1643—1727)是英國(guó)著名的物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家和天文學(xué)家，是十七世紀(jì)最偉大的科學(xué)巨匠。牛頓一生對(duì)科學(xué)事業(yè)所做的貢獻(xiàn)，遍及物理學(xué)、數(shù)學(xué)和天文學(xué)等領(lǐng)域。牛頓在物理學(xué)上最主要的成就，是創(chuàng)立了經(jīng)典力學(xué)的基本體系，對(duì)于光學(xué)，牛頓致力于光的顏色和光的本性的研究，也作出了重大貢獻(xiàn)。牛頓在數(shù)學(xué)方面，總結(jié)和發(fā)展了前人的工作，提出了“流數(shù)法”，建立了二項(xiàng)式定理，創(chuàng)立了微積分。在天文學(xué)方面，牛頓發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力定律，創(chuàng)制了反射望遠(yuǎn)鏡，并且用它初步觀察到了行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。

自然界和自然規(guī)律隱藏在黑暗中。上帝說(shuō)，讓牛頓出生吧！于是一切都是光明。——蒲伯艾薩克·牛頓ISSACNEWTON（1642-1727）開普勒第一定律（幾何定律）

所有的行星圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓，太陽(yáng)處在所有橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。一、開普勒定律

思考：這一定律說(shuō)明了行星運(yùn)動(dòng)軌跡的形狀，不同行星繞太陽(yáng)運(yùn)行時(shí)橢圓軌道相同嗎？不同開普勒第二定律（面積定律）

對(duì)于每一個(gè)行星而言，太陽(yáng)和行星的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過(guò)相等的面積。

由在相等的時(shí)間內(nèi)掃過(guò)的面積相等來(lái)說(shuō)，各點(diǎn)的速率并不相同，由近地點(diǎn)到遠(yuǎn)地點(diǎn)速率由大變小，由遠(yuǎn)地點(diǎn)到近地點(diǎn)，速率由小到大。

思考：行星繞太陽(yáng)運(yùn)行時(shí)各點(diǎn)的速率相同嗎？開普勒第三定律（周期定律）

所有行星的軌道的半長(zhǎng)軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等。

思考：這一定律發(fā)現(xiàn)了所有行星的軌道的半長(zhǎng)軸與公轉(zhuǎn)半徑之間的定量關(guān)系，但是比值k是一個(gè)與行星無(wú)關(guān)的常量，你能猜想出它可能跟誰(shuí)有關(guān)嗎？

根據(jù)開普勒第三定律知：所有行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的半長(zhǎng)軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的而次方的比值是一個(gè)常數(shù)k,可以猜想，這個(gè)“k”一定與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的物體有關(guān)，因?yàn)槌?shù)k對(duì)于所有行星都相同，而各行星是不一樣的，故跟行星無(wú)關(guān)，而在運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中除了行星就是中心天體—太陽(yáng)，故這一常數(shù)一定與中心天體—太陽(yáng)有關(guān)。歷史回顧17世紀(jì)前伽利略開普勒笛卡兒胡克哈雷神圣和永恒的天體必然應(yīng)該做最完美的勻速圓周運(yùn)動(dòng),無(wú)需動(dòng)因。一切物體都有合并的趨勢(shì)，這種趨勢(shì)導(dǎo)致物體做圓周運(yùn)動(dòng)。行星一定是受到了來(lái)自太陽(yáng)的類似于磁力的作用。在行星周圍有旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)作用在行星上，使得行星圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)。受到了太陽(yáng)對(duì)它的引力，證明了如果行星的軌道是圓形的，其所受的引力大小跟行星到太陽(yáng)的距離的二次方成反比。牛頓的思考：

1、“天上的力”和“人間的力”是同一種力嗎？

2、地球表面的重力是否能延伸到月球軌道？

二、萬(wàn)有引力定律1、內(nèi)容：自然界中任何兩個(gè)物體都是相互吸引的，引力的大小跟這兩個(gè)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。2、表達(dá)式：G是一個(gè)常量,對(duì)任何行星都成立太陽(yáng)和行星之間月球和地球之間任意兩物體之間1687年萬(wàn)有引力定律自然界中任何兩個(gè)物體都是互相吸引的,引力的大小跟這兩個(gè)物體的質(zhì)量成正比,跟它們的距離的二次方成反比.即:4、G為引力常量萬(wàn)有引力.asf卡文迪許實(shí)驗(yàn).swf三、引力常量的測(cè)量—扭秤實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)原理：科學(xué)方法—放大法3、適用條件：適用于兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)間的萬(wàn)有引力大小計(jì)算，對(duì)于質(zhì)量分布均勻的球體，r就是它們球心間的距離。卡文迪許扭稱的測(cè)量方法

思考：1、兩個(gè)1千克的物體間的萬(wàn)有引力很小，它是如何解決的？2、力很小讀數(shù)如何解決？rFrFmm′mm′rFrFmm′mm′扭秤實(shí)驗(yàn)的物理思想和科學(xué)方法：扭秤裝置把微小力轉(zhuǎn)變成力矩來(lái)反映，扭轉(zhuǎn)角度又通過(guò)光標(biāo)的移動(dòng)來(lái)反映．從而確定物體間的萬(wàn)有引力．

2、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

G值為6.67×10-11N·m2/kg2G值的物理含義：兩個(gè)質(zhì)量為1kg的物體相距1m時(shí)，它們之間萬(wàn)有引力為6.67×10-11N。測(cè)定引力常量的重要意義1．證明了萬(wàn)有引力的存在．2．“開創(chuàng)了測(cè)量弱力的新時(shí)代”（英國(guó)物理學(xué)家玻印廷語(yǔ)）．3．使得萬(wàn)有引力定律有了真正的實(shí)用價(jià)值，可測(cè)定遠(yuǎn)離地球的一些天體的質(zhì)量、平均密度等．如根據(jù)地球表面的重力加速度可以測(cè)定地球的質(zhì)量．牛頓的猜想：蘋果與月球受到的引力可能是同一種力!

這種力可能都遵從與距離平方成反比的關(guān)系。一、月—地檢驗(yàn)

根據(jù)下列當(dāng)時(shí)可以測(cè)量的數(shù)據(jù)，證明月球繞地球運(yùn)動(dòng)的力遵從“平方反比”的規(guī)律。地表重力加速度：g=9.8m/s2地球半徑：R=6.4×106m月亮周期：T=27.3天≈2.36×106s月亮軌道半徑：r≈60R=3.84×108m計(jì)算驗(yàn)證：？計(jì)算結(jié)果：①證明了萬(wàn)有引力的存在，使萬(wàn)有引力定律進(jìn)入了真正實(shí)用的時(shí)代。②開創(chuàng)了微小量測(cè)量的先河，使科學(xué)放大思想得到推廣。3、卡文迪許扭秤實(shí)驗(yàn)的意義四、對(duì)萬(wàn)有引力的理解普遍性：任何客觀存在的有質(zhì)量的物體之間都存在著這種吸引力。相互性：兩個(gè)物體相互作用的引力是一對(duì)作用力與反作用力，它們等大反向，分別作用于兩個(gè)物體上。宏觀性：對(duì)質(zhì)量巨大的天體間才有現(xiàn)實(shí)的意義，分析地球表面物體受力時(shí)不需考慮。特殊性：兩個(gè)物體間的萬(wàn)有引力只與它們本身質(zhì)量有關(guān)，與它們間的距離有關(guān)。五、萬(wàn)有引力定律的歷史意義1、17世紀(jì)自然科學(xué)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作用的規(guī)律，在人類認(rèn)識(shí)自然的歷史上樹立了一座里程碑。2、在文化發(fā)展史上的重大意義：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(xué)文化的發(fā)展史上起了積極的推動(dòng)作用。例：地球質(zhì)量大約是月球質(zhì)量的81倍，在登月飛船通過(guò)月、地之間的某一位置時(shí)，月球和地球?qū)λ囊Υ笮∠嗟龋撐恢玫皆虑蛑行暮偷厍蛑行牡木嚯x之比為

A、1︰27B、1︰9C、1︰3D、9︰1第一節(jié)萬(wàn)有引力定律及引力常量的測(cè)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(wàn)有引力定律開普勒定律萬(wàn)有引力定律－－具體內(nèi)容⑴內(nèi)容：自然界中任何兩個(gè)物體都是相互吸引的，引力的大小跟這兩個(gè)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。⑵公式：⑶各物理量的含義①

F－牛頓（N）；m－千克（kg）②r的含義：較遠(yuǎn)時(shí)可視為質(zhì)點(diǎn)的兩個(gè)物體間的距離；較近時(shí)質(zhì)量分布均勻的球體的球心間的距離。其單位為：米(m)③萬(wàn)有引力恒量萬(wàn)有引力定律－－理解⑴任何兩個(gè)物體之間都存在引力。⑷重力是萬(wàn)有引力的分力。⑵萬(wàn)有引力定律公式中的r，其含義是兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)間的距離。⑶物體因?yàn)橛匈|(zhì)量而產(chǎn)生引力(質(zhì)量是引力產(chǎn)生的原因)。萬(wàn)有引力定律－－重要意義⑴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(yùn)動(dòng)的規(guī)律和天體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律統(tǒng)一起來(lái)，對(duì)以后物理學(xué)和天文學(xué)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)的影響。它第一次揭示了自然界中一種基本相互作用的規(guī)律，在人類認(rèn)識(shí)自然的歷史上樹立了一座里程碑。⑵在科學(xué)文化發(fā)展史上起到了積極的推動(dòng)作用，解放了人們的思想，給人們探索自然的奧秘建立了極大的信心，人們有能力理解天地間的各種事物。①建立模型，溫故探新②數(shù)學(xué)推導(dǎo)，總結(jié)規(guī)律③科學(xué)推想，形成等式④實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，形成概