萬(wàn)有引力定律及引力常量的測(cè)定課件

銀河系行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)§5.1萬(wàn)有引力定律及引力常量的測(cè)定第五章萬(wàn)有引力定律及其應(yīng)用第一節(jié)萬(wàn)有引力定律及引力常量的測(cè)定一.天體究竟做怎樣的運(yùn)動(dòng)——“地心說(shuō)”和“日心說(shuō)”1.地心說(shuō)：托勒密(90-168)ClaudiusPeolemy——在古代，以希臘亞里士多德為代表，認(rèn)為地球是宇宙的中心。其它天體則以地球?yàn)橹行?，在不停地運(yùn)動(dòng)。這種觀點(diǎn)，就是“地心說(shuō)”。公元二世紀(jì)，天文學(xué)家托勒密，把當(dāng)時(shí)天文學(xué)知識(shí)總結(jié)成宇宙的地心體系，發(fā)展完善了“地心說(shuō)”，描繪了一個(gè)復(fù)雜的天體運(yùn)動(dòng)圖象。地心說(shuō):認(rèn)為地球是宇宙的中心，地球是靜止不動(dòng)，太陽(yáng)、月亮及其他行星都繞地球運(yùn)動(dòng).代表人物是古希臘學(xué)者托勒密.地心說(shuō)第一節(jié)萬(wàn)有引力定律及引力常量的測(cè)定哥白尼(1473～1543)波蘭天文學(xué)家,他在1510年寫(xiě)成的《淺說(shuō)》初稿中指出:太陽(yáng)是宇宙的中心體,地球與行星都繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng),只有月亮才繞地球運(yùn)動(dòng),1530年終于完成了日心說(shuō)的建立工作,于1543年3月《天體運(yùn)動(dòng)學(xué)》書(shū)名出版,否定了在西方統(tǒng)治1千多年的地心說(shuō).第一節(jié)萬(wàn)有引力定律及引力常量的測(cè)定2.日心說(shuō)：哥白尼(1473-1543)NicolausCopernicus

日心說(shuō):認(rèn)為太陽(yáng)是宇宙的中心，地球、月亮及其他行星都在繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)。代表人物是波蘭天文學(xué)家哥白尼.日心說(shuō)第一節(jié)萬(wàn)有引力定律及引力常量的測(cè)定二、人們對(duì)行星運(yùn)動(dòng)的研究1、古人把天體運(yùn)動(dòng)看得十分神圣，他們認(rèn)為天體的運(yùn)動(dòng)不同于地面上物體的運(yùn)動(dòng)，天體做的是最完美、最和諧的勻速圓周運(yùn)動(dòng)。2、開(kāi)普勒的導(dǎo)師第谷，丹麥偉大的天文學(xué)家,他對(duì)天體運(yùn)動(dòng)的看法與其他古人一樣，也認(rèn)為天體在做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。并對(duì)行星的運(yùn)動(dòng)做了長(zhǎng)達(dá)20多年的觀察,記錄了大量的數(shù)據(jù)。既然行星是繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的,那么行星是做什么樣的運(yùn)動(dòng)呢?3、開(kāi)普勒是第谷的學(xué)生,第谷去世后他繼承了第谷的工作,他接受日心說(shuō)觀點(diǎn),并對(duì)第谷記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的大量的數(shù)學(xué)運(yùn)算,總結(jié)出了太陽(yáng)行星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,發(fā)表了著名的開(kāi)普勒三定律。第一節(jié)萬(wàn)有引力定律及引力常量的測(cè)定◎丹麥天文學(xué)家，精于觀測(cè)。◎1572年，他觀測(cè)到仙后座出現(xiàn)了一顆過(guò)去從來(lái)沒(méi)見(jiàn)過(guò)的亮星。◎1601年，第谷臨終前，把自己畢生對(duì)火星的觀測(cè)資料全部留給了開(kāi)普勒，委托他進(jìn)行整理研究。第谷（丹麥）仙后座的新星爆發(fā)第一節(jié)萬(wàn)有引力定律及引力常量的測(cè)定開(kāi)普勒（德國(guó)）◎在天文學(xué)史上，開(kāi)普勒享有“天空立法者”的盛譽(yù)?！蜷_(kāi)普勒觀念的基礎(chǔ)是日心說(shuō)?！?609年和1619年發(fā)表了行星運(yùn)動(dòng)的三個(gè)定律。第一節(jié)萬(wàn)有引力定律及引力常量的測(cè)定三、開(kāi)普勒三定律開(kāi)普勒開(kāi)普勒第一定律

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)上第一節(jié)萬(wàn)有引力定律及引力常量的測(cè)定（1）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（開(kāi)普勒第一定律/軌道定律）第一節(jié)萬(wàn)有引力定律及引力常量的測(cè)定開(kāi)普勒開(kāi)普勒第二定律

對(duì)于每一個(gè)行星而言，太陽(yáng)和行星的聯(lián)線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過(guò)相等的面積第一節(jié)萬(wàn)有引力定律及引力常量的測(cè)定（2）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（開(kāi)普勒第二定律/面積定律）用公式表示為：

SAB=SCD=SEK由此可見(jiàn)：行星在遠(yuǎn)日點(diǎn)a的速率最小，在近日點(diǎn)b的速率最大。太陽(yáng)遠(yuǎn)日點(diǎn)a近日點(diǎn)bt1t4t3t2第一節(jié)萬(wàn)有引力定律及引力常量的測(cè)定開(kāi)普勒開(kāi)普勒第三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第一節(jié)萬(wàn)有引力定律及引力常量的測(cè)定（3）所有行星的橢圓軌道的長(zhǎng)半軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等（開(kāi)普勒第三定律/周期定律）地球·太陽(yáng)R數(shù)學(xué)表達(dá)式：T2R3=K其中R是橢圓軌道的長(zhǎng)半軸，T是行星繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的周期，K是一個(gè)與行星無(wú)關(guān)的常量。第一節(jié)萬(wàn)有引力定律及引力常量的測(cè)定鞏固練習(xí)第一節(jié)萬(wàn)有引力定律及引力常量的測(cè)定１、關(guān)于行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的下列說(shuō)法中正確的是（）

A、所有行星都在同一橢圓軌道上繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)。

B、行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)時(shí)太陽(yáng)位于行星軌道的中心處。

C、離太陽(yáng)越近的行星運(yùn)動(dòng)周期越長(zhǎng)。

D、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。D2.太陽(yáng)系中的九大行星均在各自的軌道上繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)，若設(shè)它們的軌道為圓形，若有兩顆行星的軌道半徑比為R1：R2=2：1，他們的質(zhì)量比為M1：M2=4：1，求它們繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的周期比T1：T2？解：即第一節(jié)萬(wàn)有引力定律及引力常量的測(cè)定二.萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)1.科學(xué)家對(duì)行星運(yùn)動(dòng)原因的各種猜想2.牛頓總結(jié)了地球?qū)Φ孛嫔系奈矬w的引力、太陽(yáng)對(duì)行星的引力、以及行星對(duì)衛(wèi)星的引力，都遵守相同的規(guī)律，是同一性質(zhì)的力。牛頓把這種引力規(guī)律做了推廣，在1687年發(fā)表了萬(wàn)有引力定律。3.萬(wàn)有引力定律內(nèi)容——任何兩個(gè)物體都是相互吸引的，引力的方向沿兩物體的連線，引力的大小與兩個(gè)物體質(zhì)量的乘積成正比，與他們的距離的平方成反比。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：第一節(jié)萬(wàn)有引力定律及引力常量的測(cè)定萬(wàn)有引力定律：第一節(jié)萬(wàn)有引力定律及引力常量的測(cè)定3.r是兩個(gè)物體間的距離：均勻球體指球心間距離對(duì)于相距很遠(yuǎn)可看做質(zhì)點(diǎn)的物體，指質(zhì)點(diǎn)間的距離在均勻球體內(nèi)部所受萬(wàn)有引力為零【說(shuō)明】1.m1和m2表示兩個(gè)物體的質(zhì)量；2.G為引力常數(shù)。G=6.67×10－11

N·m2/kg2G的物理意義——兩質(zhì)量各為1kg的物體相距1m時(shí)萬(wàn)有引力的大小。萬(wàn)有引力定律的適用條件：適用于兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)或者兩個(gè)均勻球體之間的相互作用。（兩物體為均勻球體時(shí)，r為兩球心間的距離）【例題】?jī)蓚€(gè)100kg的人站在水平地面上，這兩個(gè)人之間的距離為1m，試用萬(wàn)有引力定律估算兩人之間的引力。解：≈6.67×10-7N

引力常量的測(cè)定——卡文迪許扭秤G=6.67×10－11

N·m2/kg2第一節(jié)萬(wàn)有引力定律及引力常量的測(cè)定引力常量的物理意義——它在數(shù)值上等于兩個(gè)質(zhì)量都是1kg的物體相距1m時(shí)的相互作用力。

萬(wàn)有引力定律發(fā)現(xiàn)的重要意義：萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)，對(duì)物理學(xué)、天文學(xué)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)的影響。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)一了起來(lái)。在科學(xué)文化發(fā)展上起到了積極的推動(dòng)