第1節(jié) 萬有引力定律及引力常量的測定.ppt

1、第1節(jié) 萬有引力定律及引力常量的測定,第5章 萬有引力定律及其應(yīng)用,1.了解開普勒關(guān)于行星運(yùn)行的三個(gè)定律及其發(fā)現(xiàn)歷程.,2.理解萬有引力及引力常量的測定，理解地面上物體受到的重力與天體間的引力是同一性質(zhì)的力，能夠應(yīng)用萬有引力定律解決天體問題.,3.通過了解人類探索太空歷程的歷史，認(rèn)識(shí)科學(xué)研究的艱辛，感受科學(xué)家孜孜不倦的科學(xué)精神，樹立科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度.,天問 遂古之初,誰傳道之? 上下未形,何由考之? 夜光何德,死則又育? 厥利維何,而顧菟在腹? ,導(dǎo)入：從嫦娥奔月到“阿波羅”上天,空間探索之月球之旅,1957年10月4日，前蘇聯(lián)第一顆人造衛(wèi)星上天，拉開了人類航天時(shí)代的序幕.前蘇聯(lián)宇航員加加林

2、，于1961年4月12日，乘坐前蘇聯(lián)“東方號(hào)”飛船，環(huán)繞地球飛行了一圈，歷時(shí)近兩個(gè)小時(shí)，成為第一位進(jìn)入太空的人.之后人類在探索宇宙空間的道路上，留下了許多光輝的足跡，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn).,加加林,月球是距離地球最近的天體(約38萬公里)，是人類進(jìn)行太空探險(xiǎn)的第一站.前蘇聯(lián)1959年發(fā)射的月球2號(hào)探測器在月球著陸，這是人類的航天器第一次到達(dá)地球以外的天體.同年10月，月球3號(hào)飛越月球，發(fā)回第一批月球背面的照片. 1970年發(fā)射的月球16號(hào)著陸于豐富海，把100克月球土壤送回了地球.,美國的“徘徊者”3-5號(hào)月球探測器,“勘測者”月球探測器,美國發(fā)射的月球軌道器,“阿波羅”11號(hào)的登月艙,“阿波羅”

3、宇宙飛船的登月艙正向月球表面緩緩降落,“阿波羅”11號(hào)宇航員阿爾德林在月球表面,宇航員阿爾德林在美國國旗旁留影,“阿波羅”15號(hào)的月球車,“阿波羅”11號(hào)宇航員阿爾德林邁出登月艙,太陽系模型,開普勒三大定律,開普勒(1571-1630)是德國近代著名的天文學(xué)家、數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家和哲學(xué)家,所有行星圍繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓，太陽位于橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上.,開普勒第一定律：,開普勒第二定律： 太陽和任何一個(gè)行星的連線（矢徑）在相等的時(shí)間內(nèi)掃過的面積相等.,S1,S2,開普勒第三定律：,r：半長軸 T：公轉(zhuǎn)周期,行星繞太陽運(yùn)行軌道半長軸r的立方與其公轉(zhuǎn)周期T的平方成正比.,例1：關(guān)于行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的下列

4、說法中正確的是（ ） A.所有行星都在同一橢圓軌道上繞太陽運(yùn)動(dòng) B.行星繞太陽運(yùn)動(dòng)時(shí)太陽位于行星軌道的中心處 C.離太陽越近的行星運(yùn)動(dòng)周期越長 D.所有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,D,練習(xí)1：行星繞恒星的運(yùn)動(dòng)軌道如果是圓形，那么運(yùn) 行周期T的平方與軌道半徑r的三次方的比值為常數(shù)， 設(shè)T2/r3= 則常數(shù)k的大小( ) A.只與恒星的質(zhì)量有關(guān) B.與恒星的質(zhì)量及行星的質(zhì)量有關(guān) C.只與行星的質(zhì)量有關(guān) D.與恒星的質(zhì)量及行星的速度有關(guān),A,牛頓在前人研究成果的基礎(chǔ)上，憑借他超凡的數(shù)學(xué)能力發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律，比較完美的給出了天體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律.,萬有引力定律,自然界中任何

5、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F與這兩個(gè)物體的質(zhì)量的乘積m1m2成正比，跟它們的距離r的平方成反比.,定律內(nèi)容,表達(dá)式,其中：m1、m2是兩個(gè)物體的質(zhì)量,r是兩個(gè)物體間的距離,適用條件：相距很遠(yuǎn)可看做質(zhì)點(diǎn)的兩個(gè)物體,例2.下面我們粗略地來計(jì)算一下兩個(gè)質(zhì)量為50kg，相距0.5m的質(zhì)點(diǎn)之間的引力.,答案：,1687年，牛頓發(fā)表了萬有引力定律，只提出引力與兩個(gè)物體質(zhì)量和兩者之間距離有關(guān)，卻沒能給出準(zhǔn)確的引力常量，如何準(zhǔn)確測量引力常量成為物理界普遍關(guān)心的重大課題.,其實(shí)，引力常量是很小很小的，平時(shí)見到的物體的質(zhì)量又不大，引力比較微小.例如兩個(gè)質(zhì)量各為50kg的同學(xué)，相距

6、0.5m時(shí)，他們之間的萬有引力只有幾百粒塵埃那么重.正因?yàn)槿绱耍ΤＡ康臏y定是非常困難的.,所以這個(gè)問題懸疑了一百多年，直至1789年，卡文迪許利用扭秤實(shí)驗(yàn)成功測出了引力常量.,引力常量的測定及其意義,引力常量的測量扭秤實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)原理： 科學(xué)方法放大法,卡文迪許,英國物理學(xué)家卡文迪許運(yùn)用正確實(shí)驗(yàn)方法和思路，巧妙利用力矩平衡條件和微量放大法設(shè)計(jì)出扭秤，終于精確測出兩個(gè)鉛球之間微小的引力，從而證明萬有引力定律的正確性，由此得到當(dāng)時(shí)精確度很高的引力常數(shù)G=6.7510-11m3/(kg.s2).,稱量地球的質(zhì)量,1.月球?qū)嶋H軌道是什么形狀？為了解決問題方便，我們通常可以認(rèn)為月球做什么運(yùn)動(dòng)？,2.月

7、球做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力是由什么力來提供的？,通?？梢哉J(rèn)為月球繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng),月球做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力是由地球?qū)υ虑虻娜f有引力來提供的,思考,月球公轉(zhuǎn)角速度 不能 直接測出,但我們知道月球 公轉(zhuǎn)的周期 .,月球做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力是由地球?qū)υ虑虻娜f有引力來提供的,月球繞地球運(yùn)行的周期T=27.3天， 月球與地球的平均距離r=3.84108m,M=5.981024kg,該表達(dá)式與月球（環(huán)行天體）質(zhì)量m有沒有關(guān)系？,思考,總結(jié)推廣,求解思路：,環(huán)行天體的向心力僅由中心天體對其的萬有引力來提供,具體方法：,特點(diǎn)：,須知道待求天體（M）的某一環(huán)行天體的運(yùn)行規(guī)律，且與環(huán)行天體的質(zhì)量（m）無關(guān).,例3：如果

8、某恒星有一顆衛(wèi)星沿非?？拷撕阈堑谋砻孀鰟?速圓周運(yùn)動(dòng)的周期為T，則可估算此恒星的密度為多少?,【解析】設(shè)此恒星的半徑為R，質(zhì)量為M，由于衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則有 ，所以， 而恒星的體積 ，所以恒星的密度,答案：,1.利用下列哪組數(shù)據(jù)可以計(jì)算出地球的質(zhì)量（ ） A.已知地球的半徑r和地球表面的重力加速度g B.已知衛(wèi)星圍繞地球運(yùn)動(dòng)的軌道半徑r和周期T C.已知衛(wèi)星圍繞地球運(yùn)動(dòng)的軌道半徑r和角速度 D.已知衛(wèi)星圍繞地球運(yùn)動(dòng)的線速度v和周期T,ABCD,2.太陽系中地球圍繞太陽運(yùn)行的線速度v=30km/s，地球公轉(zhuǎn)半徑是R=1.5108km，求太陽的質(zhì)量等于多少？,答案：21030kg,3.（2012淄博高一檢測）2008年9月25日，載人航天宇宙飛船“神舟七號(hào)”發(fā)射成功，且中國人成功實(shí)現(xiàn)了太空行走，并順利返回地面的夢想設(shè)飛船在太空環(huán)繞時(shí)軌道高度為h，地球半徑為R，地面重力加速度為g，飛船繞地球遨游太空的總時(shí)間為t，則“神舟七號(hào)”飛船繞地球