太陽(yáng)與行星間的引力-文檔資料

1、.1第二節(jié)第二節(jié) 太陽(yáng)對(duì)行星的引力太陽(yáng)對(duì)行星的引力.232akT開(kāi)普勒三定律開(kāi)普勒三定律開(kāi)普勒第一定律開(kāi)普勒第一定律軌道定律軌道定律 所有行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道都是所有行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓，太陽(yáng)處在橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。橢圓，太陽(yáng)處在橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。開(kāi)普勒第二定律開(kāi)普勒第二定律面積定律面積定律 對(duì)每個(gè)行星來(lái)說(shuō)，它與太陽(yáng)的連對(duì)每個(gè)行星來(lái)說(shuō)，它與太陽(yáng)的連線在相等的時(shí)間掃過(guò)相等的面積線在相等的時(shí)間掃過(guò)相等的面積; ;開(kāi)普勒第三定律開(kāi)普勒第三定律周期定律周期定律 所有行星的軌道的半長(zhǎng)軸的三次方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跟公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等. .太陽(yáng)太陽(yáng)行

2、星行星bva.3問(wèn)題探究問(wèn)題探究行星為什么繞太陽(yáng)如此行星為什么繞太陽(yáng)如此和諧而又有規(guī)律地做橢和諧而又有規(guī)律地做橢圓運(yùn)動(dòng)呢？圓運(yùn)動(dòng)呢？.4伽利略伽利略 行星的運(yùn)動(dòng)是受到了行星的運(yùn)動(dòng)是受到了來(lái)自太陽(yáng)的來(lái)自太陽(yáng)的類(lèi)似于磁力類(lèi)似于磁力的作用的作用 ，與距離成反比。，與距離成反比。 行星的運(yùn)動(dòng)行星的運(yùn)動(dòng)是太陽(yáng)吸引的緣是太陽(yáng)吸引的緣故故，并且力的大小與到太陽(yáng)距，并且力的大小與到太陽(yáng)距離的平方成反比。離的平方成反比。 在行星的周?chē)行D(zhuǎn)的物質(zhì)(以太)作用在行星上，使得行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)。開(kāi)普勒開(kāi)普勒笛卡爾笛卡爾胡克胡克一切物體都有一切物體都有合并合并的趨勢(shì)。的趨勢(shì)。.5牛頓牛頓 (16431727)(16431

3、727)英國(guó)著名的物理學(xué)家英國(guó)著名的物理學(xué)家當(dāng)年牛頓在前人研究當(dāng)年牛頓在前人研究的基礎(chǔ)上，也經(jīng)過(guò)類(lèi)的基礎(chǔ)上，也經(jīng)過(guò)類(lèi)似的思考，并憑借其似的思考，并憑借其超凡的數(shù)學(xué)能力和堅(jiān)超凡的數(shù)學(xué)能力和堅(jiān)定的信念，深入研究，定的信念，深入研究，最終發(fā)現(xiàn)了最終發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力萬(wàn)有引力定律定律。.6問(wèn)題問(wèn)題1：行星的實(shí)際運(yùn)動(dòng)：行星的實(shí)際運(yùn)動(dòng)是橢圓運(yùn)動(dòng)，但我們還不是橢圓運(yùn)動(dòng)，但我們還不了解橢圓運(yùn)動(dòng)規(guī)律，那應(yīng)了解橢圓運(yùn)動(dòng)規(guī)律，那應(yīng)該怎么辦？能否把它該怎么辦？能否把它簡(jiǎn)化簡(jiǎn)化成什么運(yùn)動(dòng)成什么運(yùn)動(dòng)呢？呢？太陽(yáng)太陽(yáng)行星行星a.7行行 星星軌道半長(zhǎng)軸軌道半長(zhǎng)軸a(106km)軌道半短軸軌道半短軸b(106km)水星水星57.9

4、56.7金星金星108.2108.1地球地球149.6149.5火星火星227.9 226.9木星木星778.3777.4土星土星1427.01424.8天王星天王星2882.32879.1海王星海王星4523.94523.8八大行星軌道數(shù)據(jù)表d d太陽(yáng)太陽(yáng)=1.39=1.3910106 6 kmkm行星直徑行星直徑 d (106km)0.00480.0120.0130.00680.1430.120.00510.0049.8太陽(yáng)太陽(yáng)行星行星 r太陽(yáng)太陽(yáng)行星行星a問(wèn)題問(wèn)題2：既然把行星繞：既然把行星繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化為圓周太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化為圓周運(yùn)動(dòng)。那么行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)。那么行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)可看成勻運(yùn)動(dòng)

5、可看成勻速圓周運(yùn)速圓周運(yùn)動(dòng)動(dòng)還是還是變速圓周運(yùn)動(dòng)變速圓周運(yùn)動(dòng)呢？呢？為什么？為什么？簡(jiǎn)簡(jiǎn)化化問(wèn)題問(wèn)題3:3:行星繞太陽(yáng)做行星繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)需要向勻速圓周運(yùn)動(dòng)需要向心力，那心力，那什么力來(lái)提什么力來(lái)提供做向心力供做向心力？.9問(wèn)題問(wèn)題4：太：太陽(yáng)對(duì)行星的陽(yáng)對(duì)行星的引力提供向引力提供向心力，那這心力，那這個(gè)力大小有個(gè)力大小有什么樣什么樣定量定量關(guān)系？關(guān)系？F太陽(yáng)太陽(yáng)行行星星.10科科學(xué)學(xué)探探究究消去消去v2mvFr2 rvT行星運(yùn)行行星運(yùn)行速度速度v容易容易觀測(cè)？怎么辦？觀測(cè)？怎么辦？32rkT224mrFT消去消去T2mFr224kmFr.11科科學(xué)學(xué)探探究究2mFr關(guān)系式中關(guān)系式中m m

6、是受是受力天體還是施力力天體還是施力天體的質(zhì)量？天體的質(zhì)量？探究探究1: 太陽(yáng)對(duì)行星的引力太陽(yáng)對(duì)行星的引力F太陽(yáng)太陽(yáng)對(duì)對(duì)行星行星的引力跟受的引力跟受力星體的質(zhì)量成正比，力星體的質(zhì)量成正比，與行星、太陽(yáng)距離的二與行星、太陽(yáng)距離的二次方成反比次方成反比. .F問(wèn)題問(wèn)題5：既然太：既然太陽(yáng)對(duì)行星有引力，陽(yáng)對(duì)行星有引力，那么那么行星對(duì)太陽(yáng)行星對(duì)太陽(yáng)有無(wú)引力？有無(wú)引力？它有它有怎么樣的定量關(guān)怎么樣的定量關(guān)系呢？系呢？F行星行星太陽(yáng)太陽(yáng).12科科學(xué)學(xué)探探究究2mFr探究探究2: 行星對(duì)太陽(yáng)的引力行星對(duì)太陽(yáng)的引力FF行星行星太陽(yáng)太陽(yáng)F類(lèi)比法類(lèi)比法2MFr行星對(duì)太陽(yáng)的引力行星對(duì)太陽(yáng)的引力FF跟太陽(yáng)的質(zhì)量成正比

7、，跟太陽(yáng)的質(zhì)量成正比，與行星、太陽(yáng)距離的與行星、太陽(yáng)距離的二次方成反比二次方成反比. .太陽(yáng)對(duì)行星的引力跟受力星體的質(zhì)量成正比，與行星、太陽(yáng)距離的二次方成反比.13科科學(xué)學(xué)探探究究2mFr探究探究3: 太陽(yáng)與行星間的引力太陽(yáng)與行星間的引力類(lèi)比法類(lèi)比法2MFrF 和和F 是一對(duì)作用力和是一對(duì)作用力和反作用力，那么可以得反作用力，那么可以得出出F大小跟太陽(yáng)質(zhì)量大小跟太陽(yáng)質(zhì)量M、行星質(zhì)量行星質(zhì)量m的關(guān)系式有的關(guān)系式有什么關(guān)系？什么關(guān)系？牛三牛三2MmFr2MmF=GrG為比例系數(shù)，為比例系數(shù)，與太陽(yáng)、行星與太陽(yáng)、行星無(wú)關(guān)。無(wú)關(guān)。方向：方向：沿著太陽(yáng)與行星間的連線連線 。.14月亮繞地球運(yùn)行月亮繞地球

8、運(yùn)行.15蘋(píng)蘋(píng)果果落落地地.16 月亮繞地旋轉(zhuǎn)所需月亮繞地旋轉(zhuǎn)所需要的向心力、地球?qū)Φ匾南蛐牧?、地球?qū)Φ乇砦矬w的重力與太陽(yáng)行表物體的重力與太陽(yáng)行星間的引力是不是都是星間的引力是不是都是相同的力呢？相同的力呢？ 這個(gè)問(wèn)題引起了牛這個(gè)問(wèn)題引起了牛頓的沉思。頓的沉思。 如果你是牛頓，你如果你是牛頓，你會(huì)怎樣解決這個(gè)猜想？會(huì)怎樣解決這個(gè)猜想？一、牛頓的思考一、牛頓的思考.17牛頓的思考：牛頓的思考： 蘋(píng)果與月亮受到的蘋(píng)果與月亮受到的力可能是同一種力力可能是同一種力! ! 可能是地球表面的可能是地球表面的重力延伸到月亮。重力延伸到月亮。 而且它們而且它們都是類(lèi)似都是類(lèi)似太陽(yáng)行星間的引力，它太陽(yáng)行星間的

9、引力，它們都應(yīng)遵從們都應(yīng)遵從“與距離平與距離平方成反比方成反比”的關(guān)系。的關(guān)系。一、牛頓的思考一、牛頓的思考.18證明蘋(píng)果、月亮受力滿(mǎn)足證明蘋(píng)果、月亮受力滿(mǎn)足“平方反比平方反比”的關(guān)的關(guān)系系 當(dāng)時(shí)已知的一些量：當(dāng)時(shí)已知的一些量： 地表重力加速度：地表重力加速度：g = 9.8m/s2 地球半徑：地球半徑： R = 6400103m 月亮周期：月亮周期： T = 27.3天天2.36106s 月亮軌道半徑：月亮軌道半徑： r 60R 那么，通過(guò)這些已知條件如何來(lái)證那么，通過(guò)這些已知條件如何來(lái)證明：蘋(píng)果、月亮受力也滿(mǎn)足明：蘋(píng)果、月亮受力也滿(mǎn)足“平方反平方反比比”的關(guān)系呢？的關(guān)系呢？.19 當(dāng)時(shí)已知

10、的一些量：當(dāng)時(shí)已知的一些量： 地表重力加速度：地表重力加速度：g = 9.8m/s2 地球半徑：地球半徑： R = 6400103m 月亮周期：月亮周期： T = 27.3天天2.36106s 月亮軌道半徑：月亮軌道半徑： r 60Rga36001月？計(jì)算驗(yàn)證：計(jì)算驗(yàn)證：g36001計(jì)算結(jié)果：計(jì)算結(jié)果：2322/1072. 24smrTa月.20 牛頓的這一猜想非常大膽，將天上和人間連接在了一起！三、牛頓的智慧三、牛頓的智慧.21牛頓再度思考：牛頓再度思考： 既然太陽(yáng)行星間、既然太陽(yáng)行星間、地球月球間、地球物體地球月球間、地球物體間有引力，那么任何兩間有引力，那么任何兩個(gè)有質(zhì)量的物體間是否個(gè)有

11、質(zhì)量的物體間是否也都有這樣的引力呢？也都有這樣的引力呢？三、牛頓的智慧三、牛頓的智慧.22 自然界中任何兩個(gè)物體都相互吸引，引力自然界中任何兩個(gè)物體都相互吸引，引力的大小跟這兩個(gè)物體的質(zhì)量的乘積成正比，跟的大小跟這兩個(gè)物體的質(zhì)量的乘積成正比，跟它們的距離的平方成反比。它們的距離的平方成反比。221rmmGF 表達(dá)式：表達(dá)式：.23三、牛頓的智慧三、牛頓的智慧 牛頓的這一大膽的推廣，充分體現(xiàn)了牛頓非凡的智慧！.24四、萬(wàn)有引力定律四、萬(wàn)有引力定律內(nèi)容內(nèi)容： 自然界中任何兩個(gè)物體都相互吸引，引力自然界中任何兩個(gè)物體都相互吸引，引力的大小跟這兩個(gè)物體的質(zhì)量的乘積成正比，跟的大小跟這兩個(gè)物體的質(zhì)量的乘

12、積成正比，跟它們的距離的平方成反比。它們的距離的平方成反比。221rmmGF G為引力常量，為引力常量，r為兩物體的中心距離。為兩物體的中心距離。表達(dá)式：表達(dá)式：.25五、萬(wàn)有引力定律的驗(yàn)證五、萬(wàn)有引力定律的驗(yàn)證1、哈雷彗星回歸預(yù)測(cè)、哈雷彗星回歸預(yù)測(cè)哈雷彗星哈雷彗星1682 年年8 月出現(xiàn)月出現(xiàn) 1758 年年12 月月25 日晚回歸日晚回歸哈雷哈雷.262、引力常量的測(cè)量、引力常量的測(cè)量【思考思考】對(duì)于一個(gè)十分微小的物理量該采用對(duì)于一個(gè)十分微小的物理量該采用什么方法測(cè)量？什么方法測(cè)量？ 科學(xué)方法科學(xué)方法放大法放大法卡文迪許卡文迪許卡文迪許扭秤實(shí)驗(yàn)卡文迪許扭秤實(shí)驗(yàn).27 G值為值為6.6710

13、-11 Nm2/kg2 G值的物理含義：值的物理含義： 兩個(gè)質(zhì)量為兩個(gè)質(zhì)量為1kg的物體相距的物體相距1m 時(shí)，它們之間萬(wàn)有引力為時(shí)，它們之間萬(wàn)有引力為 6.6710-11 N.28萬(wàn)有引力定律萬(wàn)有引力定律 自然界中任何兩個(gè)物體都相互吸引，引力自然界中任何兩個(gè)物體都相互吸引，引力的大小跟這兩個(gè)物體的質(zhì)量的乘積成正比，跟的大小跟這兩個(gè)物體的質(zhì)量的乘積成正比，跟它們的距離的平方成反比。它們的距離的平方成反比。221rmmGF ，r為兩物體間的距離。為兩物體間的距離。表達(dá)式：表達(dá)式： .29122112750506.67 100.56.67 10m mFGrNN .301.1.萬(wàn)有引力的萬(wàn)有引力的“

14、四性四性”.31.32 在在16651665年年，具有高明的數(shù)學(xué)才能的牛，具有高明的數(shù)學(xué)才能的牛頓，根據(jù)自己獨(dú)特的思維推導(dǎo)得出：太陽(yáng)頓，根據(jù)自己獨(dú)特的思維推導(dǎo)得出：太陽(yáng)對(duì)行星的引力與距離平方成反比。但沒(méi)有對(duì)行星的引力與距離平方成反比。但沒(méi)有弄清這個(gè)引力就是提供圓周運(yùn)動(dòng)所需要向弄清這個(gè)引力就是提供圓周運(yùn)動(dòng)所需要向心力，也沒(méi)有推導(dǎo)得出行星繞太陽(yáng)做橢圓心力，也沒(méi)有推導(dǎo)得出行星繞太陽(yáng)做橢圓運(yùn)動(dòng)時(shí)，太陽(yáng)對(duì)行星的引力也存在距離平運(yùn)動(dòng)時(shí)，太陽(yáng)對(duì)行星的引力也存在距離平方成反比。方成反比。在在16791679年年，牛頓在與胡克等人，牛頓在與胡克等人的交流中，逐漸清楚圓周運(yùn)動(dòng)一定需要太的交流中，逐漸清楚圓周運(yùn)動(dòng)一

15、定需要太陽(yáng)對(duì)行星的與距離平方成反比的引力，并陽(yáng)對(duì)行星的與距離平方成反比的引力，并應(yīng)用微積分，推導(dǎo)得出了行星繞太陽(yáng)做橢應(yīng)用微積分，推導(dǎo)得出了行星繞太陽(yáng)做橢圓運(yùn)動(dòng)時(shí)，太陽(yáng)對(duì)行星的引力也存在距離圓運(yùn)動(dòng)時(shí)，太陽(yáng)對(duì)行星的引力也存在距離平方成反比的數(shù)學(xué)關(guān)系式。平方成反比的數(shù)學(xué)關(guān)系式?？茖W(xué)有險(xiǎn)阻，攻艱莫畏難。科學(xué)有險(xiǎn)阻，攻艱莫畏難。.33 1、下列關(guān)于行星對(duì)太陽(yáng)的引力的說(shuō)法、下列關(guān)于行星對(duì)太陽(yáng)的引力的說(shuō)法中正確的是（中正確的是（ ） A.行星對(duì)太陽(yáng)的引力與太陽(yáng)對(duì)行星的行星對(duì)太陽(yáng)的引力與太陽(yáng)對(duì)行星的引力是同一性質(zhì)的力引力是同一性質(zhì)的力 B.行星對(duì)太陽(yáng)的引力與太陽(yáng)的質(zhì)量成行星對(duì)太陽(yáng)的引力與太陽(yáng)的質(zhì)量成正比，與行

16、星的質(zhì)量無(wú)關(guān)正比，與行星的質(zhì)量無(wú)關(guān) C.太陽(yáng)對(duì)行星的引力大于行星對(duì)太陽(yáng)太陽(yáng)對(duì)行星的引力大于行星對(duì)太陽(yáng)的引力的引力 D.行星對(duì)太陽(yáng)的引力大小與太陽(yáng)的質(zhì)行星對(duì)太陽(yáng)的引力大小與太陽(yáng)的質(zhì)量成正比，與行星距太陽(yáng)的距離成反比量成正比，與行星距太陽(yáng)的距離成反比 A.342、兩個(gè)行星的質(zhì)量分別為、兩個(gè)行星的質(zhì)量分別為m1和和m2，繞，繞太陽(yáng)運(yùn)行的軌道半徑分別是太陽(yáng)運(yùn)行的軌道半徑分別是r1和和r2，若它，若它們只受太陽(yáng)引力的作用，那么這兩個(gè)行們只受太陽(yáng)引力的作用，那么這兩個(gè)行星的向心加速度之比為（星的向心加速度之比為（ ）A1 B. C. D.1 12 2m rm r1 22 1m rm r2221rr D.353下面關(guān)于行星繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)的說(shuō)下面關(guān)于行星繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)的說(shuō)法中正確的是（法中正確的是（ ） A.離太陽(yáng)越近的行星周期越大離太陽(yáng)越近的行星周期越大 B.離太陽(yáng)越遠(yuǎn)的行星周期越大離太陽(yáng)越遠(yuǎn)的行星周期越大 C.離太陽(yáng)越近的行星的向心加離太陽(yáng)越近的行星的向心加速度越大速度越大 D.離太陽(yáng)越近的行星受到太陽(yáng)離太陽(yáng)越近的行星受到太陽(yáng)的引力越大的引力越大 BC .364一群小行星在同一軌道上繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)，這些小行星具有（ ） A.相同的速率 B.相同的加速度 C.相同的運(yùn)轉(zhuǎn)周期 D.相同的角速度 ABCD.37今天我們學(xué)到了什么今天我們學(xué)到了什么?古人古人觀點(diǎn)觀點(diǎn)牛頓牛頓思考思考理論理論演算演算總