资源描述
32ak T 开 普 勒 三 定 律开 普 勒 第 一 定 律 轨 道 定 律所 有 行 星 绕 太 阳 运 动 的 轨 道 都 是 椭圆 ， 太 阳 处 在 椭 圆 的 一 个 焦 点 上 。开 普 勒 第 二 定 律 面 积 定 律对 任 意 一 个 行 星 来 说 ， 它 与 太 阳 的连 线 在 相 等 的 时 间 内 扫 过 相 等 的 面积 ;开 普 勒 第 三 定 律 周 期 定 律所 有 行 星 的 轨 道 的 半 长 轴 的 三 次 方跟 它 的 公 转 周 期 的 二 次 方 的 比 值 都相 等 . 太 阳 行 星v 为 什 么 行 星 绕 太 阳 如 此 和 谐 而 又 有 规律 地 作 椭 圆 运 动 ？问 题 探 究 2、 太 阳 与 行 星 间 的 引 力第 六 章 万 有 引 力 与 航 天3、 万 有 引 力 定 律 伽 利 略 在 行 星 的 周 围 有 旋 转 的 物质 (以 太 )作 用 在 行 星 上 ，使 得 行 星 绕 太 阳 运 动 。 开 普 勒笛 卡 尔 胡 克 牛 顿 (1643 1727)英 国 著 名 的 物 理 学 家 当 年 牛 顿 在 前 人研 究 的 基 础 上 ， 也经 过 类 似 这 样 的 思考 ， 并 凭 借 其 超 凡的 数 学 能 力 和 坚 定的 信 念 ， 深 入 研 究 ，最 终 发 现 了 万 有 引力 定 律 。牛 顿 在 1676年 给 友 人 的 信 中 写 道 ： 如 果 说 我 看 的 比 别 人 更 远 ， 那 是 因 为 我 站 在 巨 人 的肩 膀 上 。 两 大 类 动 力 学 问 题 ：1.已 知 力 求 运 动 ； 2.已 知 运 动 求 力 。属 于 已 知 运 动 求 力 的 情 况 问 题 l:探 究 太 阳 与 行 星 间 的 相 互 作 用 属 于 那类 问 题 ?问 题 2 行 星 绕 太 阳 运 动 的 轨 道 是 怎 样 的 ?由 开 普 勒 第 一 定 律 可 知 ： 行 星 绕太 阳 运 动 轨 道 是 椭 圆 . 行 星 轨 道 半 长 轴a(106km) 轨 道 半 短 轴b(106km)水 星 57.9 56.7金 星 108.2 108.1地 球 149.6 149.5火 星 227.9 226.9木 星 778.3 777.4土 星 1427.0 1424.8天 王 星 2882.3 2879.1海 王 星 4523.9 4523.8问 题 3 若 要 解 决 椭 圆 轨 道 的 运 动 ， 根 据 现 在 的 知 识 水 平 ，可 作 如 何 简 化 ?八 大 行 星 轨 道 数 据 表 二 、 深 入 探 究 、 总 结 规 律太 阳 对 行 星 的 引 力 1、 行 星 绕 太 阳 作 匀 速 圆 周 运 动 ， 写 出 行 星 需 要 的 向 心 力 表 达 式 ， 并 说 明 式 中 符 号 的 物 理 意 义 。 2、 行 星 运 动 的 线 速 度 v与 周 期 T的 关 系 式 如 何 ？ 为 何 要 消 去 v？ 写 出 要 消 去 v后 的 向 心 力 表 达 式 。 3、 如 何 应 用 开 普 勒 第 三 定 律 消 去 周 期 T？ 为 何 要 消 去 周 期 T？ 4、 写 出 引 力 F与 距 离 r的 比 例 式 ， 说 明 比 例 式 的 意 义 。 请 同 学 们 先 阅 读 教 材 P37页 “ 太 阳 对 行 星 的 引 力 ”内 容 ， 然 后 在 练 习 本 上 结 合 下 列 提 纲 独 立 推 导 ， 想 不起 来 了 再 参 考 教 材 。 太 阳 行 星r太 阳 行 星a 简 化行 星 绕 太 阳 做 匀 速 圆周 运 动 需 要 向 心 力 ，那 么 ， 什 么 力 来 提 供向 心 力 呢 ？ 太 阳 对 行 星 的 引 力 提 供 向心 力 ， 那 么 这 个 力 的 大 小跟 哪 些 因 素 有 关 呢 ？若 已 知 某 行 星 做 匀 速 圆 周 运 动 的 轨 道 半 径 为 r， 线速 度 为 v， 质 量 为 m。问 题 1： 行 星 绕 太 阳 做 匀 速 圆 周 运 动所 需 要 的 向 心 力 的 表 达 式 是 怎 样 的 ？问 题 探 究 2m vF r 问 题 2： 天 文 观 测 难 以 直 接 得 到 行 星 运 动 的 线 速 度 v， 但可 得 到 行 星 的 公 转 周 期 T， 线 速 度 v与 公 转 周 期 T的 关 系是 怎 样 的 ？ 写 出 用 公 转 周 期 T表 示 的 向 心 力 的 表 达 式 。Trv 2 2 rv T 224 mrF T2mvF r 消 去 v问 题 3： 不 同 行 星 的 公 转 周 期 是 不 同 的 ， 引 力 跟 太 阳 与 行星 间 的 距 离 关 系 的 表 达 式 中 不 应 出 现 周 期 T， 如 何 消 去周 期 T?开 普 勒 第三 定 律 ： 32r kT 2 24 mrF T 消 去 T 224 kmF r 科学探究 消 去 v2mvF r2 rv T 32r kT 224 mrF T 消 去 T 2mF r224 kmF r 关 系 式 中 m是 受力 天 体 还 是 施 力天 体 的 质 量 ？ 行 星 运 行 速 度 v不 容 易 观测 ？ 怎 么 办 ？行 星 绕 太 阳 公 转 周 期 T容 易 观 测 到 ；开 普 勒 第三 定 律 科学探究 探 究 1: 太 阳 对 行 星 的 引 力 FF行星 太阳F 既 然 太 阳 对 行 星 有 引 力 ， 那么 行 星 对 太 阳 有 无 引 力 ？ 它有 怎 样 的 定 量 关 系 ？结 论 一 ： 太 阳 对 行 星 的 引 力 跟 行 星 的 质 量 成 正 比 ， 与行 星 、 太 阳 之 间 的 距 离 的 二 次 方 成 反 比 . 2mF r探 究 2: 行 星 对 太 阳 的 引 力 F 结 论 二 ： 行 星 对 太 阳的 引 力 跟 太 阳 的 质 量成 正 比 ， 与 行 星 、 太阳 之 间 的 距 离 的 二 次方 成 反 比 . 2MF r类 比 法 科学探究 F 和 F 是 一 对 作 用 力 和反 作 用 力 ， 那 么 可 以 得出 F大 小 跟 太 阳 质 量 M、行 星 质 量 m有 什 么 关 系 ？ 2MmF r 2MmF=G r G为 比 例 系 数 ，与 太 阳 、 行 星无 关 。 方 向 ： 沿 着 太 阳 与行 星 间 的 连 线 。2mF r 2MF r结 论 三 : 太 阳 与 行 星 间 引 力 的 大 小 与 太 阳 的 质 量 、 行 星的 质 量 成 正 比 ， 与 两 者 距 离 的 二 次 方 成 反 比 探 究 3: 太 阳 与 行 星 间 的 引 力 例 题 1、 两 颗 行 星 都 绕 太 阳 做 匀 速 圆 周运 动 ， 它 们 的 质 量 之 比 m1： m2=p， 轨 道半 径 之 比 r1： r2=q， 求 它 们 受 到 太 阳 的 引力 之 比 F1： F2 211 rGMmF 221 : qpFF 则 22 22 rGMmF 式 中 G为 比 例 系 数 ，M为 太 阳 质 量 。解 ： 根 据 行 星 与 太 阳 间 的 引 力 表 达 式 ： 2rGMmF 则 两 行 星 受 到 的 引 力 分 别 为21 11 rGMmF 地 球 表 面 的 重 力 能 否 延伸 到 很 远 的 地 方 ， 会 不 会 作用 到 月 球 上 ？地 球 和 月 球 之 间 的 吸 引力 会 不 会 与 地 球 吸 引 苹 果 的力 是 同 一 种 力 呢 ？拉 住 月 球 使 它 绕 地 球 运动 的 力 ， 与 拉 着 苹 果 使 它 下落 的 力 ， 以 及 众 行 星 与 太 阳之 间 的 作 用 力 也 许 真 的 是 同一 种 力 ， 遵 循 相 同 的 规 律 ?牛 顿 的 思 考 这 些 力 是 同 一 种 力 ，并 且 都 遵 从当然这仅仅是猜想，还需要事实来检验！ r月 R 地 数 据 表 明 ， 地 面 物 体 所 受 地 球 的 引力 ， 月 球 所 受 地 球 的 引 力 ， 与 太 阳 、 行星 间 的 引 力 ， 真 的 遵 从 相 同 的 规 律 ！ 我 们 的 思 想 还 可 以 更 加 解 放 ！是 否 宇 宙 中 任 意 两 个 物 体 之 间 都有 这 样 的 力 呢 ? 1、 内 容 ： 自 然 界 中 任 何 两 个 物 体 都 是 互 相 吸 引 的 ，引 力 的 大 小 跟 这 两 个 物 体 的 质 量 的 乘 积 成 正 比 ， 跟它 们 的 距 离 的 二 次 方 成 反 比 . 的 质 量 ）物 体的 质 量： 物 体（得 出 ： 行 星 质 量 ）： 太 阳 质 量（、 表 达 式 ： 由 2:,1 :,2 212 21 2 mmrmmGF mMrMmGF 一、万有引力定律 2221 22 21 /3 kgmNGmmFrGrmmGF 的 单 位 ：可 知、 由 1 22m mF G r (1)引 力 常 量 适 用 于 任 何 两 个 物 体 ；(2)意 义 ： 在 数 值 上 等 于 两 个 质 量 都 是1kg的 物 体 相 距 1m时 的 相 互 作 用 力 。G: 引 力 常 量 6.67 10-11Nm2/kg2 思 考 ： 我 们 人 与 人 之 间 也 应 该 存 在 万 有引 力 ， 可 是 为 什 么 我 们 感 受 不 到 呢 ？例 题 1、 估 算 两 个 质 量 50 kg 的 同 学 相 距 0.5 m 时 之 间 的 万 有 引 力 约 有 多 大 ？ =6.67 10-7 N 是 一 粒 芝 麻 重 的 几 千 分 之 一 ， 这 么 小 的 力 人根 本 无 法 察 觉 到 。解 ： Nr mGmF 2112 21 5.0 50501067.6 例 题 2： 那 么 太 阳 与 地 球 之 间 的 万 有 引 力 又 是 多 大 呢 ？（ 太 阳 的 质 量 为 M = 2.0 1030 kg， 地 球 质 量 为 m = 6.0 1024 kg， 日 、 地 之 间 的 距 离 为 = 1.5 1011 m) 3.5 1022 N 非 常 大 ， 能 够 拉 断 直 径 为 9000 km 的 钢 柱 =3.5 1022N解 ： NrGMmF 211 2430112 105.1 100.6100.21067.6 100多 年 后 ， 由 英 国 物 理 学 家 卡 文 迪 许 测 出G值 的 测 量 ： 卡 文 迪 许 扭 秤 实 验三、引力常量的测量 第 一 个 能 称 出地 球 质 量 的 人 T形 架金 属 丝 平 面 镜 光 源刻 度 尺 扭 秤 实 验 的 测 量 结 果 2211 /1067.6 kgmNG 万 有 引 力 常 量卡 文 迪 许 扭 秤 实 验 的 意 义 ：(1)证 明 了 万 有 引 力 的 存 在 ， 并 测 得引 力 常 量 G,使 万 有 引 力 定 律 进 入 了真 正 实 用 的 时 代 ；(2)开 创 了 微 小 量 测 量 的 先 河 ， 使 科学 放 大 思 想 得 到 了 推 广 卡 文 迪 许 扭 秤 实 验 今 天 我 们 学 到 了 什 么 ?古 人观 点 牛 顿思 考 理 论演 算 总 结规 律建 模 2rMmGF 2rmF 2rMF 理 想 化类 比 猜 想 验 证 得 出 结 论月 地 检 验 ， 万 有 引 力 定 律 ，万 有 引 力 常 量 1、 关 于 行 星 对 太 阳 的 引 力 的 说 法 中 正 确 的 是 （ ） A.行 星 对 太 阳 的 引 力 与 太 阳 对 行 星 的 引 力 是 同 一 性 质 的 力 B.行 星 对 太 阳 的 引 力 与 太 阳 的 质 量 成 正 比 ， 与 行 星 的 质 量 无 关 C.太 阳 对 行 星 的 引 力 大 于 行 星 对 太 阳 的 引 力 D.行 星 对 太 阳 的 引 力 大 小 与 太 阳 的 质 量 成 正 比 ， 与 行 星 距 太 阳 的 距 离 成 反 比 A三 、 迁 移 应 用 能 力 提 高 解 析 F和 F大 小 相 等 ， 方 向 相 反 ， 是 一 对 作 用 力 和 反 作 用力 ， A、 C错 误 ， B正 确 ； 太 阳 对 行 星 的 引 力 提 供 行 星 绕 太 阳做 圆 周 运 动 的 向 心 力 ， 故 D正 确 答 案 BD 3、 最 近 ， 科 学 家 在 望 远 镜 中 看 到 太 阳 系 外 某 一 恒 星 有一 行 星 ， 并 测 得 它 围 绕 该 恒 星 运 动 一 周 所 用 的 时 间 为 1 200年 ， 它 与 该 恒 星 的 距 离 为 地 球 到 太 阳 距 离 的 100倍 ，假 定 该 行 星 绕 恒 星 运 动 的 轨 道 和 地 球 绕 太 阳 运 动 的 轨 道都 是 圆 周 ， 仅 利 用 以 上 两 个 数 据 可 以 求 出 的 量 有 ( )A 恒 星 质 量 与 太 阳 质 量 之 比B 恒 星 密 度 与 太 阳 密 度 之 比C 行 星 质 量 与 地 球 质 量 之 比D 行 星 运 行 速 度 与 地 球 公 转 速 度 之 比 5、 太 阳 对 地 球 有 相 当 大 的 引 力 ， 而 且 地 球 对 太 阳 也有 引 力 作 用 ， 为 什 么 它 们 不 靠 在 一 起 ？ 其 原 因 是( )A 太 阳 对 地 球 的 引 力 与 地 球 对 太 阳 的 引 力 ， 这 两个 力 大 小 相 等 、 方 向 相 反 ， 互 相 平 衡B 太 阳 对 地 球 的 引 力 还 不 够 大C 不 仅 太 阳 对 地 球 有 引 力 作 用 ， 而 且 太 阳 系 里 其他 星 球 对 地 球 也 有 引 力 ， 这 些 力 的 合 力 为 零D 太 阳 对 地 球 引 力 不 断 改 变 地 球 的 运 动 方 向 ， 使得 地 球 绕 太 阳 运 行答 案 D 6、 若 两 颗 行 星 的 质 量 分 别 为 M和 m， 它 们 绕太 阳 运 行 的 轨 道 半 径 分 别 为 R和 r， 则 它 们的 公 转 周 期 之 比 为 ( )答 案 B 7.地 球 的 实 际 运 动 为 椭 圆 ,那 么 ,在 近 日 点 A， 行星 所 受 太 阳 的 引 力 比 它 转 动 所 需 要 的 向 心 力 大还 是 小 ？ 远 日 点 B呢 ？ A B
展开阅读全文