万有引力定律及引力常量的测定课件

银河系银河系银银河系河系行星绕太阳运动行星绕太阳运动行星行星绕绕太阳运太阳运动动万有引力定律及引力常量的万有引力定律及引力常量的测测定定课课件件5.1 万有引力定律万有引力定律及引力常量的测定及引力常量的测定第五章第五章 万有引力定律及其应用万有引力定律及其应用5.1 万有引力定律第五章万有引力定律第五章 万有引力定律及其万有引力定律及其应应用用第一节第一节 万有引力定律及引力常量的测定万有引力定律及引力常量的测定一一一一.天体究竟做怎样的运动天体究竟做怎样的运动天体究竟做怎样的运动天体究竟做怎样的运动“地心说地心说”和和“日心说日心说”1.地心说：托勒密地心说：托勒密(90-168)Claudius Peolemy 在在古古代代，以以希希腊腊亚亚里里士士多多德德为为代代表表，认认为为地地球球是是宇宇宙宙的的中中心心。其其它它天天体体则则以以地地球球为为中中心心，在在不不停停地地运运动动。这这种种观观点点，就就是是“地地心心说说”。公公元元二二世世纪纪，天天文文学学家家托托勒勒密密，把把当当时时天天文文学学知知识识总总结结成成宇宇宙宙的的地地心心体体系系，发发展展完完善善了了“地地心心说说”，描绘了一个复杂的天体运动图象。，描绘了一个复杂的天体运动图象。第一第一节节 万有引力定律及引力常量的万有引力定律及引力常量的测测定一定一.天体究竟做怎天体究竟做怎样样的运的运地心说地心说:认为地球是宇宙的中心，地球是静认为地球是宇宙的中心，地球是静止不动，太阳、月亮及其他行星都绕地球止不动，太阳、月亮及其他行星都绕地球运动运动.代表人物是古希腊学者托勒密代表人物是古希腊学者托勒密.地地心心说说第一节第一节 万有引力定律及引力常量的测定万有引力定律及引力常量的测定地心地心说说:认为认为地球是宇宙的中心，地球是静止不地球是宇宙的中心，地球是静止不动动，太阳、月亮及其，太阳、月亮及其哥白尼哥白尼(14731543)波兰天文波兰天文学家学家,他在他在1510年写成的年写成的浅浅说说初稿中指出初稿中指出:太阳是宇宙太阳是宇宙的中心体的中心体,地球与行星都绕太地球与行星都绕太阳运动阳运动,只有月亮才绕地球运只有月亮才绕地球运动动,1530年终于完成了日心说年终于完成了日心说的建立工作的建立工作,于于1543年年3月月天体运动学天体运动学书名出版书名出版,否否定了在西方统治定了在西方统治1千多年的地千多年的地心说心说.第一节第一节 万有引力定律及引力常量的测定万有引力定律及引力常量的测定2.2.日心说：哥白尼日心说：哥白尼日心说：哥白尼日心说：哥白尼(1473-1543)(1473-1543)Nicolaus CopernicusNicolaus Copernicus 哥白尼哥白尼(14731543)波波兰兰天文学家天文学家,他在他在1510年写年写日心说日心说:认为太阳是宇宙的中心，地球、认为太阳是宇宙的中心，地球、月亮及其他行星都在绕太阳运动。代表月亮及其他行星都在绕太阳运动。代表人物是波兰天文学家哥白尼人物是波兰天文学家哥白尼.日日心心说说第一节第一节 万有引力定律及引力常量的测定万有引力定律及引力常量的测定日心日心说说:认为认为太阳是宇宙的中心，地球、月亮及其他行星都在太阳是宇宙的中心，地球、月亮及其他行星都在绕绕太阳太阳二、人们对行星运动的研究二、人们对行星运动的研究二、人们对行星运动的研究二、人们对行星运动的研究1、古人把天体运动看得十分神圣，他们认为天体古人把天体运动看得十分神圣，他们认为天体的运动不同于地面上物体的运动，天体做的是最完的运动不同于地面上物体的运动，天体做的是最完美、最和谐的匀速圆周运动。美、最和谐的匀速圆周运动。2、开普勒的导师第谷，丹麦伟大的天文学家开普勒的导师第谷，丹麦伟大的天文学家,他对他对天体运动的看法与其他古人一样，也认为天体在做天体运动的看法与其他古人一样，也认为天体在做匀速圆周运动。并对行星的运动做了长达匀速圆周运动。并对行星的运动做了长达2020多年的多年的观察观察,记录了大量的数据。记录了大量的数据。既然行星是绕太阳运动的既然行星是绕太阳运动的既然行星是绕太阳运动的既然行星是绕太阳运动的,那么行星是做什么样的运动呢那么行星是做什么样的运动呢那么行星是做什么样的运动呢那么行星是做什么样的运动呢?3、开普勒是第谷的学生、开普勒是第谷的学生,第谷去世后他继承了第谷第谷去世后他继承了第谷的工作的工作,他接受日心说观点他接受日心说观点,并对第谷记录的数据进并对第谷记录的数据进行了长时间的大量的数学运算行了长时间的大量的数学运算,总结出了太阳行星的总结出了太阳行星的运动规律运动规律,发表了著名的开普勒三定律。发表了著名的开普勒三定律。第一节第一节 万有引力定律及引力常量的测定万有引力定律及引力常量的测定二、人二、人们对们对行星运行星运动动的研究的研究1、古人把天体运、古人把天体运动动看得十分神圣，他看得十分神圣，他们们丹麦天文学家，精于观测。15721572年，他观测到仙年，他观测到仙后座出现了一颗过去从后座出现了一颗过去从来没见过的亮星。来没见过的亮星。1601年，第谷临终前，把自己毕生对火星的观测资料全部留给了开普勒，委托他进行整理研究。第谷（丹麦）第谷（丹麦）第谷（丹麦）第谷（丹麦）仙后座的新星爆发仙后座的新星爆发第一节第一节 万有引力定律及引力常量的测定万有引力定律及引力常量的测定丹麦天文学家，精于丹麦天文学家，精于观测观测。第谷（丹麦）仙后座的新星爆。第谷（丹麦）仙后座的新星爆发发第一第一节节开普勒（德国）开普勒（德国）开普勒（德国）开普勒（德国）在天文学史上，开普勒在天文学史上，开普勒享有享有“天空立法者天空立法者”的盛的盛誉。誉。开普勒观念的基础是日开普勒观念的基础是日心说。心说。16091609年和年和16191619年发表了年发表了行星运动的三个定律。行星运动的三个定律。第一节第一节 万有引力定律及引力常量的测定万有引力定律及引力常量的测定开普勒（德国）开普勒（德国）在天文学史上，开普勒享有在天文学史上，开普勒享有“天空立法者天空立法者”的盛誉的盛誉万有引力定律及引力常量的万有引力定律及引力常量的测测定定课课件件三、开普勒三定律三、开普勒三定律三、开普勒三定律三、开普勒三定律开普勒开普勒开普勒开普勒开普勒第一定开普勒第一定律律 所有的行星围绕太阳运动的轨道都是所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上第一节第一节 万有引力定律及引力常量的测定万有引力定律及引力常量的测定三、开普勒三定律开普勒开普勒第一定律三、开普勒三定律开普勒开普勒第一定律 所有的行星所有的行星围绕围绕太太（1）所有的行星围绕太阳运动的轨道都所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上（开普勒第一定律（开普勒第一定律/轨道定律）轨道定律）第一节第一节 万有引力定律及引力常量的测定万有引力定律及引力常量的测定（1）所有的行星）所有的行星围绕围绕太阳运太阳运动动的的轨轨道都第一道都第一节节 万有引力定律及万有引力定律及开普勒开普勒开普勒第二定开普勒第二定律律 对于每一个行星而言，太阳和行星的对于每一个行星而言，太阳和行星的联线在相等的时间内扫过相等的面积联线在相等的时间内扫过相等的面积第一节第一节 万有引力定律及引力常量的测定万有引力定律及引力常量的测定开普勒开普勒第二定律开普勒开普勒第二定律 对对于每一个行星而言，太阳和行星的于每一个行星而言，太阳和行星的联联（2 2）对于每一个行星而言，太阳和行星的连线在）对于每一个行星而言，太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积（开普勒第二定律相等的时间内扫过相等的面积（开普勒第二定律/面积定律）面积定律）l用公式表示为：SAB=SCD=SEK l由此可见：行星在远日点a的速率最小，在近日点b的速率最大。太阳太阳远日点远日点远日点远日点a近日点近日点近日点近日点bt1t4t3t2第一节第一节 万有引力定律及引力常量的测定万有引力定律及引力常量的测定（2）对对于每一个行星而言，太阳和行星的于每一个行星而言，太阳和行星的连线连线在相等的在相等的时间时间内内扫过扫过开普勒开普勒开普勒开普勒开普勒第三定开普勒第三定律律所有行星的轨道的半长轴的三次方所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等跟公转周期的二次方的比值都相等第一节第一节 万有引力定律及引力常量的测定万有引力定律及引力常量的测定开普勒开普勒第三定律所有行星的开普勒开普勒第三定律所有行星的轨轨道的半道的半长轴长轴的三次方跟公的三次方跟公转转周期周期（3）所有行星的椭圆轨道的长半轴的三次所有行星的椭圆轨道的长半轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等方跟公转周期的二次方的比值都相等（开普勒第三定律（开普勒第三定律/周期定律）周期定律）地球地球太阳太阳Rl数学表达式：数学表达式：T2R3=Kl其中其中R R是椭圆轨道的长是椭圆轨道的长半轴，半轴，T T是行星绕太阳公是行星绕太阳公转的周期，转的周期，K K是一个与行是一个与行星无关的常量。星无关的常量。第一节第一节 万有引力定律及引力常量的测定万有引力定律及引力常量的测定（3）所有行星的）所有行星的椭圆轨椭圆轨道的道的长长半半轴轴的三次地球的三次地球太阳太阳R数学表达式数学表达式巩固练习第一节第一节 万有引力定律及引力常量的测定万有引力定律及引力常量的测定、关于行星绕太阳运动的下列说法中正确的是（、关于行星绕太阳运动的下列说法中正确的是（）A、所有行星都在同一椭圆轨道上绕太阳运动。、所有行星都在同一椭圆轨道上绕太阳运动。B、行星绕太阳运动时太阳位于行星轨道的中心处。、行星绕太阳运动时太阳位于行星轨道的中心处。C、离太阳越近的行星运动周期越长。、离太阳越近的行星运动周期越长。D、所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期、所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期 的二次方的比值都相等。的二次方的比值都相等。D巩固巩固练习练习第一第一节节 万有引力定律及引力常量的万有引力定律及引力常量的测测定、关于行星定、关于行星绕绕2.2.太阳系中的九大行星均在各自的轨道上绕太太阳系中的九大行星均在各自的轨道上绕太阳运动，若设它们的轨道为圆形，若有两颗阳运动，若设它们的轨道为圆形，若有两颗行星的轨道半径比为行星的轨道半径比为R1：R2=2：1，他们的他们的质量比为质量比为M1：M2=4：1，求它们绕太阳运动，求它们绕太阳运动的周期比的周期比T1：T2？解：即第一节第一节 万有引力定律及引力常量的测定万有引力定律及引力常量的测定2.太阳系中的九大行星均在各自的太阳系中的九大行星均在各自的轨轨道上道上绕绕太解：即第一太解：即第一节节 万万二二二二.万有引力定律的发现万有引力定律的发现万有引力定律的发现万有引力定律的发现1.科学家对行星运动原因的各种猜想科学家对行星运动原因的各种猜想2.牛牛顿顿总总结结了了地地球球对对地地面面上上的的物物体体的的引引力力、太太阳阳对对行行星星的的引引力力、以以及及行行星星对对卫卫星星的的引引力力，都都遵遵守守相相同同的的规规律律，是是同同一一性性质质的的力力。牛牛顿顿把把这这种种引引力力规规律律做做了了推广，在推广，在1687年发表了万有引力定律。年发表了万有引力定律。3.万万有有引引力力定定律律内内容容任任何何两两个个物物体体都都是是相相互互吸吸引引的的，引引力力的的方方向向沿沿两两物物体体的的连连线线，引引力力的的大大小小与与两两个个物物体体质质量量的的乘乘积积成成正正比比，与与他他们们的的距距离离的的平平方方成成反比。其数学表达式为：反比。其数学表达式为：第一节第一节 万有引力定律及引力常量的测定万有引力定律及引力常量的测定二二.万有引力定律的万有引力定律的发现发现1.科学家科学家对对行星运行星运动动原因的各种猜想原因的各种猜想2.万有引力定律：万有引力定律：第一节第一节 万有引力定律及引力常量的测定万有引力定律及引力常量的测定3.r3.r是两个物体间的距离：是两个物体间的距离：均匀球体指球心间距离均匀球体指球心间距离对于相距很远可看做质点的物体，指质点间的距离对于相距很远可看做质点的物体，指质点间的距离在均匀球体内部所受万有引力为零在均匀球体内部所受万有引力为零【说明说明】1.m1和和m2表示两个物体的质量；表示两个物体的质量；2.G为引力常数。为引力常数。G=6.671011 Nm2/kg2 G的物理意义的物理意义两质量各为两质量各为1kg的物体相距的物体相距1m时万有引力的大小。时万有引力的大小。万有引力定律的适用条件万有引力定律的适用条件：适适用用于于两两个个质质点点或或者者两两个个均均匀匀球球体体之之间间的的相相互互作作用用。（两两物物体体为为均匀球体时，均匀球体时，r为两球心间的距离）为两球心间的距离）万有引力定律：第一万有引力定律：第一节节 万有引力定律及引力常量的万有引力定律及引力常量的测测定定3.r是是【例题例题】两个100kg的人站在水平地面上，这两个人之间的距离为1m，试用万有引力定律估算两人之间的引力。解：解：6.67 10-7N 【例【例题题】两个】两个100kg的人站在水平地面上，的人站在水平地面上，这这两个人之两个人之间间的距离的距离引力常量的测定引力常量的测定卡文迪许扭秤卡文迪许扭秤G=6.671011 Nm2/kg2第一节第一节 万有引力定律及引力常量的测定万有引力定律及引力常量的测定引力常量的引力常量的测测定定卡文迪卡文迪许许扭秤扭秤G=6.671011 N引力常量的物理意义引力常量的物理意义它它在在数数值值上上等等于于两两个个质质量量都都是是1kg的的物物体体相相距距1m时的相互作用力。时的相互作用力。万有引力定律发现的重要意义万有引力定律发现的重要意义：万万有有引引力力定定律律的的发发现现，对对物物理理学学、天天文文学学的的发发展展具具有有深深远远的的影影响响。它它把把地地面面上上物物体体运运动动的的规规律律和和天天体体运运动动的的规规律律统统一一了了起起来来。在在科科学学文文化化发发展展上上起起到到了了积积极极的的推推动动作作用用，解解放放了了人人们们的的思思想想，给给人人们们探探索索自自然然的的奥奥秘秘建建立立了了极极大大的的信信心心，人人们们有有能能力力理理解解天天地地间间的的各种事物。各种事物。第一节第一节 万有引力定律及引力常量的测定万有引力定律及引力常量的测定引力常量的物理意引力常量的物理意义义第一第一节节 万有引力定律及引力常量的万有引力定律及引力常量的测测定定【例题例题】第一节第一节 万有引力定律及引力常量的测定万有引力定律及引力常量的测定已已知知月月球球绕绕地地球球运运行行周周期期T=27.3d，月月球球与与地地球球的的平平均均距距离离R约约为为38万万公公里里，试试用用万有引力定律估算地球质量万有引力定律估算地球质量M。【例【例题题】第一】第一节节 万有引力定律及引力常量的万有引力定律及引力常量的测测定已知月球定已知月球绕绕地球地球