太阳与行星间的引力6.3万有引力定律.ppt

开普勒三定律 知识回顾 开普勒第一定律 轨道定律 所有行星都分别在大小不同的椭圆轨道上围绕太阳运动 太阳是在这些椭圆的一个焦点上 开普勒第二定律 面积定律 对每个行星来说 太阳和行星的连线在相等的时间扫过相等的面积 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公转周期的二次方的比值都相等 第六章万有引力与航天 第2节太阳与行星间的引力第3节万有引力定律 伽利略 行星的运动是受到了来自太阳的类似于磁力的作用 与距离成反比 行星的运动是太阳吸引的缘故 并且力的大小与到太阳距离的平方成反比 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 行星的运动与地面物体的运动遵循不同的规律 行星的运动是 惯性 自行维持的 科学足迹 科学足迹 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 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 建立模型 诱思 行星的实际运动是椭圆运动 但我们还不了解椭圆运动规律 那应该怎么办 能把它简化成什么运动呢 建立模型 诱思 既然把行星绕太阳的运动简化为圆周运动 那么行星绕太阳运动可看成匀速圆周运动还是变速圆周运动 行星绕太阳做匀速圆周运动需要向心力 那什么力来提供做向心力 这个力的方向怎么样 建立模型 诱思 太阳对行星的引力提供作为向心力 那这个力大小有什么样定量关系 科学探究 行星运行速度v难以观测 怎么办 科学探究 关系式中m是受力天体还是施力天体的质量 探究1 太阳对行星的引力F 请用中文描述这个关系式 太阳对行星的引力跟受力星体的质量成正比 与行星 太阳距离的二次方成反比 既然太阳对行星有引力 那么行星对太阳有引力 它有怎么样定量的关系 科学探究 探究2 行星对太阳的引力F 太阳对行星的引力跟受力星体的质量成正比 与行星 太阳距离的二次方成反比 科学探究 探究3 太阳与行星间的引力F 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 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 行星对太阳的引力大小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 引力常量的测量 卡文迪许扭秤实验 1 实验原理 科学方法 放大法 卡文迪许 卡文迪许实验室 实验数据G值为6 67 10 11N m2 kg2G值的物理含义 两个质量为1kg的物体相距1m时 它们之间万有引力为6 67 10 11N 二 万有引力定律1 内容 自然界中任何两个物体都相互吸引 引力的方向在它们的连线上 引力的大小与这两个物体的质量m1和m2的乘积成正比 与它们的距离r的二次方成反比 2 表达式 3 方向 沿着m1 m2的连线 r指的是m1 m2之间的距离 不是半径 其中G是一个引力常量 1 单位 N m2 kg2 2 标准值 G 6 67259x10 11N m2 kg2 常用值 G 6 67x10 11N m2 kg2 3 注意 与重力的符号区别开来 2 关于万有引力定律正确的说法是 A 物体间万有引力与它们的质量成正比 与它们之间的距离成反比B 任何两个物体都是相互吸引的 引力的大小跟它们的质量的乘积成正比 跟它们的距离的平方成反比C 万有引力与质量 距离和万有引力常量都成正比D 万有引力定律中两行星m1与m2受到的引力总是大小相等 方向相反 是一对平衡力 B 对于距离的确定大致可以分为两种情况 a 若可以看做质点 则为两质点间距 b 对于不能视为质点 而质量分布均匀的球体 应是两球心间距 4 如图所示 r虽大于两球的半径 但两球的半径不能忽略 而球的质量分布均匀 大小分别为m1与m2 则两球间万有引力的大小为 A B C D D 为什么两位同学感受不到万有引力 下面我们粗略的来计算一下两个质量为50kg 相距0 5m的人之间的引力 6 67 10 7N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 那么太阳与地球之间的万有引力又是多大呢 已知 太阳的质量为M 2 0 1030kg 地球质量为m 5 8 1025kg 日地之间的距离为R 1 5 1011km F GMm R2 3 5 1022N非常大 能够拉断直径为9000km的钢柱 3 5 1022 N 而太阳对质量为50kg的人 6 67 10 11 2 0 1030 6 0 1024 1 5 1011 2 引力很小 不到0 3N 当然我们感受不到太阳的引力 特点 1 普遍性万有引力是普遍存在于宇宙中任何有质量物质之间的吸引力 是自然界物质之间的基本相互作用之一 2 相互性两个物体相互作用的引力是一对作用力与反作用力 3 宏观性通常情况下 万有引力非常小 只有在巨大的天体间 或天体与物体间 它的存在才有实际上的意义 4 适用性只适用于两个质点间的引力 当物体之间的距离远大于物体本身时 也适用 但应为两质心间的距离 实验检验 月 地 检验 已知月球绕地球的公转周期为27 3天 地球半径为6 37 106m 轨道半径为地球半径的60倍 月球绕地球的向心加速度 1 根据向心加速度公式 a 4 2r T2 2 71 10 3m s2 2 根据F引 GMm r2 因为 F引 Mm r2 a 1 r2 a g 602 2 72 10 3m s2 可见 这一规律也适用于地 月之间引力的计算 4 一颗小行星绕太阳做匀速圆周运动的轨道半径是地球公转半径的4倍 则这颗小行星的运行速率是地球运行速率的 A 4倍B 2倍C 0 5倍D 16倍5 一群小行星在同一轨道上绕太阳旋转 则这些小行星具有 A 相同的速率B 相同的加速度C 相同的运转周期D 相同的角速度 C ABCD 3 哈雷彗星绕太阳运动的轨道是比较扁的椭圆 下面说法中正确的是 A 彗星在近日点的速率大于在远日点的速率B 彗星在近日点的向心加速度大于在远日点的向心加速度C 若彗星的运行周期为75年 则它的半长轴是地球公转半径的75倍D 彗星在近日点的角速度大于在远日点的角速度 ABD