万有引力定律及综合应用.ppt
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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单击输入文字内容单击输入文字内容单击输入文字内容卫星运动天体运动万有引力定律为了解决生活中常见的日出日落、四季变为了解决生活中常见的日出日落、四季变换问题，人类对天体的运动进行研究。
换问题，人类对天体的运动进行研究。
第一节第一节万有引力定律万有引力定律在在公公年年前前44世世纪纪，古古希希腊腊亚亚里里士士多多德德认认为为：
地地球球是是宇宇宙宙的的中中心心，静静止止不不动动，其其它它天天体体则则以以地地球球为为中中心心，在在不不停停地地绕绕其运动。
其运动。
1.1.地心说：
亚里士多德、托勒密托勒密公元二世纪，公元二世纪，古希腊古希腊天文学家托勒密天文学家托勒密发展完善了发展完善了“地心说地心说”，描绘了一个复杂，描绘了一个复杂的天体运动图象。
的天体运动图象。
天文学大成天文学大成一一.天体究竟做怎样的运动天体究竟做怎样的运动托勒密的托勒密的托勒密的托勒密的“地心说地心说地心说地心说”行星运行图行星运行图行星运行图行星运行图一一.天体究竟做怎样的运动天体究竟做怎样的运动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）（1473-1543）（1473-1543）近代天文学的奠基人近代天文学的奠基人近代天文学的奠基人近代天文学的奠基人到了到了到了到了16161616世纪波兰天文学家哥白尼认为：
世纪波兰天文学家哥白尼认为：
世纪波兰天文学家哥白尼认为：
世纪波兰天文学家哥白尼认为：
太阳不太阳不动，处于宇宙的中心，地球和其它行星绕太阳转，动，处于宇宙的中心，地球和其它行星绕太阳转，“日心说日心说”。
天体运行论天体运行论代表人物：
哥白尼、开普勒代表人物：
哥白尼、开普勒。
一一.天体究竟做怎样的运动天体究竟做怎样的运动一一.天体究竟做怎样的运动天体究竟做怎样的运动哥白尼的哥白尼的哥白尼的哥白尼的“日心说日心说日心说日心说”行星运行图行星运行图行星运行图行星运行图一一.天体究竟做怎样的运动天体究竟做怎样的运动无论是无论是“地心说地心说”还是还是“日心说日心说”所所描绘出行星运动的轨迹有什么共同特点，描绘出行星运动的轨迹有什么共同特点，运动性质如何？
运动性质如何？
完美的匀速圆周运动完美的匀速圆周运动（建立研究模型）（建立研究模型）真的是哪么完美真的是哪么完美的匀速圆周运动的匀速圆周运动吗？
吗？
第第第第谷（丹麦）谷（丹麦）谷（丹麦）谷（丹麦）开普勒（德国）开普勒（德国）开普勒（德国）开普勒（德国）四年多的刻苦计算四年多的刻苦计算二十年的精心观测二十年的精心观测否定否定1919种假设种假设行星轨道为椭圆行星轨道为椭圆无论无论“地心说地心说”还是还是“日心说日心说”认为天体认为天体运动匀速圆周运动运动匀速圆周运动怎么回事怎么回事呢呢火星运行轨道有火星运行轨道有火星运行轨道有火星运行轨道有8分的误差分的误差一一.天体究竟做怎样的运动天体究竟做怎样的运动3.3.开普勒行星运动规律开普勒行星运动规律开普勒行星运动规律开普勒行星运动规律开普勒第一定律开普勒第一定律开普勒第一定律开普勒第一定律（椭圆轨道定律椭圆轨道定律椭圆轨道定律椭圆轨道定律）RRFFFF地球地球地球地球太阳太阳太阳太阳3.3.3.3.开普勒三大行星运动定律开普勒三大行星运动定律开普勒三大行星运动定律开普勒三大行星运动定律开普勒开普勒所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上。
太阳位于椭圆的一个焦点上。
太阳位于椭圆的一个焦点上。
太阳位于椭圆的一个焦点上。
注：
注：
注：
注：
1111、不同行星椭圆轨道不同。
、不同行星椭圆轨道不同。
、不同行星椭圆轨道不同。
、不同行星椭圆轨道不同。
2222、多数大行星的轨道十分接近圆。
、多数大行星的轨道十分接近圆。
、多数大行星的轨道十分接近圆。
、多数大行星的轨道十分接近圆。
一一.天体究竟做怎样的运动天体究竟做怎样的运动了解行星运动规律之前，我们先来了解一下了解行星运动规律之前，我们先来了解一下“椭圆椭圆”椭圆是平面上到两定点的距离之和为定值的点椭圆是平面上到两定点的距离之和为定值的点形成的轨迹。
两定点为形成的轨迹。
两定点为焦点焦点，两定点间距为，两定点间距为焦焦距距，椭圆有两条对称轴，长的对称轴叫，椭圆有两条对称轴，长的对称轴叫长轴长轴，短的对称轴叫短轴，长轴的一半叫短的对称轴叫短轴，长轴的一半叫半长轴半长轴RRFFFF地球地球地球地球太阳太阳太阳太阳椭圆偏心率是椭圆的焦距与长轴的比值。
这个比椭圆偏心率是椭圆的焦距与长轴的比值。
这个比值介于值介于00和和11之间，越小越圆，越大越扁。
圆可以之间，越小越圆，越大越扁。
圆可以看作是椭圆的一种极限情况，这时它的偏心率可看作是椭圆的一种极限情况，这时它的偏心率可以看作是以看作是00。
太阳系八大行星的轨道偏心率太阳系八大行星的轨道偏心率如下：
如下：
行星偏心率行星偏心率水星水星0.205627金星金星0.006811地球地球0.016675火星火星0.093334木星木星0.048912土星土星0.053927天王星天王星0.043154海王星海王星0.01125注：
偏心率越大，椭圆越扁。
注：
偏心率越大，椭圆越扁。
由上面数据可知，大部分由上面数据可知，大部分行星轨道的偏心率很小，可近行星轨道的偏心率很小，可近似看做圆。
似看做圆。
开普勒第二定律（开普勒第二定律（面积定律面积定律）：
）：
太阳和行星的连线在相等的时间内扫过的面积太阳和行星的连线在相等的时间内扫过的面积相等。
相等。
S1S2S1S2=问：
在近日点的速度快？
还是问：
在近日点的速度快？
还是问：
在近日点的速度快？
还是问：
在近日点的速度快？
还是远日点的速度快？
远日点的速度快？
远日点的速度快？
远日点的速度快？
行星轨道的半长轴的立方和行星绕太阳公转周期的平行星轨道的半长轴的立方和行星绕太阳公转周期的平行星轨道的半长轴的立方和行星绕太阳公转周期的平行星轨道的半长轴的立方和行星绕太阳公转周期的平方成正比。
方成正比。
方成正比。
方成正比。
开普勒第三定律开普勒第三定律开普勒第三定律开普勒第三定律（周期定律、调和定律周期定律、调和定律周期定律、调和定律周期定律、调和定律）比值比值比值比值kk与行星无关与行星无关与行星无关与行星无关,与中心天体有关，不同的中心天体与中心天体有关，不同的中心天体与中心天体有关，不同的中心天体与中心天体有关，不同的中心天体kk一般不同。
一般不同。
一般不同。
一般不同。
半半半半长长长长轴轴轴轴RRFFFF地球地球地球地球太阳太阳太阳太阳一一.天体究竟做怎样的运动天体究竟做怎样的运动回顾人类对天体运动的探索历程回顾人类对天体运动的探索历程回顾人类对天体运动的探索历程回顾人类对天体运动的探索历程:
漫长、艰辛、曲折漫长、艰辛、曲折漫长、艰辛、曲折漫长、艰辛、曲折事实矛盾事实矛盾第第第第谷（丹麦）谷（丹麦）谷（丹麦）谷（丹麦）日心说日心说哥白尼（波兰）哥白尼（波兰）哥白尼（波兰）哥白尼（波兰）地心说地心说托勒密（古希腊）托勒密（古希腊）托勒密（古希腊）托勒密（古希腊）圆周模型圆周模型托勒密托勒密托勒密托勒密/哥白尼哥白尼哥白尼哥白尼开普勒开普勒开普勒开普勒（德国）德国）德国）德国）修正模型修正模型开普勒行星运开普勒行星运动三大规律动三大规律开普勒开普勒开普勒开普勒（德国）德国）德国）德国）第五章第五章万有引力定律万有引力定律什么原因使行星在各自的轨道上运动？
什么原因使行星在各自的轨道上运动？
二二.万有引力定律的发现万有引力定律的发现提出问题提出问题提出问题提出问题二二.万有引力定律的发现万有引力定律的发现猜想假设猜想假设猜想假设猜想假设把行星绕太阳运动看作匀速圆周运动近似化Rr牛顿第三定律牛顿第三定律开普勒第三定律开普勒第三定律太阳对行星引力太阳对行星引力行星对太阳引力行星对太阳引力牛顿第二定律牛顿第二定律mm11mm22rrTTFF返回返回写成等式：
写成等式：
写成等式：
写成等式：
FFFF引引引引=GMm/r=GMm/r=GMm/r=GMm/r2222牛顿根据牛顿第三定律大胆的猜想：
既然太阳对行星牛顿根据牛顿第三定律大胆的猜想：
既然太阳对行星的引力与行星的质量成正比，也应该与太阳的质量成正比。
的引力与行星的质量成正比，也应该与太阳的质量成正比。
行星绕太阳运动遵守这个规律，那么在其他物体之间是否适用这个规律呢？
FFFF引引引引Mm/rMm/rMm/rMm/r2222牛顿在研究了许多物体间遵循规律的引力之后，牛顿在研究了许多物体间遵循规律的引力之后，进一步把这个规律推广到自然界中任何两个物体之间，进一步把这个规律推广到自然界中任何两个物体之间，于于16871687年正式发表了年正式发表了万有引力定律万有引力定律：
卡文迪许实验卡文迪许实验1.1.内容：
内容：
宇宙间任意两个有质量的物体间都宇宙间任意两个有质量的物体间都存在相互吸引力，其大小与两物体的质量乘存在相互吸引力，其大小与两物体的质量乘积成正比，与它们间距离的平方成反比。
积成正比，与它们间距离的平方成反比。
2.2.表达式：
表达式：
3.3.引力常数：
引力常数：
4.4.适用条件：
适用条件：
适用于两个质点间的万有引力大小计算适用于两个质点间的万有引力大小计算；适用适用于质量分布均匀的球体间的万有引力大小计算于质量分布均匀的球体间的万有引力大小计算。
引力常数的测定：
引力常数的测定：
两个物体中心之两个物体中心之两个物体中心之两个物体中心之间的距离间的距离间的距离间的距离二二.万有引力定律的发现万有引力定律的发现得出结论得出结论得出结论得出结论万有引力定律发现的意义万有引力定律发现的意义1.1.第一次揭示了自然界中的一种基本第一次揭示了自然界中的一种基本相互作用规律相互作用规律2.2.使人们建立了信心：
人们有能力理使人们建立了信心：
人们有能力理解天地间各种事物解天地间各种事物四四、引力常量的测量、引力常量的测量扭秤实验扭秤实验【思考思考】对于一个十分微小的物理量该采用对于一个十分微小的物理量该采用什么方法测量？
什么方法测量？
（1）实验原理：
）实验原理：
科学方法科学方法放大法放大法卡文迪许卡文迪许卡文迪许实验室卡文迪许实验室卡文迪许实验卡文迪许实验
（2）卡文迪许扭称实验的意义）卡文迪许扭称实验的意义证明了万有引力的存在，使万有引力定律证明了万有引力的存在，使万有引力定律进入了真正实用的时代；进入了真正实用的时代；开创了微小量测量的先河，使科学放大思开创了微小量测量的先河，使科学放大思想得到推广；想得到推广；1.1.关于万有引力，下列说法中正确得是：
关于万有引力，下列说法中正确得是：
关于万有引力，下列说法中正确得是：
关于万有引力，下列说法中正确得是：
（）（）A.A.万有引力只有在天体之间才体现出来万有引力只有在天体之间才体现出来万有引力只有在天体之间才体现出来万有引力只有在天体之间才体现出来B.B.一个苹果由于其质量很小，它受到地球的万有引一个苹果由于其质量很小，它受到地球的万有引一个苹果由于其质量很小，它受到地球的万有引一个苹果由于其质量很小，它受到地球的万有引力几乎可以忽略力几乎可以忽略力几乎可以忽略力几乎可以忽略C.C.地球对人造卫星的万有引力远大于卫星对地球的地球对人造卫星的万有引力远大于卫星对地球的地球对人造卫星的万有引力远大于卫星对地球的地球对人造卫星的万有引力远大于卫星对地球的万有力万有力万有力万有力D.D.地球表面的大气层是因为万有引力的约束而存在地球表面的大气层是因为万有引力的约束而存在地球表面的大气层是因为万有引力的约束而存在地球表面的大气层是因为万有引力的约束而存在于地球表面附近于地球表面附近于地球表面附近于地球表面附近课堂练习D2.要使两物体间的万有引力减小到原来的要使两物体间的万有引力减小到原来的1/4，下列办法，下列办法可采用的是（可采用
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