鲁科版(2019)高中物理必修2 第4章万有引力定律及航天第1节天地力的综合：万有引力定律(共24张PPT)

(共24张PPT)
万有引力定律
Newton’s Law of Universal Gravitation
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代表人物：托勒密
一、人们对行星运动规律的认识过程
1、 地心说
观点：地球是宇宙的中心，是静止不动的，太阳、月亮以及其他行星都绕地球运动。
时间：公元２世纪
代表人物：哥白尼
2、日心说
观点：太阳才是宇宙的中心，太阳是静止不动的，地球和其他行星都在围绕太阳做匀速圆周运动。
例证：1609年，伽利略发明了望远镜，他发现了围绕木星转动的卫星，进一步表明地球不是所有天体运动的中心。
(1)天才观测家：
　第谷·布拉赫
3、对天体运动的进一步研究
(2)真理超出期望:
　　开普勒
二、开普勒三定律
1、开普勒第一定律（轨道定律）
　　所有的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。
椭圆：平面内与两个定点F1、F2的距离之和等于常数（大于|F1F2|）的点的轨迹叫做椭圆，这两个定点叫做椭圆的焦点，两焦点间的距离叫做焦距。
半长轴：|OA1|= |OA2|　半短轴：|OB1|= |OB2|
焦点：F1、F2　　　　　　　焦距：|F1F2|
1、开普勒第一定律
F1 F2
2、开普勒第二定律（面积定律）
　　任何一个行星与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相等。
你能分析近日点与远日点速率大小关系吗？
2、开普勒第二定律
近日点速率最大，远日点速率最小
太阳
行星
F
a
O
a：半长轴
T：公转周期
3、开普勒第三定律（周期定律）
　　行星绕太阳运行轨道半长轴的立方与其公转周期的平方成正比。
行星 半长轴a(×106km) 公转周期T(天) a3 T2 k
水星 57 87.97 3.34
金星 108 225 3.35
地球 149 365 3.35
火星 228 687 3.35
木星 778 4333 3.35
土星 1426 10759 3.34
天王星 2869 30686 3.35
海王星 4495 60188 3.34
3、开普勒第三定律
比值 k 是由中心天体所决定的。
卫星 半长轴a(×106km) 公转周期T(天) a3 T2 k
同步卫星 0.0424 1
月球 0.3844 27.33
3、开普勒第三定律
0.0000762
0.0000762
注意：
　　1.开普勒定律不仅适用于行星，也适用于卫星，只不过是中心天体不同，比值 k 不同。
3、开普勒第三定律
注意：
　　２.定律是总结行星运动的观察结果而总结归纳出来的规律，它们每一条都是经验定律，都是从观察行星运动所取得的资料中总结出来的，它为万有引力定律的发现奠定了基础。
牛顿 (1643—1727)
英国著名的物理学家
牛顿在前人研究的基础上，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。
三、太阳与行星间的引力
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
八大行星轨道数据表（ d太阳=1.39×106 km ）
行星直径
d (106km)
0.0048
0.012
0.013
0.0068
0.143
0.12
0.0051
0.0049
建立模型
太阳
行星
r
太阳
行星
a
化简
　　1、多数行星绕太阳运动的轨道十分接近圆，太阳处在圆心;
　　2、对某一行星来说，它绕太阳做匀速圆周运动;
　　3、所有行星轨道半径的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等。
建立模型
F
太阳
Ｍ
行星
ｍ
ｒ
Ｖ
　　太阳对行星的引力提供了行星做匀速圆周运动的向心力：
科学探究
消去v
消去T
探究1: 太阳对行星的引力F
科学探究
F
行星
太阳
F′
类比法
牛 三
行星对太阳的引力F′跟太阳的质量M成正比，与轨道半径r的平方成反比.
太阳对行星的引力F与受力星体的质量m成正比，与轨道半径r的平方成反比.
探究2: 行星对太阳的引力F′
【说明】
1.m1和m2表示两个物体的质量，r表示他们的距离，
2. G为引力常数 G=6.67×10－11 N·m2/kg2
由卡文迪许测出
1、内容：宇宙间的一切物体都是相互吸引的，引力的方向在它们的连线上，引力的大小跟它们的质量的乘积成正比，与它们之间的距离的平方成反比。
2、数学表达式为：
r
m1
m2
F
F
引力常数的测定——卡文迪许扭秤
G=6.67×10－11 N·m2/kg2
引力常量的物理意义
——它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。
【注意】
（1）万有引力公式适应于两个质点或者两个均匀球体之间的相互作用
（2）r—质点间的距离（或球心距）
（3）两个物体之间的万有引力是一对相互作用力
（4）自然界的任何两物体之间都存在万有引力
万有引力定律：
r
m1
m2
F
F
【例题】如图所示是行星m绕恒星M运动的情况示意图，则下列说法正确的是(　　)
A．速度最大点是B点
B．速度最小点是C点
C．m从A到B做减速运动
D．m从B到A做减速运动
C
【例题】地球的质量大约为月球质量的81倍。 一飞行器在地球与月球之间，当月球对它的引力和地球对它的引力大小相等时，这个飞行器距地心的距离与距月心的距离之比为　　　。
【答案】9:1
由：
得：
m
M
m0
【例题】火星的半径是地球半径的一半，火星的质量约为地球质量的1/9，那么在地球上50 kg的人，如果在火星上质量是_______，火星表面的重力加速度为______，此人在火星上体重为_____.（取g＝9.8 m/s2）
【答案】50 kg 4.36m/s 218N