高中物理必修二 3.2 万有引力定律 课件 (25张PPT)

3.2 万有引力定律
。
复 习
开普勒行星运动定律
第一定律：所有行星绕太阳的轨道都是椭圆，
太阳处在椭圆的一个焦点上。
第二定律：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
第三定律：所有行星的椭圆轨道的半长轴的三
次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等。
即
k值与中心天体有关，而与环绕天体无关
行星绕太阳运行需要力来维持吗？是什么样的力呢？
笛卡尔1596-1660
开普勒1571－1630
◎ 17世纪有人认为，圆周运动是最完美的，因而神圣和永恒的天体必然应该做匀速圆周运动，这无需什么原因。
◎开普勒认为，行星绕太阳运动，一定是受到了来自太阳的类似于磁力的作用。
◎法国物理学家笛卡尔认为行星的运动是因为在行星的周围有旋转的物质(以太)作用在行星上，从而使得行星围绕太阳运动.
科学的足迹
牛顿1643-1727
哈雷1656－1742
胡克1635-1705
牛顿同时代的一些科学家，如胡克、哈雷等对这一问题的认识则更进一步。他们认为，行星围绕太阳运动是因为受到了太阳对它的引力，甚至证明了如果行星的轨道是圆形的，它所受的引力的大小跟行星到太阳的距离的二次方成反比，但他们无法证明在椭圆轨道上，引力也遵循同样的规律，更没能严格地证明这种引力的一般规律。
科学的足迹
◎树上熟透的苹果为什么向下落向地面，而不飞向天空？
◎是什么原因使月球绕地球运动而没有离开地球？
◎月球受到地球的吸引力吗？
地球对地面上苹果的引力
地球对月球的引力
太阳对行星的引力
也许是同一种力，
遵从相同规律
猜想
太阳对行星的引力
设某行星的质量为m，速率为v，行星到太阳的距离为r，则行星绕太阳做匀速圆周运动的向心力，由太阳对行星的引力来提供
追寻牛顿的足迹
月地检验
目的：
验证地球对地面上苹果的引力
地球对月球的引力
遵循
思 路：
1.假定猜想成立，理论推导
2. 实际测量、计算。
理论分析与测算结果一致则假设成立；不一致则假设就不成立
地球对苹果的引力:
先假定猜想成立 ─ 理论推导
苹果下落的加速度:
月地检验
F
r
O
地球对月球的引力:
月球绕地球公转的加速度：
在牛顿的时代，已能比较精确测定：
月球与地球的距离 3.8×108 m
月球公转周期 T = 27.3天
地球的自由落体加速度 g = 9.8 m/s2
求月球公转的向心加速度
即月球公转轨道半径 r = 3.8×108 m
实际测量
F
r
O
即
结果一致！
解：
月地检验
地球对地面上苹果的引力
地球对月球的引力
验证结论
是同一种性质的力，
都遵偱
1. 内容：自然界中任何两个物体都相互作用的引力，引力的方向在它们的连线上，引力的大小 与物体的质量 m1 和 m2 的乘积成正比，与它们之间距离 r 的二次方成反比。
2. 公式：
(1) m1、m2 ── 两物体的质量
(2) r ── 严格讲，万有引力定律只适用于两质点间的相互作用，故r指两质点间的距离；对质量分布均匀的球体，指的是两个球心间的距离；
(3) G ──比例系数，叫引力常量，适用于任何物体，G 的国际单位
万有引力定律
N·m2/kg2
3. 万有引力的理解
(1)普遍性：任何两个物体之间都存在引力（大到天体小到微观粒子），万有引力是自然界中物体间的基本相互作用之一。
(2)相互性：万有引力也是力的一种，力的作用是相互的，具有相互性，符合牛顿第三定律。
万有引力定律的发现是几代科学家长期探索，研究的结果，牛顿是一个集大成者，他最终给出了在科学上具有划时代意义的万有引力定律，正如牛顿自己说，如果我曾经看得远一些，那是因为我站在巨人肩膀上的缘故。万有引力定律建立是第一次揭示物质世界的一种基本相互作用规律，把地面上的运动与天体的运动统一起来，是人类认识自然的历史上是一座里程碑。不像以前人们认为天体运动隐藏着不可认知的规律，牛顿的出色工作使人们建立了一个信念，人们有能力理解天体间的各种事物。
引力常量 G 的测量实验
怎样测量这个微小量？你有什么想法？
1798 年，英国物理学家卡文迪许巧妙地利用扭秤装置，第一次在实验室里对两个铅球间的引力大小 F 做了精确测量和计算，比较准确地测出了引力常量 G 的数值。
r
F
r
F
m
m?
m
m?
引力常量 G 的测量实验
卡文笛许的扭秤设计巧妙之处:
3.扭秤装置把微小力转化成力矩来反映；
2.利用T型轴将小球受到的万有引力作用效果进行放大；
4.扭转角度（微小形变）通过光标移动来放大。
1.轻杆上固定小球而不是大球，可将悬丝做的更精细，从而提高了灵敏度；
例1 对质量为m1 和m2 的两个物体间的万有引力表述式， 下列说法正确的是
A、公式中的G是引力常量， 它是由实验测出的，而不是人为规定的 。
B、当两物体的距离r趋于0时，万有引力趋于无穷大。
C、两物体间的引力总是大小相等的，而与m1，m2 是否相等无关。
D、两物体的引力总是大小相等、方向相反的，是一对平衡力。
课堂评价
例2 既然任何物体间都存在着引力，为什么当两个人接近时他们不会吸在一起?计算回答。
例3 在宇宙天体中，大麦哲伦云的质量为2.0x?1040kg.?小麦哲伦云的质量为2.0x?1039kg.两者相距约6. x?1014光年.求两者之间的引力。(1光年≈1.0x?1016m)?
3. 万有引力的理解
(1)普遍性：任何两个物体之间都存在引力（大到天体小到微观粒子），万有引力是自然界中物体间的基本相互作用之一。
(2)相互性：万有引力也是力的一种，力的作用是相互的，具有相互性，符合牛顿第三定律。
(3)宏观性：通常情况下万有引力非常小，只有在质量巨大的天体间或天体与物体间它的存在才有宏观的物理意义。在微观世界中，粒子的质量都非常小，粒子间的万有引力很不显著，万有引力可以忽略不计。
推导太阳与行星间的引力:
万有引力的猜想：
万有引力的检验：
推 广：
万有引力定律的检验：
万有引力定律的得出:
“天上”的力与“人间”的力是同一种力
月 ─ 地检验
宇宙中一切物体间都有引力
引力常量 G 的测量实验
祝：学习快乐，天天进步 !
再 见