3.2 认识万有引力定律 课件 19张PPT

第三章 万有引力定律
第二节 认识万有引力定律
粤教版 必修第二册
是什么原因使行星绕太阳公转？是什么原因是使月球绕地球公转？
一、行星绕日运动原因的探索
【思考问题】（1）是什么维系着行星稳定地绕太阳公转？
一、行星绕日运动原因的探索
伽利略的观点：行星的运动与地面物体的运动遵循不同的规律，行星运动是由“惯性”自行维持的
开普勒的观点：行星的运动是由于太阳磁力吸引的缘故，磁力与距离成反比。
一、行星绕日运动原因的探索
笛卡尔的观点：太阳的旋涡带动行星和卫星一起运动
胡克的观点：行星的运动是太阳引力的缘故，并且力的大小与到太阳距离的平方成反比。重力是由地球引力引起的。
一、行星绕日运动原因的探索
【思考问题】（2）太阳与行星间的引力大小有什么关系？
雷恩和哈雷的推导：
按圆形轨道
太阳对行星的引力就是行星绕太阳运动的向心力，即
根据开普勒第三定律：
得到太阳对行星的引力：
即，
作用于行星的引力与它到太阳的距离的平方成反比
一、行星绕日运动原因的探索
牛顿的整合：明确证明行星在椭圆轨道所有的引力与它到太阳距离的平方成反比
存在两个关键问题：
引力与质量关系的问题
引力的普遍性问题
二、万有引力定律的发现
行星受到太阳的引力：
太阳受到行星的引力：
提出问题：天体受到的引力与地面上的重力是否性质相同？天上的力学和地面上的力学能否统一起来？
F引
F'引
v
二、万有引力定律的发现
牛顿设想：
(一）牛顿“平抛石头”思想实验
从山顶水平抛出一块石头，由于重力的作用，石头会验证弯曲的路径落到地上，并且石头的抛出速度越大，石头飞行的距离越远。
当石头抛出的速度足够大时，它将绕地球做圆周运动而不在落向地面。
抛出石头的山越来越高，甚至达到月球轨道的高度，此处石头仍然受到重力的作用。把石头以足够大的速度抛出，它将会像月球那样围绕地球运动。
牛顿推想：
牛顿假设：
二、万有引力定律的发现
（二）牛顿数学推理、论证
类比推理：
太阳吸引行星的力，地球吸引月球的力（月球绕地球运动的引力）、地球吸引石头的力（重力），都遵从平方反比定律，“天上”的力与“地面”的力应同源。
①验证、比较力所产生的加速度→验证力；
②验证月球自由下落的位移→验证力。
迁移类比：
二、万有引力定律的发现
（二）牛顿数学推理、论证
假设：
假设月球绕地球运行的引力与地面的重力是同一性质的力，则它们都与距离的平方成反比。
因为月球轨道半径约为地球半径的60倍，在月球轨道附近的物体
二、万有引力定律的发现
（二）牛顿数学推理、论证
定性分析：
根据牛顿第二定律 得：
通过具体数据计算验证。
定量求证：
二、万有引力定律的发现
（二）牛顿数学推理、论证
假设得证，月球绕地球的引力与重力是同一性质的力。
推广到所有行星，乃至所有物体之间。
发现万有引力定律。
二、万有引力定律的发现
【讨论与交流】讨论从牛顿发现万有引力的思维方法中可以获得什么启发？
三、万有引力定律的表达式
1、万有引力定律的内容：宇宙间的一切物体都是相互吸引的。两个物体间引力的方向在它们的连线上。引力的大小与它们质量的乘积成正比，与它们之间距离的二次方成反比。
2、万有引力定律的数学表达式：
， 分别是两个物体的引力质量， 为两个物体之间的距离
引力质量=惯性质量
三、万有引力定律的表达式
万有引力常量由英国科学家卡文迪许利用扭秤实验装置测出：
三、万有引力定律的表达式
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，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：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
三、万有引力定律的表达式
4、万有引力的适用条件：
（1）两个质点之间的引力计算
为两质点间的距离
（2）当两物体为均匀介质球体时，可以认为球体的质量集中于球心， 表示两球心之间的距离。
【讨论与交流】万有引力定律指出，任何物体间都存在着引力。那么，为什么当两个人靠近时，并没有吸引到一起？试估算一下自己和同桌之间的引力有多大。