3.2认识万有引力定律 课件 20张PPT

是什么原因使行星绕太阳公转？
第三章 万有引力定律
第2节 认识万有引力定律
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。
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
科学家对行星运动的各种猜想
一、行星绕日运动原因的探索
思考1：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？
思考2：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？
太阳
行星
a
太阳
行星
r
简
化
太阳
行星
r
一、行星绕日运动原因的探索
思考3：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？
思考4：太阳对行星的引力提供向心力，那这个力大小有什么样定量关系？
F
太阳
Ｍ
行星ｍ
ｒ
Ｖ
问题1：行星绕太阳做匀速圆周运动所需要的向心力的表达式是怎样的？
二、探究太阳与行星间的引力
哈雷
问题2：天文观测难以直接得到行星运动的线速度v，但可得到行星的公转周期T，线速度v与公转周期T的关系是怎样的？写出用公转周期T表示的向心力的表达式。
　
　
消去v
二、探究太阳与行星间的引力
　
　
二、探究太阳与行星间的引力
问题3：不同行星的公转周期是不同的，引力跟太阳与行星间的距离关系的表达式中不应出现周期T， 如何消去周期T?
消去T
开普勒第三定律
关系式中m是受力天体还是施力天体的质量？
二、探究太阳与行星间的引力
太阳对行星的引力跟行星的质量成正比，与行星、太阳之间的距离的二次方成反比。
结论一：
结论二：
行星对太阳的引力跟太阳的质量成正比，与行星、太阳之间的距离的二次方成反比。
即：

结论三: 太阳与行星间引力的大小与太阳的质量、行星的质量成正比，与两者距离的二次方成反比
三、万有引力定律的发现
作用力
和反作用力
三、万有引力定律的发现
牛顿的疑问：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？
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：
三、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：
三、万有引力定律的发现
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）牛顿数学推理、论证
三、万有引力定律的发现
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：
三、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。
三、万有引力定律的发现
（二）牛顿数学推理、论证
宇宙间的一切物体都是互相吸引的，两个物体间引力的方向在它们的连线上，引力的大小跟它们的质量的乘积成正比，跟它们的距离的二次方成反比。
2、表达式：
G=6.67×10-11 Nm2/kg2
四、万有引力定律的表达式
1、万有引力定律的内容：
3、方向：在两个物体的连线上。
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
4、适用条件:
⑴对于可以看做质点的物体，r为两个质点之间的距离．
m1
m2
r
⑵对于质量分布均匀的球体，r为两个球心之间的距离.
四、万有引力定律的表达式
（1）普遍性：万有引力存在于任何两个物体之间；
（2）相互性：作用力和反作用力；
（3）特殊性：两个物体间的万有引力与物体所在空间和
其他物体无关；
四、万有引力定律的表达式
5、理解：
四、万有引力定律的表达式
思考：
为什么两个非常靠近的同学不吸引在一起呢？
全优P50 ：探究3：情境探究