高中物理 3-3《萬有引力定律的應(yīng)用》課件 教科版必修2

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歡迎進(jìn)入物理課堂 萬有引力定律 上一節(jié)我們學(xué)習(xí)了什么 現(xiàn)在讓我們回顧一下 1 人類對(duì)行星運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí) 地心說 日心說 2 開普勒三定律1 第一定律又稱軌道定律2 第二定律又稱面積定律3 第三定律又稱周期定律 地心說 日心說 地球是宇宙的中心 地球是靜止不動(dòng)的 太陽 月亮以及其它行星都繞地球運(yùn)動(dòng) 符合人們的日常經(jīng)驗(yàn) 符合宗教地球是宇宙的中心的說法 統(tǒng)治很長時(shí)間的原因 太陽是靜止不動(dòng)的 地球和其它行星都繞太陽轉(zhuǎn)動(dòng) 地心模型 亞里士多德 地球 地球 本輪 均輪 偏心模型 O 托勒密 地心說 日心說 第谷 丹麥 開普勒 德國 所有的行星圍繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道橢圓 太陽處在所有橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上 開普勒第一定律 軌道定律 面積定律 對(duì)于每一個(gè)行星而言 太陽和行星的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過相等的面積 若tAB tCD tEK 則sAB sCD sEK 開普勒第二定律 周期定律 所有行星的軌道的半長軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等 即 R3 T2 k 開普勒第三定律 K是一個(gè)只決定于被繞天體 中心天體 質(zhì)量的物理量 你知道嗎 開普勒定律揭示了行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律 但是行星為什么沿著一定的軌道 繞著太陽能作如此和諧而有規(guī)律的運(yùn)動(dòng)呢 是什么力量支配著行星的運(yùn)動(dòng)呢 下面請(qǐng)同學(xué)觀看 行星如何繞太陽運(yùn)行的 牛頓是怎么發(fā)現(xiàn)萬有引力的呢 關(guān)于行星運(yùn)動(dòng)原因的猜測 英國的吉樂伯特根據(jù)他對(duì)磁體相互作用的研究 猜想行星是依靠太陽發(fā)出的磁力維持著繞日運(yùn)動(dòng)的 法國數(shù)學(xué)家笛卡兒提出 旋渦 假設(shè) 認(rèn)為空間充滿著一種看不見的流質(zhì) 形成許多大小 速度 密度不同的旋渦 從而帶動(dòng)行星轉(zhuǎn)動(dòng) 法國天文學(xué)家布利奧首先提出平方反比假設(shè) 認(rèn)為各個(gè)行星受太陽發(fā)出的力支配 力的大小跟行星與太陽距離的平方成反比 其中 英國物理學(xué)家胡克 雷恩和哈雷都對(duì)此做出了重要的貢獻(xiàn) 站在巨人肩上的牛頓 1 有一個(gè)流傳很廣的美麗傳說 牛頓看見蘋果落地而發(fā)現(xiàn)萬有引力定律 你相信這一傳說嗎 這個(gè)傳說對(duì)你有什么啟示 2 蘋果受到地球的引力作用 而產(chǎn)生加速度落向地面 月亮也受到地球的引力作用 也產(chǎn)生加速度嗎 為什么月亮沒有掉到地球上 你能運(yùn)用牛頓萬有引力的概念和圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí)解釋嗎 前進(jìn)道路上的困難 困難一 行星沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng) 速度的大小 方向不斷發(fā)生變化 如何解決這種變化的曲線運(yùn)動(dòng)問題 當(dāng)時(shí)還缺乏相應(yīng)的數(shù)學(xué)工具 困難二 天體是一個(gè)龐然大物 如果認(rèn)為物體間有引力 那么如何計(jì)算由天體各部分對(duì)行星產(chǎn)生的力的總效果呢 當(dāng)時(shí)同樣缺乏理論上的工具 困難三 如果天體間是互相吸引的 那么在眾多天體共存的太陽系中 如何解決它們之間相互干擾這一復(fù)雜的問題呢 牛頓如何解決了三大困難 這也是科學(xué)研究中的重要方法 牛頓吸取了前輩科學(xué)家關(guān)于引力思想的精華 從1665年到1666年進(jìn)行了 月 地檢驗(yàn) 克服了三大困難 困難之一與數(shù)學(xué)工具相關(guān) 后來由于微積分的發(fā)明而得以解決 困難之二的解決體現(xiàn)了模型的作用 由于采用了理想化的模型 質(zhì)點(diǎn)的概念而使這個(gè)困難得以解決 困難之三的解決體現(xiàn)了抓主要矛盾 合理地簡化研究對(duì)象的方法 1 行星受太陽的引力 設(shè)行星的質(zhì)量為m 速度為v 行星到太陽的距離為r 則行星繞太陽做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力太陽對(duì)行星的引力來提供 由于天文觀測難以直接得到行星的速度v 但我們可以得到行星的公轉(zhuǎn)周期T 代入 有 根據(jù)開普勒第三定律 即 所以 代入得 結(jié)論與檢驗(yàn) 月 地檢驗(yàn) 月亮的運(yùn)動(dòng)是受到地球的引力作用 g 9 8m s2 g 9 8m s2 a 2 7 10 3m s2 2 太陽受行星的引力 太陽與行星之間的引力到底與什么因素有關(guān)呢 結(jié)論 太陽與行星間的引力 概括起來有 G比例系數(shù) 與太陽 行星的質(zhì)量無關(guān) 則太陽與行星間的引力大小為 引力F的方向 沿著太陽和行星的連線 公式適用的范圍 行星與太陽之間 由此可得 太陽與行星間的引力與它們的質(zhì)量和之間的距離有關(guān) 在研究了許多不同物體間遵循同樣規(guī)律的引力后 牛頓進(jìn)一步把這個(gè)規(guī)律推廣到自然界中任意兩個(gè)物體之間 于1687年正式發(fā)表了萬有引力定律 經(jīng)典物理學(xué)理論體系的建立者 牛頓 1 內(nèi)容 宇宙間的一切物體都是相互吸引的 兩個(gè)物體間的引力大小與它們的質(zhì)量的乘積成正比 跟它們距離的平方成反比 二 萬有引力定律 二 萬有引力定律 3 引力常量 G 6 67 10 11Nm2 kg2 數(shù)值上等于兩個(gè)質(zhì)量均為1kg的物體相距1米時(shí)它們之間的相互吸引力 2 公式 F Gm1m2 r2 4 萬有引力的適用條件 1 適用于質(zhì)點(diǎn) 2 當(dāng)兩物體是質(zhì)量分布均勻的球體時(shí) 式中r指兩球心間的距離 二 萬有引力定律 3 物體不能看為質(zhì)點(diǎn)時(shí) 可以把物體看為無數(shù)個(gè)細(xì)小質(zhì)點(diǎn) 分別求質(zhì)點(diǎn)之間的萬有引力 再求合力 3 若物體不能視為質(zhì)點(diǎn) 則可把每一個(gè)物體視為若干個(gè)質(zhì)點(diǎn)的集合 然后按定律求出各質(zhì)點(diǎn)間的引力 再按矢量法求它們的合力 4 萬有引力的適用條件 二 萬有引力定律 5 萬有引力的特征 1 普遍性 普遍存在于宇宙中的任何有質(zhì)量的物體間的吸引力 是自然界的基本相互作用之一 二 萬有引力定律 2 相互性 兩個(gè)物體相互作用的引力是一對(duì)作用力和反作用力 符合牛頓第三定律 5 萬有引力的特征 二 萬有引力定律 3 宏觀性 通常情況下 萬有引力非常小 只有在質(zhì)量巨大的天體間或天體與物體間它的存在才有宏觀的實(shí)際意義 5 萬有引力的特征 二 萬有引力定律 O O1 忽略地球自轉(zhuǎn)可得 GMm R2 mg 6 萬有引力與重力 卡文迪許扭稱實(shí)驗(yàn) 其意義是用實(shí)驗(yàn)證明了萬有引力的存在 使得萬有引力定律有了真正的使用價(jià)值 推動(dòng)了天文學(xué)的發(fā)展 7 引力常量G的測定方法及意義 案例分析 案例 最近幾十年 人們對(duì)探測火星十分感興趣 先后曾發(fā)射過許多探測器 稱為 火星探路者 的火星探測器曾于1997年登上火星 2004年 又有 勇氣 號(hào)和 機(jī)遇 號(hào)探測器登上火星 已知地球質(zhì)量約是火星質(zhì)量的9 3倍 地球直徑約是火星直徑的1 9倍 探測器在地球表面和火星表面 所受引力的比值是多少 請(qǐng)思考 假如有一天你能到火星上去旅行 你會(huì)感到自己的體重發(fā)生了什么變化 你在火星走路或運(yùn)動(dòng)與在地球上有什么不同 課后資源 牛頓 1643 1727 英國著名的物理學(xué)家 數(shù)學(xué)家和天文學(xué)家 是十七世紀(jì)最偉大的科學(xué)巨匠 牛頓一生對(duì)科學(xué)事業(yè)所做的貢獻(xiàn) 遍及物理學(xué) 數(shù)學(xué)和天文學(xué)等領(lǐng)域 物理學(xué)方面 最主要的成就 是創(chuàng)立了經(jīng)典力學(xué)的基本體系 從而光成了物理學(xué)史上第一次大綜合 對(duì)于光學(xué) 牛頓致力于光的顏色和光的本性的研究 也作出了重大貢獻(xiàn) 數(shù)學(xué)方面 總結(jié)和發(fā)展了前人的工作 提出了 流數(shù)法 建立了二項(xiàng)式定理 創(chuàng)立了微積分 天文學(xué)方面 牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律 創(chuàng)制了反射望遠(yuǎn)鏡 并且用它初步觀察到了行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律 牛頓在17世紀(jì)70年代設(shè)計(jì)的望遠(yuǎn)鏡 它一般被稱為反射望遠(yuǎn)鏡 效果遠(yuǎn)優(yōu)于伽利略所設(shè)計(jì)的著名的折射望遠(yuǎn)鏡 信息瀏覽 請(qǐng)同學(xué)們打開課本P88頁閱讀有關(guān)信息瀏覽 家庭作業(yè) P89頁第2 3 4題 最后送給同學(xué)們關(guān)于牛頓的名言 我不知道在別人看來 我是什么樣的人 但在我自己看來 我不過就象是一個(gè)在海濱玩耍的小孩 為不時(shí)發(fā)現(xiàn)比尋常更為光滑的一塊卵石或比尋常更為美麗的一片貝殼而沾沾自喜 而對(duì)于展現(xiàn)在我面前的浩瀚的真理的海洋 卻全然沒有發(fā)現(xiàn) 牛頓 謝謝合作 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全