自然科學(xué)基礎(chǔ)物理課件2-4行星的運(yùn)動萬有引力定律學(xué)習(xí)資料

InsertLOGO2.4行星的運(yùn)動萬有引力定律1、地心說代表人物：托勒密觀點(diǎn)：地球是宇宙的中心，是靜止不動的，太陽、月亮以及其他行星都繞地球運(yùn)動。一、行星的運(yùn)動2、日心說代表人物：哥白尼觀點(diǎn)：太陽是靜止不動的，地球和其他行星都在繞太陽做勻速圓周運(yùn)動。哥白尼(波蘭）（符合人們的直接經(jīng)驗(yàn)）3、日心說的進(jìn)一步完善天才觀察者：第谷·布拉赫

把天體位置測量的誤差由10/減少到2/第谷（丹麥）(2)開普勒：真理超出希望開普勒行星運(yùn)動三定律[探究1]

行星運(yùn)動繞太陽運(yùn)動的軌道是什么形狀？地球圓？年份春分夏至秋分冬至20043/206/219/2312/2120053/206/219/2312/2120063/216/219/2312/21秋冬兩季比春夏兩季時(shí)間短春92天夏94天秋89天冬90天第谷（丹麥）開普勒（德國）四年多的刻苦計(jì)算↓二十年的精心觀測↓8分的誤差

→←否定19種假設(shè)↓↓行星軌道為橢圓若是勻速圓周運(yùn)動……

假設(shè)地球繞太陽的運(yùn)動是一個橢圓運(yùn)動,太陽在焦點(diǎn)上,根據(jù)曲線運(yùn)動的特點(diǎn)，得在秋分到冬至再到春分的時(shí)間比從春分到夏至再到秋分的時(shí)間短，所以秋冬兩季比春夏兩季要短。開普勒（德國）◎在天文學(xué)史上，開普勒享有“天空立法者”的盛譽(yù)。◎開普勒觀念的基礎(chǔ)是日心說。◎1609年和1619年發(fā)表了行星運(yùn)動的三個定律。開普勒第一定律：

所有行星繞太陽的軌道都是橢圓，太陽處在橢圓的一個焦點(diǎn)上（軌道定律）。開普勒行星運(yùn)動規(guī)律焦點(diǎn)太陽焦點(diǎn)●開普勒第二定律：對任意一個行星來說，它與太陽的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過相等的面積（面積定律）。開普勒行星運(yùn)動規(guī)律遠(yuǎn)處速度慢近處速度快開普勒第三定律：所有行星的橢圓軌道的半長軸的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等（周期定律）。表達(dá)式：a3T2=k半長軸行星繞太陽公轉(zhuǎn)的周期

k值與中心天體有關(guān)，而與環(huán)繞天體無關(guān)探究2：行星半長軸(x106km)公轉(zhuǎn)周期(天)K值水星5787.973.36×1018金星1082253.35×1018地球1493653.31×1018火星2286873.36×1018木星7784333土星142610759天王星286930686海王星449560188同步衛(wèi)星0.04241月球0.384427.322

觀察八大行星圖思考2、金星與地球都在繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn),那么金星上的一天肯定比24小時(shí)短嗎?1、海王星離太陽“最遠(yuǎn)”，繞太陽運(yùn)動的公轉(zhuǎn)周期最長，對嗎？對肯定蘋果落地

蘋果落地、高處物體落地、月亮繞地旋轉(zhuǎn)……這些現(xiàn)象引起了牛頓的沉思。如果你是牛頓，你會怎樣解釋？

是什么力量使行星保持在環(huán)繞太陽運(yùn)行的軌道上？

又是什么力量使月球保持在環(huán)繞地球運(yùn)行的軌道上？

為什么這只打中我腦袋的蘋果會墜落到地上？

又是什么力使得地面的物體不能離開地球而總要落回地面呢？行星與太陽之間的引力使得行星不能飛離太陽是什么力量使行星保持在環(huán)繞太陽運(yùn)行的軌道上？地球吸引蘋果的力會不會與上述力是同一種力呢？又是什么力量使月球保持在環(huán)繞地球運(yùn)行的軌道上？月球、地球也是天體，運(yùn)動情況跟行星繞太陽運(yùn)動類似，猜想：地球?qū)υ虑虻囊κ乖虑虮３衷诶@地球運(yùn)行的軌道上。牛頓的猜想：

拉住月球使它圍繞地球運(yùn)動的力，與拉著蘋果下落的力，以及地球、眾行星與太陽之間的作用力也許真的是同一種力，遵循相同的規(guī)律這種力可能都遵從與距離平方成反比的關(guān)系。驗(yàn)證：月-----地檢驗(yàn)月球公轉(zhuǎn)的向心加速度等于地面附近加速度（自由落體加速度）的1/602。月球到地球的距離為地球半徑的60倍

1、理論推導(dǎo)：根據(jù)上述驗(yàn)證原理，求得月球運(yùn)動的向心加速度：

a=g/602

=9.8/3600m/s2

=2.7x10-3m/s22、實(shí)際測量：在牛頓時(shí)代，能較精確地測定月球與地球的距離r,月球公轉(zhuǎn)周期T。月球繞地球做勻速圓周運(yùn)動的向心加速度：

r=60r地=3.84x108m,

T=27.3天=27.3x24x3600s=2.36x106s

a=ω2r=4π2r/T2兩種計(jì)算結(jié)果一致！“天上”“人間”的力是相同性質(zhì)的力=4x3.142x3.84x108/(2.36x106)2=2.7x10-3m/s2牛頓作了更大膽的猜想：任意兩個物體間都存在著相互引力。

于是這個結(jié)論被推廣到宇宙中的一切物體之間。問題1：太陽與行星間有引力作用，地球與月球間有引力作用，地球與地面上的物體間也有引力作用。那么，地面上的物體之間是否存在引力作用？問題2：若兩個物體間有引力作用，為什么兩個物體沒有在引力作用下緊靠在一起？m2m1FFr二、萬有引力定律自然界中的任何兩物體都相互吸引，引力的大小與物體的質(zhì)量m1和m2的乘積成正比，與它們之間的距離r的二次方成反比，即1.內(nèi)容：2.公式3、理解：（1）任何兩物體間存在萬有引力。（2）r的含義：指質(zhì)點(diǎn)間的距離引力常量：G=6.67×10-11Nm2/kg21、自然界中任何兩個物體都是互相吸引的,為什么我們沒有感到周圍的同學(xué)有吸引自己的力？請估算：質(zhì)量都為50Kg，相距1m的兩個人間的萬有引力的大小FGm'mr2=解：=6.67×10-11N·m2/kg×50Kg×50Kg（1m）2=1.67×10-7N三、引力常量的測量——扭秤實(shí)驗(yàn)【思考】對于一個十分微小的物理量該采用