万有引力定律及引力常量的测量.ppt

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1、5.1万有引力定律及引力常量的测定开普勒第一定律（几何定律）所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上。一、开普勒定律思考：这一定律说明了行星运动轨迹的形状，不同行星绕太阳运行时椭圆轨道相同吗？不同开普勒第二定律（面积定律）对于每一个行星而言，太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积。由在相等的时间内扫过的面积相等来说，各点的速率并不相同，由近地点到远地点速率由大变小，由远地点到近地点，速率由小到大。思考：行星绕太阳运行时各点的速率相同吗？开普勒第三定律（周期定律）所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次

2、方的比值都相等。思考：这一定律发现了所有行星的轨道的半长轴与公转半径之间的定量关系，但是比值k是一个与行星无关的常量，你能猜想出它可能跟谁有关吗？根据开普勒第三定律知：所有行星绕太阳运动的半长轴的三次方跟公转周期的而次方的比值是一个常数k,可以猜想，这个“k”一定与运动系统的物体有关，因为常数k对于所有行星都相同，而各行星是不一样的，故跟行星无关，而在运动系统中除了行星就是中心天体—太阳，故这一常数一定与中心天体—太阳有关。②数学推导，总结规律根据圆周运动的知识可知，行星必然受到太阳的引力用来充当向心力③科学推想，形成等式④实验验证，形成

3、概念万有引力定律表达式G为万有引力常量①建立模型，温故探新行星运动的椭圆轨道离心率很接近于1，我们把它理想化为一个圆形轨道比例系数G于100多年后才被测定(1687－1798)？二、万有引力定律⑴内容：自然界中任何两个物体都是相互吸引的，引力的大小跟这两个物体的质量的乘积成正比，跟它们的距离的二次方成反比。⑵公式：⑶各物理量的含义:①F－牛顿（N）；m－千克（kg）r的含义：较远时可视为质点的两个物体间的距离；较近时质量分布均匀的球体的球心间的距离。其单位为：米(m)③万有引力恒量常见物体间的万有引力我们是难以感觉得到的。万有引力定律－－

4、理　解⑴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），它是自然界的物体间的基本相互作用之一．⑵相互性：两个物体相互作用的引力是一对作用力与反作用力，符合牛顿第三定律．万有引力定律公式中的r，其含义是两个质点间的距离。(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．(5)重力是万有引力的分力。（4）万有引力的特殊性：两物体间的万有引力只与他们本身的质量有关，与它们间的距离有关，而与所在空

5、间的性质无关，也与周围有无其他物体无关(质量是引力产生的原因)。万有引力定律－－重要意义⑴是17世纪自然科学最伟大的成果之一。它把地面上物体运动的规律和天体运动的规律统一起来，对以后物理学和天文学的发展具有深远的影响。它第一次揭示了自然界中一种基本相互作用的规律，在人类认识自然的历史上树立了一座里程碑。⑵在科学文化发展史上起到了积极的推动作用，解放了人们的思想，给人们探索自然的奥秘建立了极大的信心，人们有能力理解天地间的各种事物。圆周运动的知识开普勒运动定律牛顿第三定律②①主要思路天体的椭圆运动任意的两个物体间同样适用于发明微积分　　进行

6、数学论证③牛顿哈雷胡克?一个物体在地球表面的重力与其质量的比值即地球表面的重力加速度为：；若把这个物体移到月球轨道的高度，所受重力与其质量的比值即那个地方的重力加速度应该很小，假设与月球的向心加速度之值相等。所以，根据开普勒行星运动定律可以有如下推导：拓展探究：●“月—地”检验牛顿又根据月球的周期和轨道半径，计算出了月球围绕地球做圆周运动的向心加速度为：两个结果非常接近。这一发现牛顿发现万有引力定律提供了有力的论据，即地球对地面物体的引力与天体间的引力性质相同，遵循同一规律。又因月心到地心的距离为地球半径的60倍(当时已有可靠的天文观测数

7、据)。因而有：三、引力常量的测定1686年牛顿发现万有引力定律后，曾经设想过几种测定引力常量的方法，却没有成功.其间又有科学家进行引力常量的测量也没有成功.直到1789年，英国物理学家卡文迪许巧妙地利用了扭秤装置，第一次在实验室里对两个物体间的引力大小作了精确的测量和计算，比较准确地测出了引力常量．卡文迪许扭称的测量方法思考：1、两个1千克的物体间的万有引力很小，它是如何解决的？2、力很小读数如何解决？rFrFmm´mm´rFrFmm´mm´扭秤实验的物理思想和科学方法：扭秤装置把微小力转变成力矩来反映，扭转角度又通过光标的移动来反映．从

8、而确定物体间的万有引力．测定引力常量的重要意义1．证明了万有引力的存在．2．“开创了测量弱力的新时代”（英国物理学家玻印廷语）．3．使得万有引力定律有了真正的实用价值，可测定远离地球的一些天体