2013年高中物理新课标多媒体教学课件：52 万有引力定律是怎样发现的（32张ppt）（沪科版必修2）含视频

5.2 万有引力定律是怎样发现的 1．学习万有引力发现的历史过程，学习先辈科学家对科学研究的执着与热爱，学习他们研究物理问题的科学方法。 2．在开普勒行星运动三大定律的基础上，初步理解推导万有引力定律的过程。 3．理解万有引力定律的内容，学习应用定律分析解决问题的方法。 4．通过阅读学习卡文迪许扭秤的巧妙设计，学习科学发现与科学实验的方法。 知识回顾 开普勒行星运动定律的内容是什么？ 1、第一定律：（轨道定律） 所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上。 2、第二定律：（面积定律） 对于任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相等。 3、第三定律：（周期定律） 所有行星的轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等。 问题引入 行星为什么这样运动? 伽利略 (1564-1642) 3279.unknown 一、近代物理学家对行星运动本质的认识与发展 行星是依靠太阳发出的磁力维持着绕日运动 意识到太阳有一种力支配着行星的运动 伽利略 (1564-1642) (英国的吉尔伯特) 1540－1605 法国笛卡儿 (1596-1650) 认为空间充满着一种看不见的流质，形成许多大小、速度、密度不同的漩涡从而带动着行星转动 法国布里奥 (1605—1694 ) 首先提出平方反比假设。认为每个行星受太阳发出的力支配，力的大小跟行星与太阳的距离的平方成反比。 17世纪中叶后：引力思想已逐渐被人们所接受，甚至有了引力与距离的平方成正比的猜想。其中英国物理学家胡克、雷恩、哈雷都对此做出了贡献。 罗伯特·胡克1652-1746 二、站在巨人肩上的牛顿 牛顿之前或与牛顿同时代的科学家为什么不能把引力问题彻底解决呢？ 因为他们无法逾越前进道路上的三大困难！ 困难之一 ： 行星沿椭圆轨道运动，速度的大小方向均不断变化。当时解决这种曲线运动问题，还缺少相应的数学工具。 困难之二： 天体是一个庞然大物，如果认为行星受到太阳的引力，如何计算这种引力的总效果，当时还缺乏理论上的工具。 困难之三： 如果天体之间是相互吸引的，那么在众多天体共存的太阳系中，如何解决天体间相互吸引相互干扰这一复杂的问题呢？ 牛顿研究引力问题三大法宝 1、他利用他创立的微积分方法，越过了变速运动的障碍。牛顿在前人的基础上，凭借他超凡的数学能力证明了：如果太阳和行星间的引力与距离的二次方成反比，则行星的轨道应是椭圆。 2、他利用模型方法提出了质点概念，并通过微积分计算论证，把天体的质量集中于球心，方便的计算出天体间的引力的总效果。 3、他大胆地撇开其他天体的作用不计，只考虑太阳对行星的引力作用。合理的简化使他直达问题的本质。 三、万有引力定律 万有引力定律的推导 事实上，行星运动的椭圆轨道很接近于圆形轨道，我们把行星绕太阳运动的椭圆轨道可以近似看做一个圆形轨道，这样就简化了问题，易于我们在现有认知水平上来接受. 根据匀速圆周运动的条件可知行星必然受到一个太阳给的力.牛顿认为这是太阳对行星的引力，那么，太阳对行星的引力F应该是行星运动所受的向心力。 将上式变换可得到： 可得： 再根据开普勒第三定律： 即得出结论：太阳对行星的引力跟行星的质量成正比， 跟行星到太阳的距离的二次方成反比. 3411.unknown 再根据牛顿第三定律，行星吸引太阳的力跟太阳吸 引行星的力大小相等、性质相同，故引力也应当和太阳 的质量M成正比。因此： 写成等式： （G是一个与行星无关的常量） 3420.unknown 1.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. 2.公式： 引力常量G的物理意义是：在数值上等于两个质量都是1kg的物体相距1m时的相互作用力。 万有引力定律 3.适用条件：任何两个质点或者两个均匀球体之间的相互作用。（两物体为均匀球体时，r为两球心间的距离） 4.万有引力定律发现的重要意义 万有引力定律的发现，将天上与地上的引力统一了起来，它不但使过去一向由神学和迷信占统治地位的宇宙学得到了解放，而且可以从天体运动的规律出发，进行科学计算，对天体的运动作出预言. 万有引力定律是17世纪自然科学最伟大的成果之一，第一次揭示了自然界中的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。在文化发展史上，万有引力定律使人们建立了有能力理解天地间的各种事物的信心，解放了人们的思想，在科学文化的发展史上起到了积极的推动作用。 疑问：在日常生活中，人与人之间或人与物体之间，为什么都对这种作用没有任何感觉呢？