7.2 万有引力定律课件—2020-2021学年【新教材】人教版（2019）高中物理必修第二册

万有引力定律 郭雪鹏 临泉一中 2 2 太阳系八大行星围绕太阳做圆周运动.哥白尼说：“太阳坐在它的皇位上,管理着围绕它的一切星球。” 是什么原因使行星绕太阳运动?伽利略、开普勒以及数学家笛卡尔都提出过自己的见解.然而，只有牛顿在其建立的力学理论基础上给出正确的解释…… 行星的运动是由于太阳磁力吸引的缘故,磁力随距离增大减少。 行星的运动与地面物体的运动遵从不同规律.行星运动靠“惯性”维持 宇宙中充满“以太”,以太传递物体间的相互作用。太阳的转动在以太中形成宇宙漩涡，漩涡运动带动行星运动. 行星的运动是太阳引力的缘故.引力的大小与到太阳的距离的平方成反比. 开普勒 牛顿 伽利略 笛卡尔 1645年,法国天文学家布利阿尔德奥提出假设：“力的减少和离太阳的距离的平方成反比。” 1679年,胡克、哈雷与雷恩等人根据圆轨道和开普勒第三定律推理得到作用于行星的引力与距离平方成反比。 1680年1月6日,胡克在给牛顿的信中提出假设“吸引力与两中心间的距离平方成反比。” 牛顿在前人对惯性研究的基础上,认为：以任何方式改变速度(包括方向)都需要力.因此行星沿椭圆运动,需要指向椭圆焦点的力,这个力是太阳对它的引力. 牛顿利用其建立的运动定律和力的概念把行星的向心加速度与太阳对它的引力联系起来. 一、行星与太阳间的引力 开普勒第三定律 μ与太阳质量有关 太阳与行星间的作用是相互的.太阳为受力物体,行星对太阳的吸引力F′为 λ与行星质量有关，M 为太阳质量. 由牛顿第三定律 即μm=λM 或 设不同行星质量分别为m1、m2…… μ=GM，λ=Gm…,代入 得 G是普适常数，与太阳、行星均无关. 第谷(1546-1601) 开普勒(1571-1630) 牛顿(1643-1727) 观测记录 数千数据 分析归纳 开普勒定律 逻辑推理 平方反比定律 对现象认识更深刻 物理规律更简洁、统一 二、月地检验 牛顿的侄婿斯朵克利博士(Dr.Stukeley)在回忆中说道: “有一次,我在伦敦,到牛顿家吃饭.饭后天气炎热,我们便移座到花园,在几棵苹果树荫下用茶.在座的只有我们两人。此时,艾萨克爵士顺便跟我谈起他第一次产生引力思想,其情况正和现在相似.这一思想的产生是由苹果落地所引起的。……” 苹果落地使牛顿想到重力和月球受到的引力本质相同 假设地面物体所受重力与地球对月球的吸引力都遵循平方反比规律. 问题1：在地面由于地球吸引物体的加速度是多少？ 问题2：R月地=60R地，月球的加速度与物体在地表的加速度比值是多少？ 问题3：月球公转周期T=27.3d，R月地=3.8×108m，如何验证假设是否正确？ R月地=3.8×108m，T=27.3天 地球表面重力加速度 g=9.8m/s2 行星绕太阳运转 卫星绕行星运转 地面上物体的重力 彗星运动 潮汐现象 引力平方反比定律 “……如果由实验和天文学观测，普遍显示出地球周围的一切天体被地球重力所吸引，并且其重力与它们各自含有的物质之量成正比，则月球同样按照物质之量被地球重力所吸引。另一方面，它显示出，我们的海洋被月球重力吸引；并且一切行星相互被重力吸引，彗星同样被太阳的重力所吸引。由于这个规则，我们必须普遍承认，一切物体，不论是什么，都被赋予了互相引力的原理。因为根据这些表象所得出的物体的万有引力的论证，要比它们的不可入性的论证有力得多。”——《自然哲学之数学原理》，牛顿著. 三、万有引力定律 自然界中任何两个物体（质点）都相互吸引，引力的方向在它们的连线上，引力的大小与物体的质量m1和m2的乘积成正比，与它们之间距离 r 的二次方成反比, G=6.67×10-11N·m2/kg2 m1 m2 F F ' 牛顿如何推广到任意两个物体的，需要查阅资料，给出一个合理的解释。 哲学观点：吸引是物质的本性 ；太阳，行星；行星卫星系统，潮汐，彗星等的验证 r 均匀球体 均匀球壳 一个均匀的物质球壳吸引一个壳外的质点和球壳的所有质量都集中在其中心时一样. 四、引力常量 英国化学家、物理学家卡文迪许(1731-1810) 卡文迪许简介 1731年出生于贵族家庭,“在一切学者中最富有,在一切富翁中最有学问” 2岁丧母,异常胆怯,性情孤僻,不爱交际. 热爱科学, 穷毕生精力于科学事业. 害怕女性, 终生未娶. 1798年,测定万有引力常数和地球平均密度. 电学、热学和化学均取得重大成就. 化学家戴维在回忆中曾写道： “他(卡文迪许)对于科学上的一切问题都有清晰而高深的见地,并且在讨论时所发表的意见异常精辟,……他的名字将来会比现在更受人尊敬。在日常生活里，或在人们经常的讨论中,这位伟大科学家的名字也许不会被提到,但在科学史上,他的光辉将与天地共存。” 扭称实验 m和m′分别为两个