4.1 天地力的综合：万有引力定律 课件-2023-2024学年高一下学期物理鲁科版（2019）必修第二册

第一节 天地力的综合：万有引力定律 黔岭之巅——高中物理工作室 在浩瀚的宇宙中有无数大小不一、形态各异的天体，如月亮、地球、太阳、夜空中的星星。 人们对行星运动的认识过程是漫长复杂的，历史上有过不同的看法，科学家对此进行了不懈的探索，通过本节内容的学习，将使我们正确地认识行星的运动。 黔岭之巅——高中物理工作室 古人对地球的认识 　古人根据有限范围内的观察（如日月星辰东升西落、远处天壤相接等），得出“天圆地方”之类的想法。 黔岭之巅——高中物理工作室 地心说与日心说 地 心 说 托 勒 密 日 心 说 哥白尼 黔岭之巅——高中物理工作室 第谷 开普勒 德国天文学家，第谷是他的 导师（1571—1630）在前人大量观测数据的基础上进一步完善了日心说。 行星三大定律 丹麦天文学家第谷（1546—1601），坚持对天体进行系统观测20余年，获得了大量精确资料 黔岭之巅——高中物理工作室 开普勒第一定律（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． 开普勒行星运动定律 黔岭之巅——高中物理工作室 开普勒第一定律告诉我们： 行星绕太阳运行的轨道严格来说不是圆而是椭圆； 太阳不再椭圆的中心，而是在其中的一个焦点上； 行星与太阳间的距离是不断变化的。 6 黔岭之巅——高中物理工作室 开普勒第二定律（面积定律）：对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等时间内扫过相等的面积． 远日点速度慢 近日点速度快 黔岭之巅——高中物理工作室 八大行星绕太阳运动的有关数据 a 是年的单位符号。 偏心率 e是椭圆扁平程度的量度，等于椭圆两焦点间的距离与长轴长度的比值。圆是椭圆的特例，偏心率为0。 黔岭之巅——高中物理工作室 开普勒第三定律（周期定律）：所有行星的椭圆轨道的半长轴的三次方跟公转周期的平方的比值都相等． 表达式： r3 T2 = k 半长轴 行星绕太阳公转的周期 k跟中心天体质量相关，与环绕天体无关 开普勒是用数学公式表达物理定律并最早获得成功的人之一。从此数学公式就成为表达物理学定律的基本方式。 黔岭之巅——高中物理工作室 温馨提示： （1）开普勒定律不仅适用于行星，也适用于卫星，此时比值 k 是由行星质量决定的另一恒量． （2）行星的轨道都跟圆近似，因此计算时可以认为行星是做匀速圆周运动． 中学阶段对天体运动的近似处理：行星绕太阳运动的轨道十分接近圆，太阳处在圆心；行星绕太阳近似做匀速圆周运动；所有行星轨道半径的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等。 （3）开普勒定律是总结行星运动的观察结果而归纳出来的规律，它们每一条都是经验定律，都是从观察行星运动所取得的资料中总结出来的． 黔岭之巅——高中物理工作室 关于行星围绕太阳运动的各种解释 证明了如果行星运动的轨道是椭圆．它所受的太阳引力大小跟行星到太阳的距离的二次方成反比。 牛顿 开普勒 笛卡尔 胡克、哈雷 受到了来自太阳的类似于磁力的作用 在行星的周围有旋转的物质(以太)作用在行星上，使得行星绕太阳运动。 受到了太阳对它的引力，甚至证明了如果行星的轨道是圆形的，其所受的引力大小跟行星到太阳的距离的二次方成反比。 黔岭之巅——高中物理工作室 万有引力定律的建立 太阳吸引行星，行星也吸引太阳，引力相等 而 带入上式 牛二 开三 牛三 即 r m M 建模 质点 匀速圆周运动 黔岭之巅——高中物理工作室 万有引力定律 (G为引力常量） 任何两个物体之间都存在相互作用的引力，引力的大小与这两个物体的质量的乘积成正比，与这两个物体之间的距离的平方成反比。 公式的适用条件: 两质点间的万有引力 两质量分布均匀球体，r 指球心间的距离 一均匀球体与一质点 r m1 m2 黔岭之巅——高中物理工作室 引力常量 黔岭之巅——高中物理工作室 太阳质量约为2×1030 kg，地球质量约为6×1024 kg，两者相距1.5×1011m，它们之间的引力多大？ 3.6×1022N（可以把直径是9000km的钢柱拉断！） ？ 两个质量都为50kg的均匀球体，相距5m，它们之间的引力是多大？ 6.67×10-9N（一粒芝麻重的几十万分之一！） 黔岭之巅——高中物理工作室 1.要使两物体间的万有引力减小到原来的1/4，下列办法不可采用的是(　　) A．使两物体的质量各减小一半，距离不变 B．使其中一个物体的质量减小到原来的1/4，距离不变 C．使两物体间的距离增大为原来的2倍，质量不变 D．使两物体间的距离和质量都减为原来的1/4 黔岭之巅——高中物理工作室 黔岭之巅——高中物理工作室 3.两个大小相同的实心匀质小铁