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1、天问遂古之初,谁传道之?上下未形,何由考之?.夜光何德,死则又育?厥利维何,而顾菟在腹?.,导入：从嫦娥奔月到“阿波罗”上天,第五章 万有引力定律及其应用,空间探索之月球之旅,1957年10月4日，前苏联第一颗人造卫星上天，拉开了人类航天时代的序幕。前苏联宇航员加加林，于1961年4月12日，乘坐前苏联“东方号”飞船，环绕地球飞行了一圈，历时近两个小时，成为第一位进入太空的人。在人类探索宇宙空间的道路上，留下了许多光辉的足迹，积累了大量丰富的资源。,加加林,月球是距离地球最近的天体(约38万公里)，是人类进行太空探险的第一站。前苏联1959年发射的月球2号探测器在月球着陆，这是人类的航天器第一
2、次到达地球以外的天体。同年10月，月球3号飞越月球，发回第一批月球背面的照片。1970年发射的月球16号着陆于丰富海，把100克月球土壤送回了地球,美国的“徘徊者”3-5号月球探测器,“勘测者”月球探测器,美国发射的月球轨道器,“阿波罗”11号的登月舱,“阿波罗”11号宇航员阿尔德林在月球表面,宇航员阿尔德林在美国国旗旁留影。,“阿波罗”15号的月球车,“阿波罗”11号宇航员阿尔德林迈出登月舱,“阿波罗”17号的月球车在月球上行驶。,环绕月球飞行的“月球勘探者”探测器,嫦娥一号,问题:人类登月的梦想终于实现,那么人类是如何实现这梦想呢?,第5章万有引力定律及其应用第1节 万有引力定律及常量的测
3、定,1、行星运动的规律,“地心说”模型,代表人物：亚里士多德；托勒密,（一）、地心说,托勒密于公元二世纪，提出了自己的宇宙结构学说，即“地心说”.地心说认为地球是宇宙的中心，是静止不动的，太阳、月亮及其他的行星都绕地球运动 地心说直到16世纪才被哥白尼推翻.,托 勒 密,代表人物：哥白尼,（二）日心说,哥白尼在16世纪提出了日心说日心说认为太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动1543 年哥白尼的天体运行论 出版，书中详细描述了日心说理论.,哥 白 尼,太阳系模型,第谷,开普勒,伽利略,牛顿,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。
4、,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
5、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。,、关于行星绕太阳运动的下列说法中正确的是（）A、所有行星都在同一椭圆轨道上绕太阳运动。B、行星绕太阳运动时太阳位于行星轨道的中心处。C、离太阳越近的行星运动周期越长。D、所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期 的二次方的比值都相等。,D,、行星绕恒星的运动轨道如果是圆形，那么运行周期T的平方与轨道半径r的三次方的比为常数，设T2/r
6、3=k,则常数k的大小()A.只与恒星的质量有关 B.与恒星的质量及行星的的质量有关 C.只与行星的质量有关 D.与恒星的质量及行星的的速度有关,小结：R3/T2=k，无论是对于不同行星绕太阳转还是 对于不同卫星绕同一个行星转，都是合适的，只是k值不同，k与行星或卫星无关，仅与中 心天体有关。,A,伽利略,开普勒,笛卡儿,胡克,哈雷,合并趋势,磁力作用,太阳漩涡,太阳引力 F 1/r2,无法证明在椭圆轨道下，引力也遵循同样的规律，更没能严格地证明这种引力的一般规律。,关于行星运动的各种动力学解释,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，则行星的轨迹是椭圆.并且阐述了普
7、遍意义下的万有引力定律。,亚里士多德,上帝推动,牛顿在前人研究成果的基础上，凭借他超凡的数学能力发现了万有引力定律，比较完美的给出了天体的运动规律。,2、万有引力定律,数学推导，总结规律,科学推想，形成等式,实验验证，形成概念,万有引力定律表达式G为万有引力常量,建立模型，温故探新,月球到地球距离r=60R,把苹果移到月球轨道上,求其重力加速度,h,r,R,月球圆周运动向心加速度,两者相等说明了地球对苹果的引力和地球对月球的引力是同一性质的力,都是万有引力。,二、万有引力定律,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。,公式
8、：,各物理量的含义:,F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),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。,万有引力定律理 解,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,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
9、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,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。,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
10、物。,地球表面引力与重力的关系,三、引力常量的测量扭秤实验（1）实验原理：科学方法放大法,卡文迪许,卡文迪许实验室,（）实验数据 G值为6.6710-11 Nm2/kg2 G值的物理含义：两个质量为1kg的物体相距1m时，它们之间万有引力为6.6710-11 N,例题2 估算两个质量50kg的同学相距0.5m时之间的万有引力约有多大？,答案：6.6710-7牛,（）卡文迪许扭称实验的意义证明了万有引力的存在，准确的测出了万有引力常量，使万有引力定律进入了真正实用的时代；开创了微小量测量的先河，使科学放大思想得到推广；可利用万有引力定律准确的计算出天体的质量（如地球质量）以及物体在不同位置的重力
11、加速度g,4、重力加速度 g 的变化,1）重力是万有引力的分力,3）重力加速度g的大小(不考虑星球自转),在地表球面时,离地面h高处,2）重力加速度g的变化,随纬度增大而增大，随高度增大而减小,h,r,R,mg=GMm/r2,g=GM/r2,(M为星球的质量,r为其到地心的距离),GM=g0R 2,课本p92：1,火箭超重测高度,自由落体、平抛、竖直上抛求g,第一节 万有引力定律及引力常量的测量,课堂小结,向 心 力 公 式开普勒第三定律牛顿第三定律,万有引力定律,开普勒定律,建立模型，温故探新数学推导，总结规律科学推想，形成等式实验验证，形成概念,引力常量的测定及意义,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的质量、平均密度等如根据地球表面的重力加速度可以测定地球的质量,牛顿的赠言：我不知道世人对我的看法怎样，但是在我看来，我不过是一个在海滨玩耍的孩子，为时而发现一块比平常光滑的石子或美丽的贝壳而感到高兴；但那浩瀚的真理之海洋，却还在我的面前未曾发现呢？,
