人教版（2003）高中物理必修二第六章万有引力与航天——万有引力与航天 课件

第1节行星的运动第2节太阳与行星间的引力第六章万有引力与航天 阅读与思考1.古代人们对天体运动存在那些观点及它们的发展过程是怎样的？2.什么是“地心说”，什么是“日心说”？3.哪种学说占统治的时间较长？4.两种学说争论的结果是什么？ 托勒密地心说地球是宇宙的中心,是静止不动的，太阳、月亮以及其他行星都围绕地球做匀速圆周运动。一、行星的运动 日心说太阳是宇宙的中心,并且静止不动,一切行星都围绕太阳做匀速圆周运动。哥白尼一、行星的运动 地心说：地球是宇宙的中心,是静止不动的，太阳、月亮以及其他行星都围绕地球做匀速圆周运动。日心说：太阳是宇宙的中心,并且静止不动,一切行星都围绕太阳做匀速圆周运动。无论是何种学说，古人把天体的运动看的很神圣，认为天体的运动是最完美、最和谐的匀速圆周运动。代表人物：托勒密代表人物：哥白尼 年份春分夏至秋分冬至20083月20日6月21日9月22日12月22日20093月20日6月21日9月23日12月22日20103月21日6月21日9月23日12月22日表一：各年四节气具体日期统计表分析数据，你得到了什么？春天：92天夏天：94天秋天：84天冬天：90天四季的时间是不相等的地球绕太阳的运动并不是完美的匀速圆周运动 1、日心说的进一步完善天才观察者：第谷·布拉赫二、科学的足迹把天体位置测量的误差由10/减少到2/第谷（丹麦） (2)开普勒：天空的立法者开普勒行星运动定律二、科学的足迹开普勒（德国） 开普勒开普勒第一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开普勒行星运动定律 开普勒开普勒第二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开普勒行星运动定律 仔细观察地球绕太阳转动模型图，你得了到什么？快慢近日点运行快，远日点运行慢 开普勒开普勒第三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（k）都相等。开普勒行星运动定律 行星/卫星半长轴（km）周期（天）K（m³/s²）水星5787.97金星108225地球149365火星228687木星7784333土星142610759天王星287030660海王星449860148月球0.384427.3同步卫星0.042413.36×10^183.36×10^183.36×10^183.36×10^183.36×10^183.36×10^183.37×10^183.37×10^181.03×10^131.03×10^13动手算一算动手计算后，你得到了什么？所有行星的半长轴的三次方与周期的平方的比值都相等，月球、卫星的比值也相等K值与环绕天体无关，与中心天体有关 在中学阶段，我们将椭圆轨道按照圆形轨道处理，则开普勒定律描述为：1.行星绕太阳运动的轨道十分接近圆，太阳处在圆心1.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2.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3.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2.对于某一行星来说，它绕太阳做圆周运动的角速度（或线速度）不变，即行星做匀速圆周运动3.所有行星的轨道的半径的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等即r³/T²=k 思考：行星为什么这样运动?多数人：行星作圆周运动是无需动因的.第2节太阳与行星间的引力 一切物体都有合并的趋势，这种趋势导致物体做圆周运动.伽利略(1564-1642)一、行星为什么这样运动? 行星绕太阳运动一定是受到了来自太阳的类似于磁力的作用.行星为什么这样运动?开普勒(1571-1630) 行星运动是因为行星的周围有旋转的物质作用在行星上.行星为什么这样运动?笛卡儿(1596-1650) 行星围绕太阳运动是因为受到了太阳对它的引力，提出如果行星的轨道是圆形的，它所受的引力大小跟行星到太阳的距离的二次方成反比.行星为什么这样运动?胡克等人(1652-1746) 思考：哪种观点你认为肯定错误？（1）圆周运动是完美的，无需什么动因。（2）伽利略认为：一切物体都有合并的趋势，这种趋势导致物体作圆周运动。（3）开普勒认为：行星一定是受到了来自太阳的类似磁力的作用。（4）笛卡尔：行星的运动是因为在行星周围有旋转的物质以太作用在行星上。（5）牛顿、胡克、哈雷认为：行星绕太阳运动是因为受到了太阳对它的引力的作用。 二、太阳对行星的引力（1）猜想：太阳对行星的引力F应该与行星到太阳的距离r有关，许多经验使人很容易想到这一点。那么F与r的定量关系是什么？（2）简化模型：行星轨道按照“圆”来处理； （3）计算将行星运动近似为圆轨道上的匀速圆周运动：太阳和行星间的距离为r，行星运动的周期为T，行星的质量为m。请你学着牛顿的方法，证明太阳对行星的引力F与r的二次方成反比。 行星和太阳之间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．圆周运动的周期T和速度v的关系所以：由开普勒第三定律可知，　　是个常量，则得出结论： 思考：太阳对行星的引力F跟太阳的质量有关吗？（4）对称：根据牛顿第三定律，行星与太阳间的吸引力是相互作用的，是大小相等、性质相同的力（一对作用力、反作用力）．牛顿认为，行星对太阳的引力大小也存在与上述关系对称的结果，即和太阳的质量成正比．若用M表示太阳的质量，则有： 写成等式有：G是一个常量，对任何行星都是相同的．（5）推导：根据(3)和(4)，得到太阳与行星间的引力大小：三、太阳与行星间的引力： 至此，牛顿一直是在已有的观测结果和理论引导下进行推测和分析，观测结果仅对“行星绕太阳运动”成立，这还不是万有引力定律。