太阳与行星间的引力.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,6.2,太阳与行星间的引力,1,教学目标,知识与技能,1,、知道行星绕太阳运动的原因，知道太阳与行星间存在着引力作用,2,、知道行星绕太阳做匀速圆周运动的向心力来源,3,、知道太阳与行星间引力的方向和表达式，知道牛顿定律在推导太阳与行星间引力时的作用,过程与方法,领会将不易测量的物理量转化为易测量物理量的方法,情感、态度与价值观,教学重点,1,、知道行星绕太阳做匀速圆周运动的向心力来源,2,、知道太阳与行星间引力的方向和表达式，知道牛顿定律在推导太阳与行星间引力时的作用,教学难点,知道太阳与行星间引力的方向和表达式，知道牛顿定律在推导太阳与行星间引力时的作用,2,复 习,开普勒行星运动定律,第一定律：,所有行星绕太阳的轨道都是椭圆，,太阳处在椭圆的一个焦点上。,第二定律：,对任意一个行星来说，它与太阳的,连线在相等的时间内扫过的面积相等,第三定律：,所有行星的椭圆轨道的半长轴的三,次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等。,即,k,值与中心天体有关，而与环绕天体无关,3,什么力来维持行星绕太阳的运动呢？,4,科学的足迹,2,、伽利略：一切物体都有合并的趋势，这种趋势导致物体做圆周运动,。,3,、,开普勒：受到了来自太阳的类似与磁力的作用。,4,、,笛卡儿,：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。,5,、,胡克,、,哈雷,等,:,受到了太阳对它的引力，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，但没法证明在椭圆轨道规律也成立。,6,、,牛顿,：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。并且阐述了普遍意义下的万有引力定律。,1,、,17,世纪以前：行星的运动是完美而圣神的匀速圆周运动。（无需动因）,5,职业,:,哲学家、数学家、物理学家,主要成就,:,几何坐标体系公式化,代表作品,:,几何学,、,方法论,、,形而上学的沉思,和,哲学原理,笛卡儿,-,近代科学的始祖。笛卡儿是欧洲近代哲学的奠基人之,一，黑格尔称他为,现代哲学之父,。他自成体系，熔唯物主义与,唯心主义,于一炉，在哲学史上产生了深远的影响。同时，他又是一位勇于探索的科学家，他所建立的解析几何在数学史上具有划时代的意义。笛卡儿堪称,17,世纪的,欧洲哲学,界和科学界最有影响的巨匠之一，被誉为,近代科学的始祖,。,从,1619,年读了开普勒的光学著作后，笛卡儿就一直,关注着透镜理论,;,并从理论和实践两方面,参与了对光的本质、反射与折射率以及磨制透镜的研究,。他把光的理论视为整个知识体系中最重要的部分。笛卡儿,坚信光是,即时,传播的,，他在著作,论人,和,哲学原理,中，完整的阐发了关于光的本性的概念。他还从理论上,推导了,折射定律,，与荷兰的斯涅耳共同分享发现光的折射定律的荣誉。他还,对人眼进行光学分析,，解释了视力失常的原因是晶状体变形，设计了矫正视力的透镜。在力学方面，他,提出了宇宙间运动量总和是常数的观点,，创造了运动量守恒定律，为能量守恒定律奠定了基础。他还指出，,一个物体若不受外力作用，将沿直线匀速运动,。,他发展了宇宙演化论，,创立了漩涡说,。他,认为太阳的周围有巨大的漩涡，带动着行星不断运转,。物质的质点处于统一的漩涡之中，在运动中分化出土、空气和火三种元素，土形成行星，火则形成太阳和恒星。笛卡儿的这一太阳起源的旋涡说，比康德的星云说早一个世纪，是,17,世纪中最有权威的宇宙论。他还提出了刺激反应说，为生理学做出了一定的贡献。,6,罗伯特,胡克（,Robert,Hooke,，,1635,年,7,月,18,日,1703,年,3,月,3,日），,英国,博物学家，,发明家,。在,物理学,研究方面，他提出了描述材料弹性的基本定律,-,虎克定律，且提出了,万有引力,的平方反比关系。在机械制造方面，他设计制造了,真空泵,，显微镜和望远镜，并将自己用显微镜观察所得写成,显微术,一书，细胞一词即由他命名。除去科学技术，胡克还在城市设计和建筑方面有着重要的贡献。胡克也因其兴趣广泛，贡献重要而被某些科学史家称为,“,伦敦的莱奥纳多（达芬奇）,”,。,1703,年,3,月,3,日胡克逝世于伦敦，终年,68,岁。,胡克对万有引力定律的发现起了重要作用。,1679,年他写信给牛顿，信中认为天体的运动是由于有中心引力拉住的结果，而且认为引力与距离平方应成反比。按照这个想法，地球表面抛体的轨道应该是椭圆，如果地球能穿透，物体将回到原处，而不象牛顿所说的，物体的轨迹是一条螺旋线，最终将绕到地心。牛顿对此没有复信，但接受了胡克的观点，以后在,J.,开普勒关于行星运动的第三定律基础上用数学方法导出了万有引力定律。,1686,年牛顿将载有万有引力定律的,自然哲学的数学原理,卷一的稿件送给英国皇家学会时，胡克希望牛顿在序言中能对他的劳动成果,提一下,，但遭到牛顿的断然拒绝。这是后来胡克控告牛顿剽窃他的成果的来由。,胡克是,17,世纪英国最杰出的科学家之一。他在力学、光学、天文学等多方面都有重大成就。他所设计和发明的科学仪器在当时是无与伦比的。他本人被誉为英国的,双眼和双手,。,英国博物学家、发明家,7,职业,:,天文学家,主要成就,:,成功预言了哈雷彗星的回归,发现了月球的长期加速现象,代表作品,:,彗星天文学论说,哈雷最广为人知的贡献就是他对一颗彗星的准确预言。哈雷在整理彗星观测记录的过程中，发现,1682,年出现的一颗彗星的轨道根数，与,1607,年开普勒观测的和,1531,年阿皮延观测的彗星轨道根数相近，出现的时间间隔都是,75,或,76,年。哈雷的计算，预测这颗彗星将于,1835,年和,1910,年回来，结果，这颗彗星都如期而至。这颗彗星就是今天几乎人人皆知的,哈雷彗星,。彗星的神秘性随之被打破。,此外，哈雷发现了恒星的自行，这又是一个重大发现。哈雷还提出利用金星凌日的机会，去测定日、地距离，为当时精确测定地球与太阳的距离提供了很好的方法。他还发现了月亮运动的长期加速现象，为精密研究地、月系的运动作了重要贡献。,8,职 业：物理学家、数学家,研究领域：物理学、数学、天文学、科学等,主要成就：,提出万有引力定律、牛顿运动定律与莱布尼茨共同发明微积分,主要作品：,自然哲学的数学原理,光学,艾萨克,牛顿（,1643,年,1,月,4,日,1727,年,3,月,31,日）,爵士,，,英国皇家学会,会长，英国著名的,物理,学家，百科全书式的,“,全才,”,，著有,自然哲学的数学原理,、,光学,。,他在,1687,年发表的论文,自然定律,里，对,万有引力,和三大运动定律进行了描述。这些描述奠定了此后三个世纪里物理世界的科学观点，并成为了现代工程学的基础。他通过论证,开普勒行星运动定律,与他的引力理论间的一致性，展示了地面物体与天体的运动都遵循着相同的自然定律；为太阳中心说提供了强有力的理论支持，并推动了科学革命。,在力学上，牛顿阐明了,动量,和角动量守恒的原理，提出,牛顿运动定律,。在光学上，他发明了,反射望远镜,，并基于对,三棱镜,将白光发散成可见,光谱,的观察，发展出了颜色理论。他还系统地表述了,冷却定律,，并研究了音速。,在数学上，牛顿与,戈特弗里德,威廉,莱布尼茨,分享了发展出,微积分,学的荣誉。他也证明了广义,二项式定理,，提出了,“,牛顿法,”,以趋近函数的零点，并为幂级数的研究做出了贡献。,在经济学上，牛顿提出,金本位,制度。,9,一、太阳对行星的引力,1,、设行星的质量为,m,，速度为,v,，行星到太阳的距离为,r,，则行星绕太阳做匀速圆周运动的向心力由太阳对行星的引力来提供,追寻牛顿的足迹,10,2,、天文观测难以直接得到行星的速度,v,，但可以得到行星的公转周期,T,代入,追寻牛顿的足迹,有,11,3,、根据开普勒第三定律,即,所以,代入,追寻牛顿的足迹,12,4,、太阳对行星的引力,即,追寻牛顿的足迹,太阳对不同行星的引力，与,行星的质量成正比,，,与行星和太阳间的,距离的二次方成反比,。,13,二、行星对太阳的引力,根据牛顿第三定律，行星对太阳引力,F,应满足,追寻牛顿的足迹,2,r,M,F,14,三、太阳与行星间的引力,概括起来有,G,比例系数，与太阳、行星的质量无关,则太阳与行星间的引力大小为,方向：沿着太阳和行星的连线,追寻牛顿的足迹,15,小 结,1,、太阳对行星的引力：太阳对不同行星的引力，与行星的质量,m,成正比，与太阳到行星间的距离,r,的二次方成反比,2,、行星对太阳的引力：与太阳的质量,M,成正比，与行星到太阳的距离,r,的二次方成反比,3,、太阳与行星间的引力：与太阳的质量,M,、行星的质量,m,成正比，与两者距离的二次方成反比,（,1,）,G,是比例系数，与行星、太阳均无关,（,2,）引力的方向沿太阳和行星的连线,2,r,M,F,16,思考：,行星绕太阳运动遵守这个规律，那么在其他地方是否适用这个规律呢？,17,