第01节万有引力定律.doc

太阳与行星间的引力学案一、行星运行规律的探索过程（公元2世纪16世纪）地心说（托勒密）日心说（哥白尼）精确测量行星位置（第谷）开普勒定律（开普勒）二、开普勒三大定律1、开普勒第一定律（椭圆定律）： 所有的行星围绕太阳运动的轨道都是_，太阳处在所有椭圆的一个_上。2、开普勒第二定律（面积定律）：对于同一个行星而言，太阳和行星的联线在相等的_内扫过相等的_。3、开普勒第三定律（周期定律）： 数学表达式为：_。三、循着科学家留下的线索，破译宇宙密码线索是否靠谱破译密码运动模型可用装备涉及的运动定律装备用法定律的核心内容或表达式开普勒：行星运动规律周期性的曲线运动椭圆开普勒第三定律伽利略： 行星的运动是“惯性 ”自行维持的。 开普勒：受到了来自太阳的类似磁力的作用。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。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，但无法证明在椭圆轨道规律也成立。牛顿:从1665年至1685年，牛顿在前人研究的基础上，花了整整20年的时间，才沿着离心力向心力重力万有引力概念的演化顺序，并凭借其超凡的数学能力和坚定的信念，深入研究，最终发现并且阐述了普遍意义下的万有引力定律。四、找到密钥，打开通往宇宙宝藏的三重门“门”在哪儿：1、行星为什么没有做直线运动？_2、椭圆运动比较复杂， 如何化繁为简？_3、动力学问题解决思路选哪个：1.已知运动求力；2.已知力求运动。4、猜想引力与什么因素相关？_物体要能够做匀速圆周运动，必须满足什么关系？_提示：根据表格数据，可见当时已测得行星运行的轨道半径r与周期T。*迈出首步: 太阳对行星的引力 F密钥1：行星绕太阳做匀速圆周运动所需要的向心力的表达式是_。密钥2：行星的公转周期由它到太阳的距离决定， 根据猜想，还要结合什么定律对上述表达式作改进？_。 一重门（结论）：太阳对行星的引力跟_成正比，与_成反比.数学表达式为：_*继续前行: 行星对太阳的引力 F密钥3：行星对太阳有引力吗？依据什么定律？_思考4：行星对太阳的引力可能跟什么相关（类比太阳对行星的引力）二重门（结论）：行星对太阳的引力跟_成正比，与_成反比.数学表达式为：_*奔向目标: 太阳与行星间的引力 F思考5：如何整合以上结论？三重门（结论）: 太阳与行星间的引力跟_成正比，与_成反比.数学表达式为：_五、进入宇宙“新宝岛”（牛顿进一步思考普适性“月地检验”）1、地球和月球之间的吸引力会不会与地球吸引苹果的力是同一种力呢？2、地球表面的重力能否延伸到很远的地方，会不会作用到月球上？3、拉住月球使它绕地球运动的力，与拉着苹果使它下落的力，以及众行星与太阳之间的作用力也许真的是同一种力，遵循相同的规律? 牛顿从猜想出发，根据前人的观测数据与实验结果，经过严密推算，证实猜想正确，把天体间引力的相关结论推广到一切实物之间，由此发现了万有引力，并在科学巨著自然哲学的数学原理中正式提出了宇宙启示万有引力定律：六、更多宇宙之谜静待人类揭晓1、以太说（基于行星运动原因的一种假设）：以太是一种假想的物质，它就好像一根看不见的绳子，这根绳子传递了“拉力”使得行星做椭圆运动。几百年的时间中，一代又一代的物理学家们，孜孜不倦地去寻找它，但是没有找到其存在的确切证据。2、引力说（基于行星运动原因的另一种假设）：曾有人认为引力是一种超距作用，无视时间、距离，现在人们认为引力是一种“场”，爱因斯坦提出广义相对论指出引力是时空的弯曲，随着越来越多的事实特别是2017年引力波被监测到，说明这可能更接近引力的真面目。引力这个概念从提出假设到现在已经300多年了，物理学家们仍处在证明它正确或者证明它还不够准确的道路上，这种执着和严谨的精神非常值得我们继承和学习。3、第一推动力（宇宙起源问题）：第一推动力，根据质能方程：E=mc2。牛顿晚年出于对宇宙规律由来的思考，认为除万有引力的作用外，还有一个“切线力”，这个“切线力”只能是来自上帝的“第一推动力”。 根据广义相对论，我们宇宙的开端必须存在一个大爆炸奇点。奇点的质量和密度无限大，适用于经典力学理论。根据牛顿第一定律：奇点总保持静止或匀速直线运动状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。就是说，奇点没有外力的作用，