二、太阳与行星间的引力
[要点导学]
1.天体引力的假设:牛顿认为物体运动状态发生改变的原因是受到力的作用,如果没有力的作用物体将保持静止或匀速直线运动状态。行星围绕太阳运动,一定受到了力的作用。这个力是太阳对行星的引力。
2.太阳与行星间的引力推导思路(将椭圆轨道近似看作圆轨道来推导):
(1)行星运动需要的向心力: ,根据开普勒第三定律: 得到:太阳对行星的引力 (其中m为行星质量,r为行星与太阳的距离)
(2)太阳和行星在相互作用中的地位是相同的,只要作相应的代换,就可以得到结果。行星对太阳的引力 (其中M为太阳的质量,r为太阳到行星的距离)
(3)因为这两个力是作用力与反作用力,大小相等,所以概括起来,得到 ,写成等式,比例系数用G表示,有 。
(4)虽然在中学阶段只能将椭圆轨道近似看作圆轨道来推导,但仍要明确:牛顿是在椭圆轨道下进行推导的。牛顿是在前人的基础上做出了伟大发现,牛顿的发现还在于他有正确的科学思想和超凡的数学能力。
[范例精析]
例题:证明开普勒第三定律中,各行星绕太阳公转周期的平方与公转轨道半径的三次方的比值k是与太阳质量有关的恒量。
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