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万有引力定律提出 的背景、过程和意义. 小组成员：方燕琼、陆嘉鹿其、 傅雨东、林子暄、 孟以爽、史兆盛、 李嘉玲、刘轶、 张程玥、张澄沁、 张世宁. 一、 时代背景.
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万有引力定律提出的背景、过程和意义 小组成员：方燕琼、陆嘉鹿其、 傅雨东、林子暄、 孟以爽、史兆盛、 李嘉玲、刘轶、 张程玥、张澄沁、 张世宁
一、时代背景 在第谷的工作基础上，开普勒经过大量的计算，编制成《鲁道夫星表》，表中列出了1005颗恒星的位置。这个星表比其他星表要精确得多，因此直到十八世纪中叶，《鲁道夫星表》仍然被天文学家和航海家们视为珍宝，它的形式几乎没有改变地保留到今天。
1665、1666年促使欧洲人口大量减少的黑死病的诱发者——老鼠，伦敦的鼠疫迫使牛顿回到其母亲的农庄中度过。在此期间牛顿有足够的时间及足够的良好环境进行自己的研究。传说中诱发牛顿发现万有引力的苹果也是此时砸到牛顿头上的。1665、1666年促使欧洲人口大量减少的黑死病的诱发者——老鼠，伦敦的鼠疫迫使牛顿回到其母亲的农庄中度过。在此期间牛顿有足够的时间及足够的良好环境进行自己的研究。传说中诱发牛顿发现万有引力的苹果也是此时砸到牛顿头上的。
在英国,资产阶级取得政权后,对科学给予了极大重视.在英国,资产阶级取得政权后,对科学给予了极大重视.
二、人物介绍 1. 牛顿 按照现代的历法，1643年1月4日，艾萨克·牛顿出生于英格兰林肯郡乡下的一个小村落伍尔索普村的伍尔索普（Woolsthorpe）庄园。
剑桥大学三一学院是由英国国王亨利八世于1546年所建，其前身是1324年建立的迈克尔学院（Michaelhouse）以及1317年建立的国王学堂剑桥大学三一学院是由英国国王亨利八世于1546年所建，其前身是1324年建立的迈克尔学院（Michaelhouse）以及1317年建立的国王学堂 剑桥大学三一学院图 三一学院在学术成就上是剑桥所有学院中最顶尖的，也因拥有众多著名的毕业生而声名显赫，到目前为止该学院共培养出了32名诺贝尔奖得主，著名的毕业生包括了牛顿、培根、拜伦、怀特海、罗素、维特根斯坦等人。
2. 胡克 1635年7月18日生于威特岛的弗雷施瓦特。其父是教区牧师。 1653年入牛津基督教会学院后胡克结识了玻意耳。 1655年胡克成为玻意耳的助手。 1662年起直到逝世一直担任皇家学会实验管理员。 1663年胡克获得了牛津大学文学学士学位，并且被选为皇家学会会员。 1665年胡克任格雷山姆学院几何学、地质学教授，并从事天文观测工作。 1666年伦敦大火后，他担任测量员以及伦敦市政检查官，参加了伦敦重建工作。 1676年他公布了著名的弹性定律。 1677年到1682年任皇家学会干事。1703年3月3日逝世于伦敦，终年68岁。
牛顿与胡克 ① 性格：牛顿为人比较孤僻；与之相对，胡克虽然个头矮而且有些驼背，但是为人好交际，有很多朋友。 ② 擅长领域：牛顿作为微积分的发明者之一，对于数学方面自然是十分擅长，摆线求取的成功者之一的“匿名”即有可能就是牛顿。而胡克则更为擅长动手方面，著名的万向接头又称胡可接头就是出自他之手，甚至被称为英国的“达芬奇”。 ③ 牛顿与胡克的关系并不好，牛顿的名言“如果说我比别人看得更远些，那是因为我站在了巨人的肩上。”事实上极有可能是讽刺胡克的身高。
万有引力发现的过程 牛顿与苹果
开普勒三定律 1.所有行星都绕太阳做椭圆运行，太阳在所有椭圆的公共焦点上。 2.行星的向径在相等的时间内扫过相等的面积。 3. 所有行星轨道半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等，即r^3/T^2=k。 开普勒最早提出引力这一说法 （J.Kepler,1571－1630）
1661年，英国皇家学会成立了一个专门研究重力问题的委员会。1661年，英国皇家学会成立了一个专门研究重力问题的委员会。 （Edmund Halley, 1656－1742） （Robert Hooke, 1635－1703） （Christopher Wren, 1632－1723）
平方反比定律 1665年到1666年，牛顿由伽利略的自由落体运动定律、开普勒行星运动的第三定律和他自己从正多边形内球体运动得出的经验性离心力公式，证明了圆轨道情况下的引力平方反比关系。
胡克与万有引力 1674年，胡克提出三个假设： 第一，一切天体都具有倾向其中心的吸引力，它不仅吸引其本身各部分，并且还吸引其作用范围内的其他天体。 第二，凡是正在作简单直线运动的任何天体，在没有受到其他作用力使其沿着椭圆轨道、圆周或复杂的曲线运动之前，它将继续保持直线运动不变。 第三，受到吸引力作用的物体，越靠近吸引中心，其吸引力也越大。
万有引力的面世 1684年，英国物理学家胡克、伦恩和哈雷三人聚会共同探讨引力问题。他们提出了一个问题：如何证明一个行星轨道根据引力的平方反比定律就可以成为一个椭圆。 同年8月，哈雷专程到剑桥大学向牛顿请教这个问题，得到的答案却是牛顿已经证明了这个问题。
1687年，在哈雷的大力赞助下，牛顿的巨著《自然哲学的数学原理》出版，万有引力也终于面世。1687年，在哈雷的大力赞助下，牛顿的巨著《自然哲学的数学原理》出版，万有引力也终于面世。
1798年英国物理学家卡文迪许利用著名的卡文迪许扭秤（即卡文迪许实验）较精确地测出了引力恒量的数值。1798年英国物理学家卡文迪许利用著名的卡文迪许扭秤（即卡文迪许实验）较精确地测出了引力恒量的数值。
牛顿与万有引力 月球既是离地球最近的天体，又以近似圆形的轨道绕着地球旋转，人们对月亮运动的观测资料比较充分。牛顿便以地球对月亮的吸引力作为探索万有引力问题的突破口。
万有引力 所有物体之间都有相互吸引的力，这个力与相互吸引的物体质量之积成正比，同它们之间的距离平方成反比。 “万有”：它适用于整个宇宙，具有普适性。
潮汐现象的起因问题 潮汐现象是指海水在天体（主要是月球和太阳）引潮力作用下所产生的周期性运动，习惯上把海面垂直方向涨落称为潮汐，而海水在水平方向的流动称为潮流。是沿海地区的一种自然现象，古代称白天的河海涌水为“潮”，晚上的称为“汐”，合称为“潮汐”。 在很早以前，古 人就已经观察到了潮汐的现象。 我国古代的先民已察觉到潮汐同月球有关系，因而古语曰：“涛之起也，随月盛衰”。虽然古 人观察到了潮汐与月球有关，但并没有对其原理做出解释。 直到牛顿发现了万有引力定律，才对潮汐现象做出了合理的解释
在不考虑其他星球的微弱作用的情况下，月球和太阳对海洋的引潮力的作用是引起海水涨落的原因。引潮力又是怎样的一种力呢？在物理学看来，在非惯性系下，引潮力是月球的万有引力和与之对应的惯性力，还有太阳的万有引力和与之对应的惯性力等四种力的合力。有的资料提到“离心力”也是引潮力的分力之一，物理学中有离心现象的提法，却没有“离心力”的概念和定义。不过“离心力”的本意正是惯性力。在不考虑其他星球的微弱作用的情况下，月球和太阳对海洋的引潮力的作用是引起海水涨落的原因。引潮力又是怎样的一种力呢？在物理学看来，在非惯性系下，引潮力是月球的万有引力和与之对应的惯性力，还有太阳的万有引力和与之对应的惯性力等四种力的合力。有的资料提到“离心力”也是引潮力的分力之一，物理学中有离心现象的提法，却没有“离心力”的概念和定义。不过“离心力”的本意正是惯性力。
赤道隆起 由于惯性作用，地球始终在不停地自转着。地球自身的形状类似于一个椭球体，赤道部分是凸出的，即有一个赤道隆起带。同时，由于黄赤交角的存在，太阳中心与地球中心的连线，不是经常通过赤道隆起带的。所以，太阳对地球的吸引力，尤其是对于赤道隆起带的吸引力，是不平衡的。此外，月球对地球的吸引力也是不平衡的
岁差 岁差(axial precession)，在天文学中是指一个天体的自转轴指向因为重力作用导致在空间中缓慢且连续的变化。例如，地球自转轴的方向逐渐漂移，追踪它摇摆的顶部，以大约26,000年的周期扫掠出一个圆锥。 由于地球绕轴迅速地自转，赤道部分的物质就发生隆起，使地球成为两极稍扁的扁球体。赤道隆起部分与黄道成约23°5′的交角，一部分离太阳较近，另一部分离太阳较远，因而所受太阳的引力作用也不相同。同样，月球对地球赤道隆起部分也有这样的影响。太阳与月球的这种摄动作用，使地球自转轴的方向发生了缓慢的、周期性的移动，从而产生了岁差现象。这样，牛顿就从理论上推测到地球的形状在两极是扁平的。
哈雷彗星按时回归 在通过大量的观测、研究和计算，英国天文学家哈雷根据万有引力定律大胆地预言，1682年出现的那颗彗星，将于1758年底或1759年初再次回归。在哈雷去世10多年后，1758年底，这颗第一个被预报回归的彗星被一位业余天文学家观测到了，它准时地回到了太阳附近。哈雷在18世纪初的预言，经过半个多世纪的时间终于得到了证实。 牛顿主义在公众中赢得了最广泛的胜利。
天体力学的建立 在人们热衷于对牛顿的引力进行这些公开检验的同时，少数几个数学精英却在默默地伏案工作，探究在太阳，行星及其卫星之间引力的作用效果。为了实现这一牛顿主义者的计划，上帝为他们准备了一群杰出的数学家：法国的克莱洛，达朗贝尔（D’Alembert 1717-1783 ），拉格朗日（Lagrange 1736-1813） ，拉普拉斯（Laplace 1749-1827） ，泊松，柯西和瑞士的欧拉以及德国的高斯。 最大的贡献或最有意义的贡献是拉格朗日和拉普拉斯做出的。 达朗贝尔 拉普拉斯 拉格朗日
拉格朗日出生于意大利，曾经在柏林工作很久，于1787年初被路易十六召到巴黎，次年他出版了他的巨著《分析力学》，全书采用全代数的方法，没有几何插图。在这本书里他系统地论述了他对太阳系稳定问题的计算。拉格朗日研究的基本目的在于证明由观测而得的行星（特别是木星和土星）运动的各种偏离，世纪是由于行星间的相互摄动所引起的长周期的颤动。拉格朗日出生于意大利，曾经在柏林工作很久，于1787年初被路易十六召到巴黎，次年他出版了他的巨著《分析力学》，全书采用全代数的方法，没有几何插图。在这本书里他系统地论述了他对太阳系稳定问题的计算。拉格朗日研究的基本目的在于证明由观测而得的行星（特别是木星和土星）运动的各种偏离，世纪是由于行星间的相互摄动所引起的长周期的颤动。 当时的两项观测结果让人们为太阳系的稳定性担忧：一是木星的加速和土星的减速现象，这一现象从第谷时代已为人所熟知；另一个是哈雷提出的月亮从古代起就一直存在着的明显加速现象。 不像18世纪初人们所担心的那样，这些摄动绝不会使太阳系不稳定而最终解体，它们完全变现出周期性变化，所以在长时间内太阳系是绝对稳定的。 拉普拉斯进一步解决了这一问题。
拉普拉斯描绘了这样一幅太阳系图景：其内部的行星运动和几何参数在它们的平均值附近发生小幅度的长周期变化。拉普拉斯描绘了这样一幅太阳系图景：其内部的行星运动和几何参数在它们的平均值附近发生小幅度的长周期变化。 拉普拉斯相信他已经证明了太阳系是一个稳定的、可自我调节的系统，在这方面它与生物界显然存在的自我调节是类似的。
拉普拉斯于1796年出版了他的《宇宙体系论》，这是一本很受欢迎的书，流行很广，因为它在这本书里提出了太阳系起源的一种假说。按照这个假说，太阳系起源于一个原始的星云，这个星云绕太阳转动，凝结而成几个环圈，这些环圈更团结而成行星。拉普拉斯用这个假说说明了那时候所知道的的许多事实，比如说所有行星和当时已知的卫星轨道的共向性和共面性。拉普拉斯于1796年出版了他的《宇宙体系论》，这是一本很受欢迎的书，流行很广，因为它在这本书里提出了太阳系起源的一种假说。按照这个假说，太阳系起源于一个原始的星云，这个星云绕太阳转动，凝结而成几个环圈，这些环圈更团结而成行星。拉普拉斯用这个假说说明了那时候所知道的的许多事实，比如说所有行星和当时已知的卫星轨道的共向性和共面性。
牛顿的工作在拉普拉斯的《天体力学》里真正发展到了高峰，这部书自1799-1825年分期出版，计有五大册之多。牛顿的工作在拉普拉斯的《天体力学》里真正发展到了高峰，这部书自1799-1825年分期出版，计有五大册之多。 这部著作集中了I.牛顿以来天体力学的全部成果，第一次系统地提出这个学科的理论和方法，因而成为天体力学的奠基著作。其中很多关键性问题是拉普拉斯本人完成的，他因此而成为天体力学的主要奠基者。
1781年威廉·赫歇耳宣布他发现了一个新的行星---它后来被我们称为天王星。他在偶然看到天王星之前并没有刻意去寻找新行星。1781年3月13日，他在双子座的区域看到了一个天体，职业天文学家过去认为它是颗恒星。但赫歇耳辨认出了该天体的反常性质。四天后赫歇耳又把望远镜对准了它，发现它的位置已经移动了。毫无疑问它是属于太阳系之内的天体，是颗行星。1781年威廉·赫歇耳宣布他发现了一个新的行星---它后来被我们称为天王星。他在偶然看到天王星之前并没有刻意去寻找新行星。1781年3月13日，他在双子座的区域看到了一个天体，职业天文学家过去认为它是颗恒星。但赫歇耳辨认出了该天体的反常性质。四天后赫歇耳又把望远镜对准了它，发现它的位置已经移动了。毫无疑问它是属于太阳系之内的天体，是颗行星。
轨道半长轴a 轨道偏心率e 轨道倾角i 升交点黄经Ω 近日点角距ω 过近日点时刻τ
海王星的发现 行星如果只受太阳引力作用, 那它的运动轨道就是一个确定的椭圆. 但是, 由于各个行星之间也存在 着万有引力, 所以要确定每颗行星某时刻的真实位置, 还必须考虑到相邻的行星对它的引力所全全一致. 但对于天王星, 考虑到土星引力引起的摄动后, 理论计算的结果与实际观测结果却不一致. 于是一些科学家怀疑万有引力定律的正确性, 另一些科学家则认为在天王星的外面还有一颗尚未发现的行星！
过程 °° 1845 年, 年仅26 岁的英国剑桥大学青年教师亚当斯, 通过计算研究预报了这颗未知大行星在天空中 的位置, 然而并没有引起有关天文学家的重视. 1845 年夏季, 法国天文工作者勒威耶也通过独立计算预报了这颗未知大行星在天空中的位置. 德国 柏林天文台台长伽勒, 根据勒威耶的预报位置, 于1846 年9 月23 日果然发现了这颗大行星. 其发现位置 与勒威耶预报的位置仅差52’, 与亚当斯预报的位置仅差2°27’. 海王星的发现使太阳系的边界向外延展了约17 亿公里. 海王星的发现是牛顿奠定的天体力学的辉煌 成果, 是理论指导实践的典范.
1846年对海王星的发现是牛顿力学成功的巅峰：两位天文数学家坐在他们的桌子旁，通过天王星与其与其轨道的偏离计算导致这一现象的原因，最后精确地找到了罪魁祸首的下落。而在此之前，人们从未想到过这颗行星的存在。1846年对海王星的发现是牛顿力学成功的巅峰：两位天文数学家坐在他们的桌子旁，通过天王星与其与其轨道的偏离计算导致这一现象的原因，最后精确地找到了罪魁祸首的下落。而在此之前，人们从未想到过这颗行星的存在。 哈雷彗星的准时回归和海王星的发现，奠定了万有引力定律在天文学上的地位，更是奠定了在人类历史上的地位。
万有引力定律与暗物质 暗物质 在宇宙学中是指那些自身不发射电磁辐射，也不与电磁波相互作 用的一种物质。人们目前只能通过引力产生的效应得知宇宙中有 大量暗物质的存在。暗物质存在的最早证据来源于对球状星系旋 转速度的观测。现代天文学通过引力透镜、宇宙中大尺度结构形 成、微波背景辐射等研究表明：我们目前所认知的部分大概只占 宇宙的4%，暗物质占了宇宙的23%，还有73%是暗能量。 万有引力定律——得知暗物质的存在 万有引力定律——导出了暗能量粒子之间的相互作用是万有斥力, 这是导致宇宙加速膨胀的根本原因.
托勒密体系任然摆脱不了希腊人对匀速圆周运动的崇拜。托勒密体系任然摆脱不了希腊人对匀速圆周运动的崇拜。 开普勒之前的天文学一直只是试图去描述天体的运动，而不考虑天体运动的原因。
开普勒开始考虑用太阳对行星的推动力来解释他发现的行星运动的第二条定律，动力学被引入了天文学开普勒开始考虑用太阳对行星的推动力来解释他发现的行星运动的第二条定律，动力学被引入了天文学 开普勒的多面体模型 依然不能摆脱用先入为主的对完美几何形状的崇拜来描述行星的轨道
直到万有引力定律的发现和牛顿力学的建立，太阳系和整个宇宙的真实图景才开始逐渐展示在我们面前直到万有引力定律的发现和牛顿力学的建立，太阳系和整个宇宙的真实图景才开始逐渐展示在我们面前
万有引力定律将天体之间的作用力与地面上物体之间的作用力统一了起来，破除了宇宙的神秘性。万有引力定律将天体之间的作用力与地面上物体之间的作用力统一了起来，破除了宇宙的神秘性。 作为一种基本作用力，万有引力定律既统治了大尺度范围内宇宙的运动，也影响了我们的生活。 万有引力定律的发现，给予了人类巨大的信心和勇气去探索和了解自然，使人类对自然和宇宙的认识在几百年的时间里得到难以置信的发展。
