万有引力理论的成就课件

1、第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天人教版物理第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天人教版物理第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天人教版物理*了解万有引力定律在天文学上的重要应用了解万有引力定律在天文学上的重要应用*会用万有引力定律计算天体的质量会用万有引力定律计算天体的质量*理解并运用万有引力定律研究天体问题的理解并运用万有引力定律研究天体问题的思路、方法思路、方法第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天人教版物理第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天人教版物理1781年年3月月13日，这是一个很平常的日子，晴朗而略日，这是一个很平常的日子，晴朗而略带寒意的夜晚带寒意的

2、夜晚(见下图见下图)英国天文学家威廉英国天文学家威廉赫歇尔赫歇尔(17381822)跟往常一样，在其妹妹加罗琳跟往常一样，在其妹妹加罗琳(17501848)的陪的陪同下，用自己制造的口径为同下，用自己制造的口径为16厘米、焦距为厘米、焦距为213厘米的反射厘米的反射望远镜，对着夜空热心地进行巡天观测当他把望远镜指望远镜，对着夜空热心地进行巡天观测当他把望远镜指向双子座时，他发现有一颗很奇妙的星星，乍一看像是一向双子座时，他发现有一颗很奇妙的星星，乍一看像是一颗恒星，一闪一闪地发光，引起了他的怀疑颗恒星，一闪一闪地发光，引起了他的怀疑第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天人教版物理经过一段时

3、间的观测和计算之后，这颗一直被看作是经过一段时间的观测和计算之后，这颗一直被看作是“彗星彗星”的新天体，实际上是一颗在土星轨道外面的大行的新天体，实际上是一颗在土星轨道外面的大行星星天王星天王星第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天人教版物理天王星被发现以后，天文学家们都想目睹这颗大行星天王星被发现以后，天文学家们都想目睹这颗大行星的真面目，在人们观测和计算中，发现天王星理论计算位的真面目，在人们观测和计算中，发现天王星理论计算位置与实际观测位置总有误差，就是这一误差，引起了人们置与实际观测位置总有误差，就是这一误差，引起了人们对对“天外星天外星”的探究，并于的探究，并于1864年年9月月

4、23日发现了太阳系的日发现了太阳系的第八颗行星第八颗行星海王星海王星海王星被称为海王星被称为“从笔尖上发现的行星从笔尖上发现的行星”，原因就是计，原因就是计算出来的轨道和预测的位置跟实际观测的结果非常接近，算出来的轨道和预测的位置跟实际观测的结果非常接近，科学家在推测海王星的轨道时，应用的物理规律有哪些？科学家在推测海王星的轨道时，应用的物理规律有哪些？第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天人教版物理第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天人教版物理1地球上的物体具有的重力是由于地球上的物体具有的重力是由于_而产而产生的，若不考虑地球自转的影响，地面上的物体所受的重生的，若不考虑地球自转

5、的影响，地面上的物体所受的重力等于物体受到的力等于物体受到的_所以我们只需测出所以我们只需测出_和地球表面的和地球表面的_即可求地球的质量即可求地球的质量2计算中心天体的质量，首先观测围绕中心天体运计算中心天体的质量，首先观测围绕中心天体运动的动的_r和和_，然后根据万有引力，然后根据万有引力提供提供_由牛顿第二定律列出方程，求得中心天体由牛顿第二定律列出方程，求得中心天体的质量的质量M_.第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天人教版物理3海王星是在海王星是在_年年_月月_日德日德国的伽勒在勒维耶预言的位置附近发现的，发现的过程是：国的伽勒在勒维耶预言的位置附近发现的，发现的过程是：发现发

6、现_的实际运动轨道与的实际运动轨道与_的轨道总有一些偏差，根据观察到的偏差数据和万有引力的轨道总有一些偏差，根据观察到的偏差数据和万有引力定律计算出定律计算出_，并预测可能出现的时刻，并预测可能出现的时刻和位置；在预测的时间去观察预测的位置和位置；在预测的时间去观察预测的位置海 王 星 与 冥 王 星 的 发 现 最 终 确 立 了海 王 星 与 冥 王 星 的 发 现 最 终 确 立 了_，也成为科学史上的美谈，也成为科学史上的美谈第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天人教版物理第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天人教版物理第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天人教版物理地球质

7、量的称量地球质量的称量(1)称量条件：不考虑地球自转的影响称量条件：不考虑地球自转的影响(2)称量原理：地面上物体所受的重力等于地球对它的称量原理：地面上物体所受的重力等于地球对它的万有引力万有引力mgGMm/R2(3)称量结果：称量结果：MgR2/G5.961024kg.第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天人教版物理1881年，科学家佐利设计了一个测量地球质量的方法：年，科学家佐利设计了一个测量地球质量的方法：首先，在长臂天平的两盘放入质量同为首先，在长臂天平的两盘放入质量同为m的砝码，天平处的砝码，天平处于平衡状态；然后，在左盘正下方放入一质量为于平衡状态；然后，在左盘正下方放入一质

8、量为M的大球，的大球，且球心与砝码有一很小的距离且球心与砝码有一很小的距离d；接着又在右盘中加质量为；接着又在右盘中加质量为m的砝码，使天平又恢复平衡状态试导出地球质量的砝码，使天平又恢复平衡状态试导出地球质量M0的估算式的估算式_(地球半径为地球半径为R)第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天人教版物理第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天人教版物理第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天人教版物理第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天人教版物理我国我国2007年年10月月24日发射的日发射的“嫦娥一号嫦娥一号”(如图如图)，对，对月球进行科学探测，进行三维立体照相，分析月球土

9、壤的月球进行科学探测，进行三维立体照相，分析月球土壤的成分；美、俄也计划于成分；美、俄也计划于2014年前重返月球新的一轮月球年前重返月球新的一轮月球探测已经开始通过绕月卫星的运行参数探测已经开始通过绕月卫星的运行参数(轨道半径轨道半径r、周、周期期T，线速度，线速度v)可进行有关计算，下列说法正确的是可进行有关计算，下列说法正确的是()第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天人教版物理A计算月球的质量计算月球的质量B计算月球的密度计算月球的密度C计算月球的自转周期计算月球的自转周期 D计算月球的公转周期计算月球的公转周期答案：答案：A第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天人教版物理第六

10、章第六章 万有引力与航天万有引力与航天人教版物理(1)1781年发现天王星的运行轨道与根据万有引力定律年发现天王星的运行轨道与根据万有引力定律计算出来的轨道总有一些偏差计算出来的轨道总有一些偏差(2)预测在天王星的轨道外面还有一颗未发现的行星预测在天王星的轨道外面还有一颗未发现的行星(3)亚当斯和勒维耶各自独立地计算出这颗亚当斯和勒维耶各自独立地计算出这颗“新新”星的星的运行轨道运行轨道(4)1946年年9月月23日晚，德国的伽勒在预言的位置发现日晚，德国的伽勒在预言的位置发现了这颗新星了这颗新星海王星海王星(5)用类似的方法在用类似的方法在1930年年3月月14日，人们发现了日，人们发现了冥

11、王星冥王星第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天人教版物理第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天人教版物理利用下列数据，可以计算出地球质量的是利用下列数据，可以计算出地球质量的是()A已知地球的半径已知地球的半径R和地面的重力加速度和地面的重力加速度gB已知卫星绕地球匀速圆周运动的半径已知卫星绕地球匀速圆周运动的半径r和周期和周期TC已知卫星绕地球做匀速圆周运动的半径已知卫星绕地球做匀速圆周运动的半径r和线速度和线速度vD已知卫星绕地球做匀速圆周运动的线速度已知卫星绕地球做匀速圆周运动的线速度v和周期和周期T第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天人教版物理第六章第六章 万有引力与航

12、天万有引力与航天人教版物理答案：答案：ABCD第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天人教版物理第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天人教版物理已知万有引力常量是已知万有引力常量是G，地球半径，地球半径R，月球和地球之间，月球和地球之间的距离的距离r，同步卫星距地面的高度，同步卫星距地面的高度h，月球绕地球的运转周，月球绕地球的运转周期期T1，地球的自转周期，地球的自转周期T2，地球表面的重力加速度，地球表面的重力加速度g.某同某同学根据以上条件，提出一种估算地球质量学根据以上条件，提出一种估算地球质量M的方法：的方法：(1)请判断上面的结果是否正确，并说明理由，如不正请判断上面的结果是

13、否正确，并说明理由，如不正确，请给出正确的解法和结果确，请给出正确的解法和结果(2)请根据已知条件再提出两种估算地球质量的方法并请根据已知条件再提出两种估算地球质量的方法并解得结果解得结果第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天人教版物理第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天人教版物理第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天人教版物理 1969年年7月月21日，美国宇航员阿姆斯特朗在月球上烙日，美国宇航员阿姆斯特朗在月球上烙下了人类第一只脚印下了人类第一只脚印(如图如图)，迈出了人类征服宇宙的一大，迈出了人类征服宇宙的一大步在月球上，如果阿姆斯特朗和同伴奥尔德林用弹簧秤步在月球上，如果

14、阿姆斯特朗和同伴奥尔德林用弹簧秤测出质量为测出质量为m的仪器的重力为的仪器的重力为F；而另一位宇航员科林斯驾；而另一位宇航员科林斯驾驶指令舱，在月球表面附近飞行一周，记下时间为驶指令舱，在月球表面附近飞行一周，记下时间为T，试，试回答：只利用这些数据，能否估算出月球的质量？为什么？回答：只利用这些数据，能否估算出月球的质量？为什么？第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天人教版物理第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天人教版物理第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天人教版物理点评：点评：天体质量的计算有多种方法，一定要理解在不天体质量的计算有多种方法，一定要理解在不同条件下用不同的方

15、法，千万别乱套公式同条件下用不同的方法，千万别乱套公式第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天人教版物理 第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天人教版物理第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天人教版物理太空中有一颗绕恒星做匀速圆周运动的行星，此行星太空中有一颗绕恒星做匀速圆周运动的行星，此行星上一昼夜的时间是上一昼夜的时间是6h.在行星的赤道处用弹簧秤测量物体的在行星的赤道处用弹簧秤测量物体的重力的读数比在两极时测量的读数小重力的读数比在两极时测量的读数小10%.已知引力常量已知引力常量G6.671011Nm2/kg2，求此行星的平均密度，求此行星的平均密度解析解析：在赤道上，物体随

16、行星自转的圆在赤道上，物体随行星自转的圆周运动需周运动需要向心力在赤道上用弹簧秤测量物体的重力比在两极时要向心力在赤道上用弹簧秤测量物体的重力比在两极时小，正是减少的这部分提供了物体做圆周运动的向心力小，正是减少的这部分提供了物体做圆周运动的向心力设在赤道和两极处所测的读数分别为设在赤道和两极处所测的读数分别为F1和和F2，在赤道，在赤道上，物体受万有引力和支持力上，物体受万有引力和支持力(大小为所测重力大小为所测重力F1)作用绕作用绕行星中心做圆周运动，故由牛顿第二定律有：行星中心做圆周运动，故由牛顿第二定律有：第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天人教版物理答案：答案：3.03103k

17、g/m3第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天人教版物理点评：点评：理解重力和万有引力不同时，常以星球赤道处理解重力和万有引力不同时，常以星球赤道处的物体为例研究其做的圆周运动注意，当的物体为例研究其做的圆周运动注意，当F引引全部充当向全部充当向心力时，物体就飘起心力时，物体就飘起第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天人教版物理某行星的平均密度是某行星的平均密度是，靠近行星表面的卫星周期是，靠近行星表面的卫星周期是T，试证明试证明T2为一个常数为一个常数第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天人教版物理 我们的银河系中的恒星大约四分之一是双星，有一我们的银河系中的恒星大约四分之一是双

18、星，有一种双星，质量分别为种双星，质量分别为m1和和m2的两个星球，绕同一圆心做匀的两个星球，绕同一圆心做匀速圆周运动，它们之间的距离恒为速圆周运动，它们之间的距离恒为l，不考虑其他星体的影，不考虑其他星体的影响，两颗星的轨道半径和周期各是多少？响，两颗星的轨道半径和周期各是多少？解析解析：本题的关键是明确双星问题中两星做匀速圆周本题的关键是明确双星问题中两星做匀速圆周运动的向心力，由彼此间的引力提供，即运动的向心力，由彼此间的引力提供，即F向向大小相等，且大小相等，且相同，再由牛顿第二定律分别对两星列方程求解相同，再由牛顿第二定律分别对两星列方程求解第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天

19、人教版物理第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天人教版物理设设m1的轨道半径为的轨道半径为R1，m2的轨道半径为的轨道半径为R2，R1R2l，由于它们之间的距离恒定，因此双星在空间的绕向一定相由于它们之间的距离恒定，因此双星在空间的绕向一定相同，同时角速度和周期也都相同由向心力公式可得：同，同时角速度和周期也都相同由向心力公式可得：第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天人教版物理第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天人教版物理点评：点评：部分同学由于搞不清双星的运动情景，不能确部分同学由于搞不清双星的运动情景，不能确定其角速度定其角速度(或周期或周期)相等，导致无法列出方程求解，此

20、题相等，导致无法列出方程求解，此题中须注意圆心位置确定，而双星间的万有引力充当向心力，中须注意圆心位置确定，而双星间的万有引力充当向心力，无论怎样转动，两星必然处在圆心的两侧无论怎样转动，两星必然处在圆心的两侧第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天人教版物理 (江苏熟市江苏熟市0910学年高一下学期期中学年高一下学期期中)经长期观测，经长期观测，人们在宇宙中已经发现了人们在宇宙中已经发现了“双星系统双星系统”，“双星系统双星系统”由由两颗相距较近的恒星组成，每个恒星的线度远小于两个星两颗相距较近的恒星组成，每个恒星的线度远小于两个星体之间的距离，而且双星系统一般远离其他天体如图所体之间的距

21、离，而且双星系统一般远离其他天体如图所示，两颗星球组成的双星，在相互之间的万有引力作用下，示，两颗星球组成的双星，在相互之间的万有引力作用下，绕连线上的绕连线上的O点做周期相同的匀速圆周运动现测得两颗点做周期相同的匀速圆周运动现测得两颗星之间的距离为星之间的距离为L，质量之比为，质量之比为m1 m23 2.则可知则可知()第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天人教版物理第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天人教版物理答案：答案：BCD解析解析：双星系统周期相同双星系统周期相同(角速度相同角速度相同)，所受万有引，所受万有引力作为向心力相同，由力作为向心力相同，由Fm2r，m1r1m2r

22、2，代入计算可，代入计算可得结论得结论.第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天人教版物理 1976年年10月，剑桥大学研究生贝尔偶尔发现一个奇月，剑桥大学研究生贝尔偶尔发现一个奇怪的放射电源，它每隔怪的放射电源，它每隔1.337s发出一个脉冲讯号贝尔和发出一个脉冲讯号贝尔和他的导师曾认为他们和外星人接上了头，后来大家认识到，他的导师曾认为他们和外星人接上了头，后来大家认识到，事情没有那么浪漫，这类天体被定名为事情没有那么浪漫，这类天体被定名为“脉冲星脉冲星”，“脉脉冲星冲星”的特点是脉冲周期短，且周期高度稳定，这意味着的特点是脉冲周期短，且周期高度稳定，这意味着脉冲星一定进行准确的周期运动

23、，自转就是一种很准确的脉冲星一定进行准确的周期运动，自转就是一种很准确的周期运动周期运动第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天人教版物理(1)已知蟹状星云的中心星已知蟹状星云的中心星PS0531是一颗脉冲星，其周是一颗脉冲星，其周期为期为0.331s，PS0531的脉冲现象来自自转，设阻止该星离的脉冲现象来自自转，设阻止该星离心瓦解的力是万有引力，估计心瓦解的力是万有引力，估计PS0531的最小密度的最小密度(2)如果如果PS0531的质量等于太阳质量，该星的可能半径的质量等于太阳质量，该星的可能半径最大是多少？最大是多少？(太阳质量是太阳质量是M21030kg)解析解析：脉冲星周期即为自

24、转周期脉冲星高速自转不脉冲星周期即为自转周期脉冲星高速自转不瓦解的临界条件为：该星球表面的某块物质瓦解的临界条件为：该星球表面的某块物质m所受星体的所受星体的万有引力恰等于向心力万有引力恰等于向心力第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天人教版物理第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天人教版物理答案：答案：(1)1.31012kg/m3(2)7.16105m第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天人教版物理点评：点评：对于信息题，不少学生解题时往往大致看一下对于信息题，不少学生解题时往往大致看一下题目后，觉得这种题从没见过就丧失信心，自动放弃，不题目后，觉得这种题从没见过就丧失信心，自动放弃，不愿仔细阅读、认真分析，或者在没有明确题意的情况下，愿仔细阅读、认真分析，或者在没有明确题意的情况下，草率完成题目其实这类题完全是草率完成题目其实这类题完全是“大帽子大帽子”吓人帽子吓人帽子底下仍是同学们熟悉的老面孔解答信息题的正确方法是：底下仍是同学们熟悉的老面孔解答信息题的正确方法是：仔细阅读，明确题意，弄清原因，善于提取题中的有用信仔细阅读，明确题意，弄清原因，善于提取题中