人教版高一年级必修2第6章第4节《万有引力理论的成就》课件(29张)

1、21:206-46-4万有引力理论的成就万有引力理论的成就21:20 行星行星21:20太阳系太阳系21:20此时，我们现在没有理由不相信是牛顿先生在驾驶飞船！此时，我们现在没有理由不相信是牛顿先生在驾驶飞船！5卡文迪许卡文迪许被称为能被称为能称出地球质量称出地球质量的人的人地球的质量怎样称量地球的质量怎样称量?一、 计算地球的质量 17891789年，英国物理学家卡文迪许年，英国物理学家卡文迪许在实验室测出了引力常量，成为在实验室测出了引力常量，成为“称称”出地球质量的第一人。出地球质量的第一人。2RmMGmg地GgRM2地 由于地球自转对物体的影响很小，我们可以不考虑地球自转的影响，近似认

2、为地面上物体的重力就等于地球与物体间的地面上物体的重力就等于地球与物体间的万有引力。万有引力。万有引力定律称量地球质量原理:地表重力加速度：地表重力加速度： g = 9.8m/sg = 9.8m/s2 2地球半径：地球半径：R R = 6400km= 6400km引力常量：引力常量：= 6.67= 6.671010-11-11NmNm2 2/kg/kg2 2 得地球质量 M= 6.0= 6.010102424kgkgGgRM2代入算一算算一算马克吐温： 科学真是迷人。根据零星的事实，增添一点猜想，竟能赢得那么多的收获！例例: 宇航员站在一个星球表面上的附近某宇航员站在一个星球表面上的附近某 高

3、处高处h自由释放一小球，经过时间自由释放一小球，经过时间t落落 地，该星球的半径为地，该星球的半径为r，你能求解，你能求解 出该星球的质量吗？出该星球的质量吗？ 1. 地面上物体的重力 严格地：纬度增大 mg增大 高度增大 mg减小 近似地：2RMmGmg 2.离星球表面h高处物体的重力 2)(hRMmGmg2RGMg 222)()(hRgRhRGMg21:20例例:一物体在地球表面的重力为一物体在地球表面的重力为16N,它它在以在以5m/s2加速上升的火箭中视重为加速上升的火箭中视重为9N,则此时火箭离地球表面的距离为则此时火箭离地球表面的距离为地球半径的多倍地球半径的多倍?(g=10m/s

4、2)H=3R21:20行星的运动21:20测出某行星的公转周期T、轨道半径r能不能由此求出太阳的质量M？分析：1.将行星的运动看成是匀速圆周运动.2.万有引力万有引力提供向心力 F引=Fn.rTmrMmG22242324GTrM思考思考：不同行星与太阳的距离不同行星与太阳的距离r和绕太阳公转的周和绕太阳公转的周期期T都是不同的但是由不同行星的都是不同的但是由不同行星的r、T计算出来的太阳计算出来的太阳质质量必须是一样的！上面这个公式能保证这一点吗？量必须是一样的！上面这个公式能保证这一点吗？中心中心天体天体绕绕行行天天体体注意：此方法只能求解中心天体的质量，不能求解环绕天体的质量。rTmrMm

5、G22242324GTrM二、计算中心天体的质量中心思想：中心思想：nFF 引神舟五号飞船轨道半径6700km.环绕地球绕一圈所花时间为90min.地球质量地球质量 M M= 6.0= 6.010102424kgkg2324GTrM地例例：如果我们能测出月球表面的加：如果我们能测出月球表面的加速度速度g月月，月球的半径，月球的半径R和月球绕地和月球绕地球运转的周期球运转的周期T，就能根据万有引力，就能根据万有引力定律定律“称量称量”月球的质量了已知月球的质量了已知引力常量引力常量G，用，用M表示月球的质量，表示月球的质量，关于月球质量，下列各式正确的是关于月球质量，下列各式正确的是()例题：未

6、来的某一天，你成了宇航员，搭乘未来的某一天，你成了宇航员，搭乘“英雄英雄”号火星探测器飞近火星，并进入号火星探测器飞近火星，并进入靠近火星表面的圆形轨道将进行预定的考靠近火星表面的圆形轨道将进行预定的考察工作，你能不能仅用一只表通过测定时察工作，你能不能仅用一只表通过测定时间来测定火星的密度？说明理由及推导间来测定火星的密度？说明理由及推导过程过程. . 怎样计算天体的密度？例：已知地球的一颗人造卫星的运行周期为周期为 T T 、轨道半径为轨道半径为 r r ，地球的半径地球的半径 R R ，求地球密度？2324rMGT得：222MmGmrrT解解：当卫星在行星表面做近地当卫星在行星表面做近地

7、运行时，可近似认为运行时，可近似认为 R = rR = r23GT3233RGTrVM解得：球体体积公式：334RV小结：小结： nFF引万有引力定律在天文学中的应用，一般有两条思路：万有引力定律在天文学中的应用，一般有两条思路：(2) (2) 环绕天体所需向心力由中心天体对环绕天体的万有引力提供环绕天体所需向心力由中心天体对环绕天体的万有引力提供(1) (1) 地面（或某星球表面）的物体的重力近似等于万有引力地面（或某星球表面）的物体的重力近似等于万有引力2RmMGmg rTmrmrMmG222)2(21三、发现未知天体(阅读)问题1:应用万有引力定律除可以计算天体的质量外,还可以在天文学上

8、有什么作用?问题2:应用万有引力定律发现了哪些行星?问题3:人们是怎样应用万有引力定律来发现 未知天体的?21:20亚当斯亚当斯英国勒维耶勒维耶法国发现天王发现天王星轨道偏星轨道偏离离理论计算预测理论计算预测新行星轨道新行星轨道实际观测实际观测验证结果验证结果理论轨道理论轨道实际轨道实际轨道21:20用万有引力定律发现未知天体1、1781年人们发现了天王星的运行轨道与万有引力定律推测的结果有一些偏差 1845年英国亚当斯和法国天文学家勒维耶据各自独立用万有引力定律计算出“海王星”的轨道。 1846年9月23日德国伽勒发现了“海王星”。2、1705年英国哈雷计算了 “哈雷彗星”的轨道并正确预言了

9、它的回归。3、1930年3月14日人们发现了 “冥王星”。海王星海王星海王星地貌海王星地貌冥王星与其卫星冥王星与其卫星美国美国2001年年发射，并发射，并于于2006至至2008年访问冥年访问冥王星的宇王星的宇宙飞船宙飞船 国际天文学联合会大会国际天文学联合会大会24日投票决定，不再将传统九大行星之一的冥王星日投票决定，不再将传统九大行星之一的冥王星视为行星，而将其列入视为行星，而将其列入“矮行星矮行星”。许多人感到不解，为什么从儿时起就一直熟许多人感到不解，为什么从儿时起就一直熟知的太阳系知的太阳系“九大行星九大行星”概念如今要被重新定义，而冥王星又因何被概念如今要被重新定义，而冥王星又因何

10、被“降级降级”？ “行星行星”这个说法起源于希腊语，原意指太阳系中的这个说法起源于希腊语，原意指太阳系中的“漫游者漫游者”。近千年来，。近千年来，人们一直认为水星、金星、地球、火星、木星和土星是太阳系中的标准行星。人们一直认为水星、金星、地球、火星、木星和土星是太阳系中的标准行星。19世纪后，世纪后，天文学家陆续发现了天王星、海王星和冥王星天文学家陆续发现了天王星、海王星和冥王星，使太阳系的使太阳系的“行星行星”变变成了成了9颗颗。此后，。此后，“九大行星九大行星”成为家喻户晓的说法。成为家喻户晓的说法。 不过，新的天文发现不断使不过，新的天文发现不断使“九大行星九大行星”的传统观念受到质疑。

11、天文学家先后的传统观念受到质疑。天文学家先后发现冥王星与太阳系其他行星的一些不同之处。发现冥王星与太阳系其他行星的一些不同之处。冥王星所处的轨道在海王星之外冥王星所处的轨道在海王星之外，属于太阳系外围的柯伊伯带，这个区域一直是太阳系小行星和彗星诞生的地方，属于太阳系外围的柯伊伯带，这个区域一直是太阳系小行星和彗星诞生的地方。20世纪世纪90年代以来，天文学家发现柯伊伯带有更多围绕太阳运行的大天体。年代以来，天文学家发现柯伊伯带有更多围绕太阳运行的大天体。比如，美国天文学家布朗发现的比如，美国天文学家布朗发现的“2003UB313”，就是一个直径和质量都超过冥，就是一个直径和质量都超过冥王星的天

12、体。王星的天体。 布朗等人的发现使传统行星定义遭遇巨大挑战。国际天文学联合会大会通过的布朗等人的发现使传统行星定义遭遇巨大挑战。国际天文学联合会大会通过的新行星定义，意在弥合传统的行星概念与新发现的差距。新行星定义，意在弥合传统的行星概念与新发现的差距。 大会通过的决议规定，大会通过的决议规定，“行星行星”指的是围绕太阳运转、自身引力足以克服其刚指的是围绕太阳运转、自身引力足以克服其刚体力而使天体呈圆球状、能够清除其轨道附近其他物体的天体。在太阳系传统的体力而使天体呈圆球状、能够清除其轨道附近其他物体的天体。在太阳系传统的“九大行星九大行星”中，只有水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和

13、海王星中，只有水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星符合这些要求。冥王星由于其轨道与海王星的轨道相交，不符合新的行星定义，符合这些要求。冥王星由于其轨道与海王星的轨道相交，不符合新的行星定义，因此被自动降级为因此被自动降级为“矮行星矮行星”。 冥王星为什么会被冥王星为什么会被“降级降级”？ 21:201930年以来，不少人称太阳系存在第十大行星 2005年7月29日，美国加州理工学院行星科学教授麦克尔布朗宣布发现太阳系中第十颗大行星其命名为“2003UB313”。这颗“行星”距离太阳约146亿公里，3倍于冥王星到太阳距离，是迄今为止发现的太阳系中环绕太阳转动的最远的星体。星体的轨道

14、为椭圆形，环绕太阳周期是560年，最近点距太阳约53亿公里。21:20为了测量某一新发现的行星的半径和质量，一艘宇宙飞船飞近为了测量某一新发现的行星的半径和质量，一艘宇宙飞船飞近它的表面进行实验。飞船在引力作用下进入该行星表面的圆形它的表面进行实验。飞船在引力作用下进入该行星表面的圆形轨道，在绕行中做了第一次测量。绕行数圈后，着陆在该行星轨道，在绕行中做了第一次测量。绕行数圈后，着陆在该行星上，并进行了第二次测量。依据测量的数据，就可以求出该星上，并进行了第二次测量。依据测量的数据，就可以求出该星球的半径和星球的质量。已知万有引力恒量为球的半径和星球的质量。已知万有引力恒量为G G，飞船上备有以，飞船上备有以下实验器材下实验器材 A. A. 一只精确秒表一只精确秒表 B. B. 一个已知质量为一个已知质量为m m的物体的物体 C. C. 一一个弹簧秤个弹簧秤D. D. 一台天平（附砝码）一台天平（附砝码）, ,请根据题意回答以下问题请根据题意回答以下问题：（1 1）第一次测量所选用的实验器材为）第一次测量所选用的实验器材为_测量的物理量是测量的物理量是_（2 2）第二次测量所选用的实验器材为）第二次测量所选用的实验器材为_测量的物理量是测量的物理量是_（3 3）试推导出行星的半径、质量的表达式。（用已知量和测出）试推导出行星的半径、质量的表达式。