高中物理-万有引力理论的成就教学课件设计

第六章万有引力与航天第4节：万有引力理论的成就1.内容：2.公式：(1)m1、m2──两物体的质量(2)r

──两物体间的距离(3)G

──比例系数，叫引力常量，适用于任何物体，G

的国际单位N·m2/kg2，万有引力定律自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的方向在它们的连线上，引力的大小与物体的质量m1和m2的乘积成正比，与它们之间距离r的二次方成反比。

万有引力定律揭示了天体运动的规律，是研究天体运动的重要理论基础。万有引力定律的发现对天文学的发展起到了巨大的推动作用，尤其在天体物理学计算、天文观测、卫星发射和回收等天文活动中，万有引力定律可称为最有力的工具。

卫星在飞行的过程中，地面工作人员根据卫星离地面的高度，就可以判断卫星的飞行速度。思考：你知道他们是怎么计算出的吗？θGFnF引R万有引力与重力万有引力F引

重力G=mg向心力赤计算赤道表面重1kg的物体随地球自转的向心力物体随地球自转的向心力很小,则万有引力大小近似等于重力。θGFnF引R一、地球质量的测量一百多年前，英国人卡文迪许用他自己设计的扭秤，“第一次称出了地球的质量”。rFrFmm´mm´卡文迪许为什么说自己的实验是“称量地球的重量

(质量)”，请你解释一下原因。不考虑地球自转的影响M是地球质量，r

是物体距地心的距离，即地球半径R

背景：重力加速度g

和地球半径R

在卡文迪许之前就知道了，一旦测得引力常量G，则可以算出地球质量M。称量地球的重量例1.设地面附近的重力加速度g=9.8m/s2，地球半径R=6.4×106m，引力常量G=6.67×10─11N•m2/kg2，试估算地球的质量。科学真是迷人

在实验室里测量几个铅球之间的作用力，就可以称量地球，这不能不说是一个科学奇迹。难怪一位外行人、著名文学家马克·吐温满怀激情地说：“科学真是迷人，根据零星的事实，增添一点猜想，就能赢得那么多收获！”探究2：地球作匀速圆周运动的向心力是由什么力来提供的？rMmF地球作圆周运动的向心力是由太阳对地球的万有引力来提供的。探究1：太阳质量如何测量？二、计算天体的质量二、计算天体的质量需要条件：地球线速度

v地球轨道半径r

需要条件：地球角速度

ω地球轨道半径r

需要条件：地球公转周期T地球轨道半径r

建立模型：设质量为m的地球绕质量为M的太阳做半径为r的匀速圆周运动。例2.把地球绕太阳的公转看作是匀速圆周运动，轨道半径r约为1.5×1011km，已知引力常量

G=6.67×10－11N·m2/kg2，则可估算出太阳的质量约为

kg。解：地球绕太阳运转周期:T=365×24×60×60s=3.15×107s地球绕太阳做匀速圆周运动的向心力由万有引力提供。1.物体在天体表面时受到的重力等于万有引力g:天体表面的重力加速度R:天体的半径方法总结：计算天体质量的两条基本思路交流思考：你能求出天体的密度吗？2.行星（或卫星）做匀速圆周运动，万有引力提供所需的向心力求出中心天体的质量！方法总结：计算天体质量的两条基本思路得，或或交流谈论：你能求出中心天体的密度吗？

畅想一下，假如2050年你被选为宇航员被送到月球上，给你的任务之一是测量月球的质量，请你设计一份能完成这次任务的实施方案。活动探究3：例3.宇航员站在一个星球表面上的某高处

h自由释放一小球，经过时间

t落地，该星球的半径为r，你能求解出该星球的质量吗？解：由星球表面附近重力等于万有引力得解得：释放小球后小球做匀加速运动故星球质量为三、天体运行的各物理量与轨道半径的关系模型建立：设质量为m的天体绕另一质量为M的中心天体做半径为r的匀速圆周运动。以上结论可总结为“一定四定，越远越慢”。交流讨论：通过以上公式，你可以得出什么样的结论？1.(多选)如图所示，飞船从轨道1变轨至轨道2。若飞船在两轨道上都做匀速圆周运动，不考虑质量变化，相对于在轨道1上，飞船在轨道2上的A.速度大

B.向心加速度大C.运行周期长

D.角速度小图3（CD）

海王星的轨道由英国的剑桥大学的学生亚当斯和法国年轻的天文爱好者勒维耶各自独立计算出来。1846年9月23日晚，由德国的伽勒在勒维耶预言的位置附近发现了这颗行星，人们称其为“笔尖下发现的行星”。四、发现未知天体——海王星、冥王星的发现科学史上的一段佳话

当时有两个青年——英国的亚当斯和法国的勒维耶在互不知晓的情况下分别进行了整整两年的工作。1845年亚当斯先算出结果，但格林尼治天文台却把他的论文束之高阁。1846年9月18日，勒维耶把结果寄到了柏林，却受到了重视。柏林天文台的伽勒于1846年9月23日晚就进行了搜索，并且在离勒维耶预报位置不远的地方发现了这颗新行星。海王星的发现使哥白尼学说和牛顿力学得到了最好的证明。海王星的发现

海王星发现之后，人们发现它的轨道也与理论计算的不一致。有人推测在天王星外边肯定还有一颗未发现的行星，它对天王星的吸引使其轨道产生了偏离。于是几位学者用亚当斯和勒维耶的方法预言另一颗行星