【物理】万有引力理论的成就课件 2023-2024学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

3万有引力理论的成就第七章万有引力与宇宙航行导入新课

我们在上节课中知道了太阳吸引行星的力、地球吸引月球的力与地球吸引其他物体的力都遵循相同的规律，进而推广到所有的物体之间存在万有引力。但是一个假说能被公认为自然界普遍适用的规律一定要经受住各种实验和自然现象的检验。万有引力是如何被所有科学家承认并奉为圭臬的呢？一、重力和万有引力的关系☆情境导入牛顿在《自然哲学的数学原理》一书中写道：“今天，有些到遥远的国家做天文观测的天文学家发现，摆钟在赤道附近的确比在我们这里走得慢些······

”根据摆钟的周期公式你能否分析出为何在地球的不同位置，摆钟的周期不同呢？l为单摆的摆长，长度已知☆交流讨论一、重力和万有引力的关系1、静止在两极上的物体，如果以地面为参考系，物体受几个力？力与力之间满足什么关系？2、静止在赤道上的物体，如果以无穷远处的一个星系（可以认为是绝对静止）为参考系，物体处于什么运动状态？受几个力，力与力之间满足什么关系？一、重力和万有引力的关系3、根据以上讨论，你能得出重力和万有引力是什么关系？重力是万有引力的一个分力，与支持力为平衡力，万有引力的另一个分力为物体跟随地球自转提供所需的向心力。θFnRMGmwrF引一、重力和万有引力的关系4、已知地球的半径为6400km，计算一个1kg的静止在赤道上的物体重力和向心力的大小，根据计算结果能得到什么结论。向心力远小于重力，在粗略的计算中可以忽略地球自转引起的向心力，近似认为万有引力等于重力，即一、重力和万有引力的关系5、根据以上讨论的关系，想一想怎样表示出地球的质量和密度？一、重力和万有引力的关系6、静止在两极处的物体受力和赤道上的物体有何不同？重力加速度大小如何变化？静止在两极处的物体转动半径为零，因此不需要向心力，即万有引力完全等于重力。在赤道上重力是万有引力的一个分力；由于地球两极稍扁，赤道略鼓，在赤道处的线速度最大，需要的向心力最大，所需向心力逐渐向两极减小，所以g在两极处最大，赤道最小。1、静止在地面的物体，万有引力的一个分力提供其随地球自转所需的向心力，另一个分力为重力。2、在近似计算中可以忽略地球自转，认为万有引力大小

等于重力，满足☆梳理深化一、重力和万有引力的关系地球的密度☆巩固提升例1、假设地球可视为质量均匀分布的球体，已知地球表面重力加速度在两极的大小为g0，赤道的大小为g；地球自转的周期为T，引力常量为G．则地球的密度为（）一、重力和万有引力的关系B解析：根据万有引力和重力的关系，在赤道在两极，地球的密度一、重力和万有引力的关系练习1、一宇航员为了估测一星球的质量，他在该星球的表面做自由落体实验：让小球在离地面h高处自由下落，他测出经时间t小球落地，又已知该星球的半径为R，试估算该星球的质量。根据得解：忽略星球自转的影响，于是☆情境导入二、计算太阳的质量在上一环节中我们通过万有引力计算出了地球的质量，这是万有引力的一个重大成就。能否用类似的方法计算出太阳的质量呢？☆交流讨论二、计算太阳的质量1、写出地球围绕太阳公转时地球的动力学方程，并明确方程中各物理量的物理意义。二、计算太阳的质量2、根据方程写出太阳质量的表达式，想一想若想求出太阳的质量，需要知道哪些物理量？二、计算太阳的质量3、查阅相关资料，试着求出太阳的质量在类似于行星—太阳这样的系统中，环绕中心天体做圆周运动的天体所需的向心力由万有引力提供，根据关系：☆梳理深化二、计算太阳的质量如果已知天体运动的周期、环绕天体和中心天体的距离以及万有引力常量，可以计算出中心天体的质量。例2、土星最大的卫星叫“泰坦”（如图），每16天绕土星一周，其公转轨道半径约为1.2×106km，已知引力常量G=6.67×10-11N·m2/kg2，则土星的质量约为（

）☆巩固提升二、计算太阳的质量B二、计算太阳的质量练习2、(多选)2017年，人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波．根据科学家们复原的过程，在两颗中子星合并前约100s时，它们相距400km，绕二者连线上的某点每秒转动12圈。将两颗中子星都看作是质量均匀分布的球体，由这些数据、万有引力常量并利用牛顿力学知识，可以估算出这一时刻两颗中子星（）A．质量之积 B．质量之和C．速率之和 D．各自的自转角速度BC2、曾经人们观测到的太阳系最外围的行星是天王星，但是天王星实际运行的轨迹与万有引力计算的结果并不相符，此时理论与实际观测出现了矛盾，应该怎样用科学的方法对待这种矛盾？1、在地球上，每隔76~79年，就会观测到一颗明亮的星体，这是同一颗星体还是不同的星体？三、万有引力的其他成就☆情境导入☆交流讨论观看视频，体会万有引力的巨大成就三、万有引力的其他成就☆梳理深化三、万有引力的其他成就1、海王星的发现和哈雷彗星的“按时回归”确立了万有引力定律的地位。2、牛顿还用月球和太阳的万有引力解释了潮汐现象3、牛顿用万有引力定律和其他力学定律，推测地球呈赤道处略为隆起的扁平形状☆巩固提升

例3.（多选）组成星球的物质是靠引力吸引在一起的，这样的星球有一个最大的自转速率。如果超过了该速率，星球的万有引力将不足以维持其赤道附近的物体做圆周运动。由此能得到半径为R、密度为ρ、质量为M且均匀分布的星球的最小自转周期T。则最小自转周期T的下列表达式中正确的是（

）三、万有引力的其他成就AD课堂小结小结

123重力和引力的的关系计算太阳的质量万有引力的其他成就课外拓展——潮汐的形成

潮汐是由月球、太阳等天体的引力随相对地球的位置的变化而引起的。例如当月亮在南中天时引力变大，而地球的另一侧则相对减小，海水被吸引到引力大的一侧形成涨潮。太阳的质量为月球的2500万倍，但是比月亮离地球的距离远400倍，所以引发潮汐的引力只有月亮的一半，而这种引力只有地球重力的1/900万左右。课外拓展——潮汐的形成月球的公转周期为24小时50分，所以一日两次的涨落潮间隔为12小时25分。当月球和太阳在同一方向时潮汐变大，称为“大潮”。相对地球而言，月