人教版高一年級必修2第6章第4節(jié)《萬有引力理論的成就》課件(29張)

1、21:206-46-4萬有引力理論的成就萬有引力理論的成就21:20 行星行星21:20太陽系太陽系21:20此時，我們現(xiàn)在沒有理由不相信是牛頓先生在駕駛飛船！此時，我們現(xiàn)在沒有理由不相信是牛頓先生在駕駛飛船！5卡文迪許卡文迪許被稱為能被稱為能稱出地球質(zhì)量稱出地球質(zhì)量的人的人地球的質(zhì)量怎樣稱量地球的質(zhì)量怎樣稱量?一、 計算地球的質(zhì)量 17891789年，英國物理學家卡文迪許年，英國物理學家卡文迪許在實驗室測出了引力常量，成為在實驗室測出了引力常量，成為“稱稱”出地球質(zhì)量的第一人。出地球質(zhì)量的第一人。2RmMGmg地GgRM2地 由于地球自轉(zhuǎn)對物體的影響很小，我們可以不考慮地球自轉(zhuǎn)的影響，近似認

2、為地面上物體的重力就等于地球與物體間的地面上物體的重力就等于地球與物體間的萬有引力。萬有引力。萬有引力定律稱量地球質(zhì)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地球半徑：地球半徑：R R = 6400km= 6400km引力常量：引力常量：= 6.67= 6.671010-11-11NmNm2 2/kg/kg2 2 得地球質(zhì)量 M= 6.0= 6.010102424kgkgGgRM2代入算一算算一算馬克吐溫： 科學真是迷人。根據(jù)零星的事實，增添一點猜想，竟能贏得那么多的收獲！例例: 宇航員站在一個星球表面上的附近某宇航員站在一個星球表面上的附近某 高

3、處高處h自由釋放一小球，經(jīng)過時間自由釋放一小球，經(jīng)過時間t落落 地，該星球的半徑為地，該星球的半徑為r，你能求解，你能求解 出該星球的質(zhì)量嗎？出該星球的質(zhì)量嗎？ 1. 地面上物體的重力 嚴格地：緯度增大 mg增大 高度增大 mg減小 近似地：2RMmGmg 2.離星球表面h高處物體的重力 2)(hRMmGmg2RGMg 222)()(hRgRhRGMg21:20例例:一物體在地球表面的重力為一物體在地球表面的重力為16N,它它在以在以5m/s2加速上升的火箭中視重為加速上升的火箭中視重為9N,則此時火箭離地球表面的距離為則此時火箭離地球表面的距離為地球半徑的多倍地球半徑的多倍?(g=10m/s

4、2)H=3R21:20行星的運動21:20測出某行星的公轉(zhuǎn)周期T、軌道半徑r能不能由此求出太陽的質(zhì)量M？分析：1.將行星的運動看成是勻速圓周運動.2.萬有引力萬有引力提供向心力 F引=Fn.rTmrMmG22242324GTrM思考思考：不同行星與太陽的距離不同行星與太陽的距離r和繞太陽公轉(zhuǎn)的周和繞太陽公轉(zhuǎn)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計算出來的太陽計算出來的太陽質(zhì)質(zhì)量必須是一樣的！上面這個公式能保證這一點嗎？量必須是一樣的！上面這個公式能保證這一點嗎？中心中心天體天體繞繞行行天天體體注意：此方法只能求解中心天體的質(zhì)量，不能求解環(huán)繞天體的質(zhì)量。rTmrMm

5、G22242324GTrM二、計算中心天體的質(zhì)量中心思想：中心思想：nFF 引神舟五號飛船軌道半徑6700km.環(huán)繞地球繞一圈所花時間為90min.地球質(zhì)量地球質(zhì)量 M M= 6.0= 6.010102424kgkg2324GTrM地例例：如果我們能測出月球表面的加：如果我們能測出月球表面的加速度速度g月月，月球的半徑，月球的半徑R和月球繞地和月球繞地球運轉(zhuǎn)的周期球運轉(zhuǎn)的周期T，就能根據(jù)萬有引力，就能根據(jù)萬有引力定律定律“稱量稱量”月球的質(zhì)量了已知月球的質(zhì)量了已知引力常量引力常量G，用，用M表示月球的質(zhì)量，表示月球的質(zhì)量，關于月球質(zhì)量，下列各式正確的是關于月球質(zhì)量，下列各式正確的是()例題：未

6、來的某一天，你成了宇航員，搭乘未來的某一天，你成了宇航員，搭乘“英雄英雄”號火星探測器飛近火星，并進入號火星探測器飛近火星，并進入靠近火星表面的圓形軌道將進行預定的考靠近火星表面的圓形軌道將進行預定的考察工作，你能不能僅用一只表通過測定時察工作，你能不能僅用一只表通過測定時間來測定火星的密度？說明理由及推導間來測定火星的密度？說明理由及推導過程過程. . 怎樣計算天體的密度？例：已知地球的一顆人造衛(wèi)星的運行周期為周期為 T T 、軌道半徑為軌道半徑為 r r ，地球的半徑地球的半徑 R R ，求地球密度？2324rMGT得：222MmGmrrT解解：當衛(wèi)星在行星表面做近地當衛(wèi)星在行星表面做近地

7、運行時，可近似認為運行時，可近似認為 R = rR = r23GT3233RGTrVM解得：球體體積公式：334RV小結(jié)：小結(jié)： nFF引萬有引力定律在天文學中的應用，一般有兩條思路：萬有引力定律在天文學中的應用，一般有兩條思路：(2) (2) 環(huán)繞天體所需向心力由中心天體對環(huán)繞天體的萬有引力提供環(huán)繞天體所需向心力由中心天體對環(huán)繞天體的萬有引力提供(1) (1) 地面（或某星球表面）的物體的重力近似等于萬有引力地面（或某星球表面）的物體的重力近似等于萬有引力2RmMGmg rTmrmrMmG222)2(21三、發(fā)現(xiàn)未知天體(閱讀)問題1:應用萬有引力定律除可以計算天體的質(zhì)量外,還可以在天文學上

8、有什么作用?問題2:應用萬有引力定律發(fā)現(xiàn)了哪些行星?問題3:人們是怎樣應用萬有引力定律來發(fā)現(xiàn) 未知天體的?21:20亞當斯亞當斯英國勒維耶勒維耶法國發(fā)現(xiàn)天王發(fā)現(xiàn)天王星軌道偏星軌道偏離離理論計算預測理論計算預測新行星軌道新行星軌道實際觀測實際觀測驗證結(jié)果驗證結(jié)果理論軌道理論軌道實際軌道實際軌道21:20用萬有引力定律發(fā)現(xiàn)未知天體1、1781年人們發(fā)現(xiàn)了天王星的運行軌道與萬有引力定律推測的結(jié)果有一些偏差 1845年英國亞當斯和法國天文學家勒維耶據(jù)各自獨立用萬有引力定律計算出“海王星”的軌道。 1846年9月23日德國伽勒發(fā)現(xiàn)了“海王星”。2、1705年英國哈雷計算了 “哈雷彗星”的軌道并正確預言了

9、它的回歸。3、1930年3月14日人們發(fā)現(xiàn)了 “冥王星”。海王星海王星海王星地貌海王星地貌冥王星與其衛(wèi)星冥王星與其衛(wèi)星美國美國2001年年發(fā)射，并發(fā)射，并于于2006至至2008年訪問冥年訪問冥王星的宇王星的宇宙飛船宙飛船 國際天文學聯(lián)合會大會國際天文學聯(lián)合會大會24日投票決定，不再將傳統(tǒng)九大行星之一的冥王星日投票決定，不再將傳統(tǒng)九大行星之一的冥王星視為行星，而將其列入視為行星，而將其列入“矮行星矮行星”。許多人感到不解，為什么從兒時起就一直熟許多人感到不解，為什么從兒時起就一直熟知的太陽系知的太陽系“九大行星九大行星”概念如今要被重新定義，而冥王星又因何被概念如今要被重新定義，而冥王星又因何

10、被“降級降級”？ “行星行星”這個說法起源于希臘語，原意指太陽系中的這個說法起源于希臘語，原意指太陽系中的“漫游者漫游者”。近千年來，。近千年來，人們一直認為水星、金星、地球、火星、木星和土星是太陽系中的標準行星。人們一直認為水星、金星、地球、火星、木星和土星是太陽系中的標準行星。19世紀后，世紀后，天文學家陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了天王星、海王星和冥王星天文學家陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了天王星、海王星和冥王星，使太陽系的使太陽系的“行星行星”變變成了成了9顆顆。此后，。此后，“九大行星九大行星”成為家喻戶曉的說法。成為家喻戶曉的說法。 不過，新的天文發(fā)現(xiàn)不斷使不過，新的天文發(fā)現(xiàn)不斷使“九大行星九大行星”的傳統(tǒng)觀念受到質(zhì)疑。

11、天文學家先后的傳統(tǒng)觀念受到質(zhì)疑。天文學家先后發(fā)現(xiàn)冥王星與太陽系其他行星的一些不同之處。發(fā)現(xiàn)冥王星與太陽系其他行星的一些不同之處。冥王星所處的軌道在海王星之外冥王星所處的軌道在海王星之外，屬于太陽系外圍的柯伊伯帶，這個區(qū)域一直是太陽系小行星和彗星誕生的地方，屬于太陽系外圍的柯伊伯帶，這個區(qū)域一直是太陽系小行星和彗星誕生的地方。20世紀世紀90年代以來，天文學家發(fā)現(xiàn)柯伊伯帶有更多圍繞太陽運行的大天體。年代以來，天文學家發(fā)現(xiàn)柯伊伯帶有更多圍繞太陽運行的大天體。比如，美國天文學家布朗發(fā)現(xiàn)的比如，美國天文學家布朗發(fā)現(xiàn)的“2003UB313”，就是一個直徑和質(zhì)量都超過冥，就是一個直徑和質(zhì)量都超過冥王星的天

12、體。王星的天體。 布朗等人的發(fā)現(xiàn)使傳統(tǒng)行星定義遭遇巨大挑戰(zhàn)。國際天文學聯(lián)合會大會通過的布朗等人的發(fā)現(xiàn)使傳統(tǒng)行星定義遭遇巨大挑戰(zhàn)。國際天文學聯(lián)合會大會通過的新行星定義，意在彌合傳統(tǒng)的行星概念與新發(fā)現(xiàn)的差距。新行星定義，意在彌合傳統(tǒng)的行星概念與新發(fā)現(xiàn)的差距。 大會通過的決議規(guī)定，大會通過的決議規(guī)定，“行星行星”指的是圍繞太陽運轉(zhuǎn)、自身引力足以克服其剛指的是圍繞太陽運轉(zhuǎn)、自身引力足以克服其剛體力而使天體呈圓球狀、能夠清除其軌道附近其他物體的天體。在太陽系傳統(tǒng)的體力而使天體呈圓球狀、能夠清除其軌道附近其他物體的天體。在太陽系傳統(tǒng)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這些要求。冥王星由于其軌道與海王星的軌道相交，不符合新的行星定義，符合這些要求。冥王星由于其軌道與海王星的軌道相交，不符合新的行星定義，因此被自動降級為因此被自動降級為“矮行星矮行星”。 冥王星為什么會被冥王星為什么會被“降級降級”？ 21:201930年以來，不少人稱太陽系存在第十大行星 2005年7月29日，美國加州理工學院行星科學教授麥克爾布朗宣布發(fā)現(xiàn)太陽系中第十顆大行星其命名為“2003UB313”。這顆“行星”距離太陽約146億公里，3倍于冥王星到太陽距離，是迄今為止發(fā)現(xiàn)的太陽系中環(huán)繞太陽轉(zhuǎn)動的最遠的星體。星體的軌道

14、為橢圓形，環(huán)繞太陽周期是560年，最近點距太陽約53億公里。21:20為了測量某一新發(fā)現(xiàn)的行星的半徑和質(zhì)量，一艘宇宙飛船飛近為了測量某一新發(fā)現(xiàn)的行星的半徑和質(zhì)量，一艘宇宙飛船飛近它的表面進行實驗。飛船在引力作用下進入該行星表面的圓形它的表面進行實驗。飛船在引力作用下進入該行星表面的圓形軌道，在繞行中做了第一次測量。繞行數(shù)圈后，著陸在該行星軌道，在繞行中做了第一次測量。繞行數(shù)圈后，著陸在該行星上，并進行了第二次測量。依據(jù)測量的數(shù)據(jù)，就可以求出該星上，并進行了第二次測量。依據(jù)測量的數(shù)據(jù)，就可以求出該星球的半徑和星球的質(zhì)量。已知萬有引力恒量為球的半徑和星球的質(zhì)量。已知萬有引力恒量為G G，飛船上備有以，飛船上備有以下實驗器材下實驗器材 A. A. 一只精確秒表一只精確秒表 B. B. 一個已知質(zhì)量為一個已知質(zhì)量為m m的物體的物體 C. C. 一一個彈簧秤個彈簧秤D. D. 一臺天平（附砝碼）一臺天平（附砝碼）, ,請根據(jù)題意回答以下問題請根據(jù)題意回答以下問題：（1 1）第一次測量所選用的實驗器材為）第一次測量所選用的實驗器材為_測量的物理量是測量的物理量是_（2 2）第二次測量所選用的實驗器材為）第二次測量所選用的實驗器材為_測量的物理量是測量的物理量是_（3 3）試推導出行星的半徑、質(zhì)量的表達式。（用已知量和測出）試推導出行星的半徑、質(zhì)量的表達式。