高中物理 6.4《萬有引力理論的成就》課件 新人教版必修2.ppt

第六章萬有引力定律 第4節(jié) 萬有引力理論的成就 1 了解萬有引力定律在天文學上的應用 2 會用萬有引力定律計算天體的質(zhì)量和密度 3 掌握綜合運用萬有引力定律和圓周運動學知識分析具體問題的方法 了解行星繞恒星運動及衛(wèi)星繞行星運動的共同點 萬有引力是行星 衛(wèi)星圓周運動的向心力 4 在學習運用萬有引力定律指導發(fā)現(xiàn)未知天體的過程中 認識 體會物理學理論對人類探索認識世界所起的重要作用 通過數(shù)據(jù)分析找到地球表面物體萬有引力與兩個分力 重力和物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心力的大小關(guān)系 得到結(jié)論向心力遠小于重力 萬有引力大小近似等于重力 從而推導地球質(zhì)量的計算表達式 通過對太陽系九大行星圍繞太陽運動的分析 根據(jù)萬有引力作為行星圓周運動的向心力 計算太陽的質(zhì)量 進一步類比聯(lián)想推理到月亮 人造衛(wèi)星圍繞地球圓周運動求地球質(zhì)量等 最后歸納總結(jié)建立模型 中心天體質(zhì)量的計算 培養(yǎng)學生根據(jù)數(shù)據(jù)分析找到事物的主要因素和次要因素的一般過程和方法 培養(yǎng)學生根據(jù)事件的之間相似性采取類比方法分析新問題的能力與方法 培養(yǎng)學生歸納總結(jié)建立模型的能力與方法 G Fn F引 萬有引力與重力 赤道表面重1kg的物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心力 由于物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心力很小 則萬有引力大小近似等于重力 一 科學真是迷人 一百多年前 英國人卡文迪許用他自己設計的扭秤 第一次稱出了地球的質(zhì)量 卡文迪許為什么說自己的實驗是 稱量地球的重量 質(zhì)量 請你解釋一下原因 不考慮地球自轉(zhuǎn)的影響 M是地球質(zhì)量 r是物體距地心的距離 即地球半徑R 重力加速度g和地球半徑R在卡文迪許之前就知道了 一旦測得引力常量G 則可以算出地球質(zhì)量M 稱量地球的重量 例1 設地面附近的重力加速度g 9 8m s2 地球半徑R 6 4 106m 引力常量G 6 67 10 11N m2 kg2 試估算地球的質(zhì)量 科學真是迷人 在實驗室里測量幾個鉛球之間的作用力 就可以稱量地球 這不能不說是一個科學奇跡 難怪一位外行人 著名文學家馬克 吐溫滿懷激情地說 科學真是迷人 根據(jù)零星的事實 增添一點猜想 就能贏得那么多收獲 二 計算天體的質(zhì)量 月球繞地球做勻速圓周運動 需要條件 月球線速度v月球軌道半徑r 需要條件 月球角速度 月球軌道半徑r 需要條件 月球公轉(zhuǎn)周期T月球軌道半徑r 例2 把地球繞太陽的公轉(zhuǎn)看作是勻速圓周運動 軌道半徑約為1 5 1011km 已知引力常量G 6 67 10 11N m2 kg2 則可估算出太陽的質(zhì)量約為kg 解 地球繞太陽運轉(zhuǎn)周期 T 365 24 60 60s 3 15 107s地球繞太陽做勻速圓周運動的向心力由萬有引力提供 例3 宇航員站在一個星球表面上的某高處h自由釋放一小球 經(jīng)過時間t落地 該星球的半徑為R 你能求解出該星球的質(zhì)量嗎 解 由星球表面附近重力等于萬有引力得 解得 釋放小球后小球做勻加速運動 故星球質(zhì)量為 海王星的軌道由英國的劍橋大學的學生亞當斯和法國年輕的天文愛好者勒維耶各自獨立計算出來 1846年9月23日晚 由德國的伽勒在勒維耶預言的位置附近發(fā)現(xiàn)了這顆行星 人們稱其為 筆尖下發(fā)現(xiàn)的行星 三 發(fā)現(xiàn)未知天體 海王星 冥王星的發(fā)現(xiàn) 科學史上的一段佳話 當時有兩個青年 英國的亞當斯和法國的勒維耶在互不知曉的情況下分別進行了整整兩年的工作 1845年亞當斯先算出結(jié)果 但格林尼治天文臺卻把他的論文束之高閣 1846年9月18日 勒維耶把結(jié)果寄到了柏林 卻受到了重視 柏林天文臺的伽勒于1846年9月23日晚就進行了搜索 并且在離勒維耶預報位置不遠的地方發(fā)現(xiàn)了這顆新行星 海王星的發(fā)現(xiàn)使哥白尼學說和牛頓力學得到了最好的證明 海王星發(fā)現(xiàn)之后 人們發(fā)現(xiàn)它的軌道也與理論計算的不一致 于是幾位學者用亞當斯和勒維耶列的方法預言另一顆行星的存在 在預言提出之后 1930年3月14日 湯博發(fā)現(xiàn)了這顆行星 冥王星 r為軌道半徑 R為中心天體的半徑 衛(wèi)星在天體表面工作 r R 1 飛船在某行星表面附近沿圓軌道繞該行星飛行 認為行星是密度均勻的球體 要確定該行星的密度 只需要測量 A 飛船的軌道半徑B 飛船的質(zhì)量C 飛船的運行周期D 行星的質(zhì)量 AC 2 設行星繞恒星的運動軌道是圓 則其運行周期T的平方與其運動軌道半徑R的三次方之比為常量 那么k的大小 A 只與行星質(zhì)量有關(guān)B 只與恒星質(zhì)量有關(guān)C 與行星及恒星的速度都有關(guān)D 以上都不正確 B 3 火箭在高空某處所受的萬有引力為它在地面處所受引力的一半 則火箭離地面的高度應是地球半徑的多少倍