高中物理《萬有引力理論的成就》課件一（23張PPT）（新人教版必修2）

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歡迎進入物理課堂 阿基米德在研究杠桿原理后 曾經說過一句什么名言 給我一個支點 我可以撬動地球 討論能通過杠桿原理 天平 測量地球的質量嗎 那我們如何測量巨大的天體質量 萬有引力給我們提供了幫助 一 實驗室稱量地球的質量 地球的質量怎樣稱量 不可能用天平 但是通過萬有引力定律可以 稱量 萬有引力定律怎樣稱量地球的質量呢 一 實驗室稱量地球的質量 若不考慮地球自轉的影響 地面上的物體的重力等于地球對它的引力 mg G M 其中g R在卡文迪許之前已經知道 而卡文迪許測出G后 就意味著我們也測出了地球的質量 卡文迪許把他自己的實驗說成是 稱量地球的重量 是不無道理的 問題 我們?yōu)槭裁床豢紤]地球自傳的影響呢 卡文迪許被稱為 第一個稱量地球質量的人 地球表面物體的重力與地球對物體的萬有引力的關系 一 實驗室稱量地球的質量 物體m在緯度為 的位置 萬有引力指向地心 分解為兩個分力 m隨地球自轉圍繞地軸運動的向心力和重力 向心力遠小于重力 萬有引力大小近似等于重力 因此通常可以不考慮 忽略 地球自轉的影響 一 實驗室稱量地球的質量 通過萬有引力定律稱量地球的質量 這不能不說是一個奇跡 就連一個外行人 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 竟能贏得那么多收獲 這話雖然出自一位外行人之口 卻道出了科學發(fā)現(xiàn)的精髓 二 計算天體的質量 應用萬有引力公式可算出地球的質量 能否算出太陽的質量 設中心天體太陽質量M 行星質量m 軌道半徑r也是行星與太陽的距離 行星公轉角速度 公轉周期T 則 從中求出太陽的質量 二 計算天體的質量 測出行星的T和r 就可以測出太陽的質量M 不同行星與太陽的距離r和繞太陽公轉的周期T都是各不相同的 但是不同行星的r T計算出來的太陽質量必須是一樣的 上面的公式能否保證這一點 討論 分析 根據(jù)開普勒第三定律 所以 上面的公式能保證這一點 而且我們還可以知道常數(shù)K只和中心天體 太陽 的質量有關 二 計算天體的質量 討論 木星是太陽系中最大的行星 它有眾多衛(wèi)星 通過衛(wèi)星的運動可以精確測得木星的質量 用這個方法測得行星的質量 是否需要知道衛(wèi)星的質量 分析 與行星質量m無關 只能測得中心天體的質量 把被測得天體放在圓心的位置 二 計算天體的質量 練習 計算地球的質量 除了一開始的方法外 還可以怎么求 借助于月球 那么需要知道哪些量 月球繞地球運行的周期T 27 3天 月球與地球的平均距離r 3 84 108m M 5 98 1024kg 二 計算天體的密度 1 若知道天體的半徑為R 則天體的密度 2 若天體的衛(wèi)星環(huán)繞天體表面運動 軌道半徑r等于天體半徑R 則 或 T2 3 G是個常數(shù) 1 某行星表面附近有一顆衛(wèi)星 其軌道半徑可認為近似等于該行星的球體半徑 已測出此衛(wèi)星運行的周期為T 已知萬有引力常量為G 據(jù)此求得該行星的平均密度約為 二 計算天體的密度 2 登月飛行器關閉發(fā)動機后在離月球表面h的空中沿圓形軌道繞月球飛行 周期是T 已知月球半徑是R 引力常量為G 根據(jù)這些數(shù)據(jù)計算月球的平均密度 三 發(fā)現(xiàn)未知天體 萬有引力對研究天體運動有著重要的意義 海王星 冥王星就是這樣發(fā)現(xiàn)的 在18世紀發(fā)現(xiàn)的第七個行星 天王星的運動軌道 總是同根據(jù)萬有引力定律計算出來的有一定偏離 當時有人預測 肯定在其軌道外還有一顆未發(fā)現(xiàn)的新星 后來 亞當斯和勒維列在預言位置的附近找到了這顆新星 后來 科學家利用這一原理還發(fā)現(xiàn)了許多行星的衛(wèi)星 由此可見 萬有引力定律在天文學上的應用 有極為重要的意義 筆尖下發(fā)現(xiàn)的行星 海王星 1846年9月23日由德國的伽勒發(fā)現(xiàn)了海王星 用同樣的方法發(fā)現(xiàn)了冥王星 三 發(fā)現(xiàn)未知天體 美國宇航局 NASA 提供的冥王星 上者 與它的衛(wèi)星的畫面 冥王星為什么會被 降級 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視為行星 而將其列入 矮行星 許多人感到不解 為什么從兒時起就一直熟知的太陽系 九大行星 概念如今要被重新定義 而冥王星又因何被 降級 行星 這個說法起源于希臘語 原意指太陽系中的 漫游者 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 19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 使太陽系的 行星 變成了9顆 此后 九大行星 成為家喻戶曉的說法 不過 新的天文發(fā)現(xiàn)不斷使 九大行星 的傳統(tǒng)觀念受到質疑 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 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 20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 比如 美國天文學家布朗發(fā)現(xiàn)的 2003UB313 就是一個直徑和質量都超過冥王星的天體 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 行星 指的是圍繞太陽運轉 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 九大行星 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 因此被自動降級為 矮行星 冥王星為什么會被 降級 三 發(fā)現(xiàn)未知天體 海王星 冥王星的發(fā)現(xiàn)最終確立了萬有引力定律的地位 也成為科學史上的美談 諾貝爾物理學獎獲得者 物理學家馮 勞厄說 沒有任何東西向牛頓引力理論對行星軌道的計算那樣 如此有力地樹起人們對年輕的物理學的尊敬 從此以后 這門自然科學成了巨大的精神王國 總結 1 在一些天體計算的題目中 常存在著一些隱含條件 應加以利用 如在地球表面物體受到地球的引力近似等于重力 mg G 2 計算天體的質量M是中心天體的 而不是衛(wèi)星本身的質量m 同學們應切記這一點 這節(jié)課我們主要掌握的知識點是 1 萬有引力定律在天文學中的應用 一般有兩條思路 1 F萬有引力 環(huán)繞體所需的向心力 2 地面 或某星球表面 的物體的重力 F萬有引力 2 了解萬有引力定律在天文學中具有的重要意義 小結 課堂練習 1 P74 問題與練習 2課堂作業(yè) P74 問題與練習 1 3 4 7 4萬有引力成就問題與練習參考解答 1 解 在月球表面有 得 6 67 10 11 1 68m s2 g月約為地球表面重力加速度的1 6 在月球上人感覺很輕 習慣在地球表面行走的人 在月球表面行走時是跳躍前進的 2 答 在地球表面 對于質量為m的物體有 得 對于質量不同的物體 得到的結果是相同的 即這個結果與物體本身的質量無關 又根據(jù)萬有引力定律 高山的r較大 所以在高山上的重力加速度g值就較小 3 解 衛(wèi)星繞地球做圓周運動的向心力由地球對衛(wèi)星的萬有引力提供 有 得地球質量 5 9 1024kg 4 解 對于繞木星運行的衛(wèi)星m 有 得 需要測量的量為 木星衛(wèi)星的的公轉周期T和木星衛(wèi)星的的公轉軌道半徑r 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全