高中物理《萬有引力理論的成就》課件3（17張PPT）（新人教版必修2）

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歡迎進入物理課堂 萬有引力理論的成就 知識目標 1 進一步掌握萬有引力定律的內(nèi)容 2 能應用這個定律進行計算一些比較簡單的天體問題 重點 萬有引力定律的應用 難點 萬有引力定律的應用思路 復習 萬有引力定律 自然界中任何兩物體都是相互吸引的 引力的大小跟這兩個物體質(zhì)量的乘積成正比 跟它們的距離的二次方成反比 2 公式 F 1 內(nèi)容 式中 m1和m2為兩物體的質(zhì)量r為兩物體的距離G引力常數(shù)為6 67 10 11N m2 kg2 G 萬有引力定律揭示了天體運動的規(guī)律 是研究天體運動的重要理論基礎 萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)對天文學的發(fā)展起了很大的推動作用 取得了重大的成就 下面我們舉例來說明萬有引力定律在天文學上的應用 引入新課 科學真是迷人 稱量地球的重量 若不考慮地球自轉(zhuǎn)的影響 地面上質(zhì)量為m的物體所受的重力mg等于地球?qū)ξ矬w的引力 即 式中M是地球的質(zhì)量 R是地球的半徑 也就是物體到地心的距離 由此解出 星球表面重力加速度的關系 設甲星球質(zhì)量為m1 半徑為r1 表面重力加速度為a1 乙星球質(zhì)量為m2 半徑為r2 表面重力加速度為a2 若一物體質(zhì)量為m 在星球表面所受的重力ma等于星球?qū)υ撐矬w的引力 設M為太陽 或某一天體 的質(zhì)量 m是行星 或某一衛(wèi)星 的質(zhì)量 r是行星 或衛(wèi)星 的軌道半徑 T是行星 或衛(wèi)星 繞太陽 或天體 公轉(zhuǎn)的周期 F需 mr 2 mr 2 1 而行星運動的向心力由萬有引力提供 即 F供 2 由 1 2 可得 M 計算天體的質(zhì)量 以地球繞太陽公轉(zhuǎn)為例 地球繞太陽運轉(zhuǎn)的軌道半徑 r 1 5 1011m 公轉(zhuǎn)周期一年 T 3 16 107s 代入M 得 M 2 0 1030kg 注 在此求不出運動天體本身的質(zhì)量 求中心天體的密度 分析與解答 數(shù)學公式提示 球的體積V 假設中心天體為質(zhì)量分布均勻的球體 并設其半徑為R 體積為V 密度為 則有 天體質(zhì)量M V 另有天體質(zhì)量M 1 2 由 1 2 得到 當m繞M表面運動時 r R 則上式 可表示為 或者表示為 T2 為常數(shù) 所以當m繞M表面運動時 只須測出其運動周期T 就能測出天體的密度 見課時作業(yè)29 p75 第2 3 5題 1 現(xiàn)象 問題的發(fā)現(xiàn)天文學家在用牛頓的引力理論分析天王星運動時 發(fā)現(xiàn)單用大陽和其他行星對它的引力作用 并不能圓滿地作出解釋 用萬有引力定律計算出來的天王星的軌道與實際觀測到的結果不相符 發(fā)生了偏離 2 兩種觀點 猜想與假設一是萬有引力定律不準確 二是萬有引力定律沒有問題 只是天王星軌道外有未知的行星吸引天王星 使其軌道發(fā)生偏離 發(fā)現(xiàn)未知天體 3 亞當斯和勒維耶的計算及預言 科學推理 亞當斯和勒維耶相信未知行星的存在 根據(jù)天王星的觀測資料 各自獨立地利用萬有引力定律計算出這顆 新 行星的軌道 4 伽勒的發(fā)現(xiàn) 實踐檢驗1846年 德國科學家伽勒在勒維耶預言的位置附近發(fā)現(xiàn)了海王星 和預言的位置只差1度 1930年 湯姆根據(jù)洛韋爾對海王星軌道異常的分析 發(fā)現(xiàn)了冥王星 海王星 冥王星的發(fā)現(xiàn) 進一步地證明了萬有引力定律的正確性 1 根據(jù)引力常數(shù)G和下列各組數(shù)據(jù) 能計算出地球質(zhì)量的是 A 地球繞太陽運行的周期及地球離太陽的距離B 月球繞地球運行的周期及月球離地球的距離C 人造地球衛(wèi)星在地面附近繞行的速度及運行周期D 若不考慮地球自轉(zhuǎn) 已知地球的半徑及重力加速度 BCD 2 2001年10月22日 歐洲航天局由衛(wèi)星觀測發(fā)現(xiàn)銀河系中心存在一個超大型黑洞 命名為MCG6 30 15 由于黑洞的強大引力 周圍物質(zhì)大量掉入黑洞 假定銀河系中心僅此一個黑洞 已知太陽系繞銀河系中心勻速運轉(zhuǎn) 下列哪一組數(shù)據(jù)可估算該黑洞的質(zhì)量 A 地球繞太陽公轉(zhuǎn)的周期和速度B 太陽的質(zhì)量和運行速度C 太陽質(zhì)量和到MCG6 30 15的距離D 太陽運行速度和到MCG6 30 15的距離 D 3 下列說法中正確的是 A 天王星偏離根據(jù)萬有引力計算的軌道 是由于天王星受到軌道外面其他行星的引力作用B 只有海王星是人們依據(jù)萬有引力定律計算軌道而發(fā)現(xiàn)的C 天王星是人們依據(jù)萬有引力定律計算軌道而發(fā)現(xiàn)的D 以上均不正確 解析 1781年3月13日晚 恒星天文學之父 赫歇耳用自制的大望遠鏡發(fā)現(xiàn)天王星 海王星是繼天王星之后發(fā)現(xiàn)的第二顆新行星 但與天王星不同 海王星的發(fā)現(xiàn)是神機妙算的結果 同理 冥王星也是天文學家分析推算出來的 A 課堂小結 1 研究天體運動應用公式 F GMm r2 掌握公式的變形 2 測量天體質(zhì)量M或天體密度 天體質(zhì)量 M 4 2r3 GT2 天體密度 3 r3 GT2R3若衛(wèi)星在天體表面運行 則r R 而有 3 GT2 3 研究天體表面物體重力的應用公式 mg GMm R2 4 解決天體問題的兩條思路 萬有引力提供向心力 GMm r2 mv2 r 重力等于其所受的萬有引力 mg GMm R2 再見 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