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(jìn)入物理課堂 阿基米德在研究杠桿原理后 曾經(jīng)說過一句什么名言 給我一個(gè)支點(diǎn) 我可以撬動(dòng)地球 討論能通過杠桿原理 天平 測(cè)量地球的質(zhì)量嗎 那我們?nèi)绾螠y(cè)量巨大的天體質(zhì)量 萬有引力給我們提供了幫助 一 實(shí)驗(yàn)室稱量地球的質(zhì)量 地球的質(zhì)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(zhì)量呢 一 實(shí)驗(yàn)室稱量地球的質(zhì)量 若不考慮地球自轉(zhuǎn)的影響 地面上的物體的重力等于地球?qū)λ囊?mg G M 其中g(shù) R在卡文迪許之前已經(jīng)知道 而卡文迪許測(cè)出G后 就意味著我們也測(cè)出了地球的質(zhì)量 卡文迪許把他自己的實(shí)驗(yàn)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(gè)稱量地球質(zhì)量的人 地球表面物體的重力與地球?qū)ξ矬w的萬有引力的關(guān)系 一 實(shí)驗(yàn)室稱量地球的質(zhì)量 物體m在緯度為 的位置 萬有引力指向地心 分解為兩個(gè)分力 m隨地球自轉(zhuǎn)圍繞地軸運(yùn)動(dòng)的向心力和重力 向心力遠(yuǎn)小于重力 萬有引力大小近似等于重力 因此通?？梢圆豢紤] 忽略 地球自轉(zhuǎn)的影響 一 實(shí)驗(yàn)室稱量地球的質(zhì)量 通過萬有引力定律稱量地球的質(zhì)量 這不能不說是一個(gè)奇跡 就連一個(gè)外行人 著名文學(xué)家馬克 吐溫滿懷激情地說 科學(xué)真是迷人 根據(jù)零星的事實(shí) 增添一點(diǎn)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(xué)發(fā)現(xiàn)的精髓 二 計(jì)算天體的質(zhì)量 應(yīng)用萬有引力公式可算出地球的質(zhì)量 能否算出太陽的質(zhì)量 設(shè)中心天體太陽質(zhì)量M 行星質(zhì)量m 軌道半徑r也是行星與太陽的距離 行星公轉(zhuǎn)角速度 公轉(zhuǎn)周期T 則 從中求出太陽的質(zhì)量 二 計(jì)算天體的質(zhì)量 測(cè)出行星的T和r 就可以測(cè)出太陽的質(zhì)量M 不同行星與太陽的距離r和繞太陽公轉(zhuǎn)的周期T都是各不相同的 但是不同行星的r T計(jì)算出來的太陽質(zhì)量必須是一樣的 上面的公式能否保證這一點(diǎn) 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(diǎn) 而且我們還可以知道常數(shù)K只和中心天體 太陽 的質(zhì)量有關(guān) 二 計(jì)算天體的質(zhì)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(yùn)動(dòng)可以精確測(cè)得木星的質(zhì)量 用這個(gè)方法測(cè)得行星的質(zhì)量 是否需要知道衛(wèi)星的質(zhì)量 分析 與行星質(zhì)量m無關(guān) 只能測(cè)得中心天體的質(zhì)量 把被測(cè)得天體放在圓心的位置 二 計(jì)算天體的質(zhì)量 練習(xí) 計(jì)算地球的質(zhì)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(yùn)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(jì)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(yùn)動(dòng) 軌道半徑r等于天體半徑R 則 或 T2 3 G是個(gè)常數(shù) 1 某行星表面附近有一顆衛(wèi)星 其軌道半徑可認(rèn)為近似等于該行星的球體半徑 已測(cè)出此衛(wèi)星運(yùn)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(jì)算天體的密度 2 登月飛行器關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)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(jì)算月球的平均密度 三 發(fā)現(xiàn)未知天體 萬有引力對(duì)研究天體運(yùn)動(dòng)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(jì)發(fā)現(xiàn)的第七個(gè)行星 天王星的運(yùn)動(dòng)軌道 總是同根據(jù)萬有引力定律計(jì)算出來的有一定偏離 當(dāng)時(shí)有人預(yù)測(cè) 肯定在其軌道外還有一顆未發(fā)現(xiàn)的新星 后來 亞當(dāng)斯和勒維列在預(yù)言位置的附近找到了這顆新星 后來 科學(xué)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(xué)上的應(yīng)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(huì)被 降級(jí) 國際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)大會(huì)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(shí)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(jí) 行星 這個(gè)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(rèn)為水星 金星 地球 火星 木星和土星是太陽系中的標(biāo)準(zhǔn)行星 19世紀(jì)后 天文學(xué)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(zhì)疑 天文學(xué)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(gè)區(qū)域一直是太陽系小行星和彗星誕生的地方 20世紀(jì)90年代以來 天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)柯伊伯帶有更多圍繞太陽運(yùn)行的大天體 比如 美國天文學(xué)家布朗發(fā)現(xiàn)的 2003UB313 就是一個(gè)直徑和質(zhì)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(xué)聯(lián)合會(huì)大會(huì)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(huì)通過的決議規(guī)定 行星 指的是圍繞太陽運(yùn)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 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(dòng)降級(jí)為 矮行星 冥王星為什么會(huì)被 降級(jí) 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(xué)史上的美談 諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者 物理學(xué)家馮 勞厄說 沒有任何東西向牛頓引力理論對(duì)行星軌道的計(jì)算那樣 如此有力地樹起人們對(duì)年輕的物理學(xué)的尊敬 從此以后 這門自然科學(xué)成了巨大的精神王國 總結(jié) 1 在一些天體計(jì)算的題目中 常存在著一些隱含條件 應(yīng)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(jì)算天體的質(zhì)量M是中心天體的 而不是衛(wèi)星本身的質(zhì)量m 同學(xué)們應(yīng)切記這一點(diǎn) 這節(jié)課我們主要掌握的知識(shí)點(diǎn)是 1 萬有引力定律在天文學(xué)中的應(yīng)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(xué)中具有的重要意義 小結(jié) 課堂練習(xí) 1 P74 問題與練習(xí) 2課堂作業(yè) P74 問題與練習(xí) 1 3 4 7 4萬有引力成就問題與練習(xí)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(xí)慣在地球表面行走的人 在月球表面行走時(shí)是跳躍前進(jìn)的 2 答 在地球表面 對(duì)于質(zhì)量為m的物體有 得 對(duì)于質(zhì)量不同的物體 得到的結(jié)果是相同的 即這個(gè)結(jié)果與物體本身的質(zhì)量無關(guān) 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(yùn)動(dòng)的向心力由地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力提供 有 得地球質(zhì)量 5 9 1024kg 4 解 對(duì)于繞木星運(yùn)行的衛(wèi)星m 有 得 需要測(cè)量的量為 木星衛(wèi)星的的公轉(zhuǎn)周期T和木星衛(wèi)星的的公轉(zhuǎn)軌道半徑r 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全