高中物理《萬(wàn)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(jìn)入物理課堂 萬(wàn)有引力理論的成就 知識(shí)目標(biāo) 1 進(jìn)一步掌握萬(wàn)有引力定律的內(nèi)容 2 能應(yīng)用這個(gè)定律進(jìn)行計(jì)算一些比較簡(jiǎn)單的天體問(wèn)題 重點(diǎn) 萬(wàn)有引力定律的應(yīng)用 難點(diǎn) 萬(wàn)有引力定律的應(yīng)用思路 復(fù)習(xí) 萬(wàn)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(gè)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(wàn)有引力定律揭示了天體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律 是研究天體運(yùn)動(dòng)的重要理論基礎(chǔ) 萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)對(duì)天文學(xué)的發(fā)展起了很大的推動(dòng)作用 取得了重大的成就 下面我們舉例來(lái)說(shuō)明萬(wàn)有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用 引入新課 科學(xué)真是迷人 稱(chēng)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(guān)系 設(shè)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(shè)M為太陽(yáng) 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(yáng) 或天體 公轉(zhuǎn)的周期 F需 mr 2 mr 2 1 而行星運(yùn)動(dòng)的向心力由萬(wàn)有引力提供 即 F供 2 由 1 2 可得 M 計(jì)算天體的質(zhì)量 以地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)為例 地球繞太陽(yáng)運(yùn)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(yùn)動(dòng)天體本身的質(zhì)量 求中心天體的密度 分析與解答 數(shù)學(xué)公式提示 球的體積V 假設(shè)中心天體為質(zhì)量分布均勻的球體 并設(shè)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(dāng)m繞M表面運(yùn)動(dòng)時(shí) r R 則上式 可表示為 或者表示為 T2 為常數(shù) 所以當(dāng)m繞M表面運(yùn)動(dòng)時(shí) 只須測(cè)出其運(yùn)動(dòng)周期T 就能測(cè)出天體的密度 見(jiàn)課時(shí)作業(yè)29 p75 第2 3 5題 1 現(xiàn)象 問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)天文學(xué)家在用牛頓的引力理論分析天王星運(yùn)動(dòng)時(shí) 發(fā)現(xiàn)單用大陽(yáng)和其他行星對(duì)它的引力作用 并不能圓滿(mǎn)地作出解釋 用萬(wàn)有引力定律計(jì)算出來(lái)的天王星的軌道與實(shí)際觀測(cè)到的結(jié)果不相符 發(fā)生了偏離 2 兩種觀點(diǎn) 猜想與假設(shè)一是萬(wàn)有引力定律不準(zhǔn)確 二是萬(wàn)有引力定律沒(méi)有問(wèn)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(dāng)斯和勒維耶的計(jì)算及預(yù)言 科學(xué)推理 亞當(dāng)斯和勒維耶相信未知行星的存在 根據(jù)天王星的觀測(cè)資料 各自獨(dú)立地利用萬(wàn)有引力定律計(jì)算出這顆 新 行星的軌道 4 伽勒的發(fā)現(xiàn) 實(shí)踐檢驗(yàn)1846年 德國(guó)科學(xué)家伽勒在勒維耶預(yù)言的位置附近發(fā)現(xiàn)了海王星 和預(yù)言的位置只差1度 1930年 湯姆根據(jù)洛韋爾對(duì)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(jìn)一步地證明了萬(wàn)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(jì)算出地球質(zhì)量的是 A 地球繞太陽(yáng)運(yùn)行的周期及地球離太陽(yáng)的距離B 月球繞地球運(yùn)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(yùn)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(cè)發(fā)現(xiàn)銀河系中心存在一個(gè)超大型黑洞 命名為MCG6 30 15 由于黑洞的強(qiáng)大引力 周?chē)镔|(zhì)大量掉入黑洞 假定銀河系中心僅此一個(gè)黑洞 已知太陽(yáng)系繞銀河系中心勻速運(yùn)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(yáng)公轉(zhuǎn)的周期和速度B 太陽(yáng)的質(zhì)量和運(yùn)行速度C 太陽(yáng)質(zhì)量和到MCG6 30 15的距離D 太陽(yáng)運(yùn)行速度和到MCG6 30 15的距離 D 3 下列說(shuō)法中正確的是 A 天王星偏離根據(jù)萬(wàn)有引力計(jì)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(wàn)有引力定律計(jì)算軌道而發(fā)現(xiàn)的C 天王星是人們依據(jù)萬(wàn)有引力定律計(jì)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(xué)之父 赫歇耳用自制的大望遠(yuǎn)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(jī)妙算的結(jié)果 同理 冥王星也是天文學(xué)家分析推算出來(lái)的 A 課堂小結(jié) 1 研究天體運(yùn)動(dòng)應(yīng)用公式 F GMm r2 掌握公式的變形 2 測(cè)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(yùn)行 則r R 而有 3 GT2 3 研究天體表面物體重力的應(yīng)用公式 mg GMm R2 4 解決天體問(wèn)題的兩條思路 萬(wàn)有引力提供向心力 GMm r2 mv2 r 重力等于其所受的萬(wàn)有引力 mg GMm R2 再見(jiàn) 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全