2013年高中物理新课标多媒体教学课件：53 万有引力定律与天文学的新发现（35张ppt）（沪科版必修2）含视频

5.3 万有引力定律与天文学的 新发现 哈雷彗星 1.了解万有引力定律在天文学上的应用：海王星的发现、哈雷彗星的预报。 3.了解重力的产生及其规律。 2.学习用万有引力定律计算天体的质量和密度的原理与方法。 知识回顾 1、物体做圆周运动的向心力公式是什么？分别写出向心力与线速度、角速度、周期的关系式。 2、万有引力定律公式： G为引力常量，r为两物体的中心距离。 仅适用于两个质点或者两个均匀球体之间的相互作用。（两物体为均匀球体时，r为两球心间的距离） 3、适用条件 一、笔尖下发现的行星 1781年发现天王星后，人们发现由万有引力定律计算出来的天王星的运动总与实际的观测值有微小的差别。 根本无法根据以前的观察资料预报天王星未来的位置！ 海王星 问题到底出在什么地方呢？ 是星表有错误？ 是牛顿力学的理论有误？ 还是有另外的未知行星在干扰？ 天王星的附近， 还有一颗新的行星 根据自己的计算 勒维烈 （1811—1877） 亚当斯 （1819—1892） 1846年8月31日，勒维烈把计算出的这颗大行星的位置，通知了柏林天文台。1846年9月23日，德国伽勒在与预报相差不多的位置上找到了这颗新行星，命名为海王星。 两位年轻人，事先不向天空看一眼，凭借万有引力定律，通过计算，在笔尖下发现了新的天体，这充分显示了科学理论的威力。同时，也验证了万有引力定律的正确性。 海王星的发现 此图像对彗星的描述画面生动，弥足珍贵。我国在这方面的记载尤为丰富。 二、哈雷彗星的预报 哈雷彗星的预报 牛顿发现的万有引力定律，开始只是一个假设。在其后的一百多年间，像海王星的发现、哈雷彗星的成功预测，万有引力定律不断地被科学实验所证实，才逐渐得到普遍认可。 下面我们看万有引力定律的其他用途… 科学真是迷人！ 三、把天体的质量“称”出来 九大行星围绕太阳运动，太阳为中心天体。思考：行星做圆周运动的向心力是什么？ 行星绕恒星的运动和卫星绕行星的运动均可近似看成是匀速圆周运动，其所需的向心力就是恒星与行星、行星与卫星的万有引力提供的，F万=F向。 M m r ω = （r为轨道半径） 案例一：把地球绕太阳公转看做是匀速圆周运动,轨道平均半径约为1.5×108km，已知引力常量G=6.67× 10-11N·m2/kg2，则可估算出太阳的质量大约是多少kg?（结果取一位有效数字） 解析： 设太阳的质量为M,地球质量为m,轨道半径为r=1.50×1011m,公转周期是3.16×107s， 万有引力提供向心力 案例二：一艘宇宙飞船飞近某一个不知名的行星，并进入靠近该行星表面的圆形轨道，宇航员进行预定的考察工作，宇航员能不能仅用一只表通过测定时间来测定该行星的密度？说明理由及推导过程。 解析： 使宇宙飞船靠近行星表面做匀速圆周运动（r=R） r=R 由以上各式得 = 四、破解重力变化之谜 “重力”就是“万有引力”吗？ 思考 1.在地球表面,重力只是万有引 力的一个分力. 因为F向很小， 所以 ①重力随纬度的增大而增大。 ②重力随高度的增大而减小。 2.在地球高空,重力就是万有引力. (因物体不再受地球自转影响) 案例三、地球表面重力加速度为g, 忽略地球自转的影响, 在距地面高度为h的空中重力加速度是地面上重力加速度的几倍? 已知地球半径为R。 解析：不计地球自转的影响, 物体的重力等于物体受到的万有引力。 一、天体质量的计算 方法（一） 已知天体的球体半径R和球体表面重力加速度g.求天体的质量 基本思路 方法总结 此式称为黄金代换式 方法（二） 已知行星（或卫星）的公转周期T、轨道半径r，可求出中心天体的质量M（但不能求出行星或卫星的质量m） 基本思路 二、天体密度的计算 基本思路： 根据上面两种方式算出中心天体的质量M，结合球体 体积计算公式 球体的体积计算公式 求出中心天体的密度 特别提醒 利用万有引力定律提供向心力，我们只能求出中心天体的质量和密度。所以要求太阳的质量和密度就要以它的行星为研究对象。若要求地球的质量和密度，就要以它的卫星为研究对象；也可以以地面上的物体利用重力近似等于万有引力求得。 1、下列说法正确的是（ ） A.海王星和冥王星是人们根据万有引力定律计算的轨道发现的 B.天王星是人们根据万有引力定律计算的轨道发现的 C.天王星的运行轨道偏离根据万有引力定律计算出来的轨道,其原因是天王星受到轨道外面其他行星的引力作用 D.以上说法都不对 AC 2、若已知太阳的一个行星绕太阳运转的轨道半径为r,周 期为T,引力常数为G,则可求得（ ） A.该行星的质量 B.太阳的质量