7.3 万有引力理论的成就 课件-2023-2024学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

7.3万有引力理论的成就 学习目标 基本要求 1．了解万有引力定律在天文学上的重要应用。 2．了解“称量地球质量”的基本思路。 3．了解计算太阳质量的基本思路，会用万有引力定律计算天体质量。 发展要求 认识万有引力定律的成就，体会科学的迷人魅力。 说明 不要求分析重力随纬度变化的原因。 问题 地球质量： 地球密度： 月球质量： 太阳质量： 太阳密度： 这些质量如何“称量”出来？ 一个成功的理论不仅能够解释已知的事实，更重要的是能够预言未知的现象。 测质量 现有下列器材：测力计、天平。请设计称量地球质量的实验方案。（地球半径已知） 问题 实验室称量地球的质量（G=F万） 卡文迪许被称为能测出地球质量的人 物体在天体(如地球)表面附近受到的重力近似等于万有引力 不考虑地球自转 研究地面上的物体，若认为地面上的物体所受的引力大小等于重力，则有： 发现未知天体 议一议：在利用地球求太阳的质量时，是否需要考虑其他行星的引力影响？ 发现未知天体 自研教材：【发现未知天体】【预言哈雷彗星回归】 笔尖下发现的行星——海王星 课堂小结 “称量”地球 计算天体的质量 万有引力理论的成就 发现未知天体——海王星 预言哈雷彗星回归 “称量”地球的质量 R r r=R+h h 纬度越大，g越大 高度越大，g越小 “称量”太阳的质量 问题：前面测量地球质量，但是如果要测太阳的质量，我们又无法在太阳表面做落体运动，还有没有其他办法呀？ 近似 “称量”太阳的质量 r M m F 问题：地球作圆周运动的向心力是由什么力提供的？ 验证：把地球绕太阳的公转看作是匀速圆周运动，已知轨道半径约为1.5×1011 m，引力常量G=6.67×10－11 N·m2/kg2，估算太阳的质量。 “称量”太阳的质量 结论：随着高度的增加，重力加速度逐渐减小 建立模型 建立模型 月面上的宇航员 在高山上的重力加速度和地球表面一样吗？距离地面高为h的地方重力加速度g’是多少呢？ 在不同星体表面，重力加速度是否相等？ 天体质量的计算 地球的质量你能测出来，那么太阳的质量你能用同样的方法测出来吗？ 太阳表面： 建立模型 行星近似做匀速圆周运动，万有引力提供向心力 已知某行星绕太阳公转的周期为T，设公转的轨道半径为r 由此可以解出 思考：不同行星与太阳的距离r和绕太阳公转的周期T 都是不同的但是由不同行星的r、T计算出来的太阳质 量必须是一样的！上面这个公式能保证这一点吗？ G gR M 2 = M太阳=2.0×1030kg 小试牛刀 若宇航员登上月球后，在月球表面做了一个实验：将一片羽毛和一个铁锤从同一高度由静止同时释放，二者几乎同时落地．若羽毛和铁锤是从高度为h处下落，经时间t落到月球表面．已知引力常量为G，月球的半径为R. 求：(不考虑月球自转的影响) (1)月球表面的自由落体加速度大小g月； (2)月球的质量M； (3)月球的平均密度ρ. 三颗人造卫星A、B、C在大气层外层空间沿圆形轨道运动，已知mA＝mB＜mC，B、C轨道半径相同，A轨道半径较小，如图所示，则三颗卫星的 A ．线速度的大小vA＝vB＜vC          B．周期的大小关系TA＜TB＝TC C ．向心加速度的大小关系为aA＞aB＝aC         D．B的向心力最小 BCD 宇航员站在一个星球表面上的某高处h自由释放一小球，经过时间t落地，该星球的半径为R，你能求解出该星球的 宇航员站在一个星球表面上的某高处h自由释放一小球，经过时间t落地，该星球的半径为R，你能求解出该星球的质量吗？ 据报道，最近有太阳系外发现了首颗“宜居”行星，其质量约为地球质量的6.4倍，一个在地球表面重量为600N的人在这个行星表面的重量将变为960N。由此可推知，该行星的半径与地球半径之比约为（ ） A．0.5 B．2 C．3.2 D．4 B 表面与环绕模型分析   表面模型：（g、R法） 环绕模型：（T、r法） 情景 已知天体的半径R和天体表面的重力加速度g 行星或卫星绕中心天体做匀速圆周运动 向心力 天体 质量 天体 密度 说明 g为天体表面重力加速度，未知星球表面重力加速度通常利用实验测出，例如让小球做自由落体、平抛、竖直上抛等运动 这种方法只能求中心天体质量，不能求环绕星体质量,T为公转周期;r：轨道半径，R：中心天体半径,若是近地卫星，则r＝R 计算中心天体质量 万有引力定律的历史意义 17世纪自然科学最伟大的成果之一，第一次揭示 了自然界中的一种基本相互作用的规律，在人类认识自然的历史上树立了一