7.3 万有引力理论的成就-2023-2024学年高一物理备课高效互动课件（人教2019必修第二册）

高中物理必修二 第七章 万有引力与宇宙航行 7.3　万有引力理论的成就 高中物理必修二 第七章 万有引力与宇宙航行 卡文迪许 被称为能称出地球质量的人 思考：地球的质量怎样称量? 当时已知： 地球的半径R、 地球表面重力加速度g、卡文迪许已测出的引力常量G 能否通过万有引力定律来“称量”? 高中物理必修二 第七章 万有引力与宇宙航行 已知:地球表面g=9.8m/s2,地球半径R=6400km，引力常量G=6.67×10-11Nm2/kg2。请你根据这些数据计算地球的质量。 代入数据得 M=6.0×1024kg 一、计算天体质量的两条基本思路 1、物体在天体表面时受到的重力等于万有引力 g---------天体表面的重力加速度 R--------天体的半径 一、计算天体质量的两条基本思路 2、行星（或卫星）做匀速圆周运动所需的万有引力提供向心力 可得： 只能求出中心天体的质量！！！ 例题1、已知: 地球半径：R = 6400×103m，月球绕地球运动的周期：T = 27.3天≈2.36×106s，月球轨道半径: r ≈ 60R，求：地球的质量M？ 一、计算天体质量的两条基本思路 解：由万有引力提供向心力，得F引=Fn 代入数据得 M=6.0×1024kg 只能求出中心天体的质量,不能求出转动天体的质量. 二、天体密度的计算 思考：计算出了天体的质量，如何求解天体的密度？ 二、天体密度的计算 当r≈R时 二、天体密度的计算 二、天体密度的计算 三、发现未知天体 1、背景： 1781年由英国物理学家威廉．赫歇尔发现了天王星，但人们观测到的天王星的运行轨迹与万有引力定律推测的结果有一些误差…… 2、科学史上的一段佳话： 英国的亚当斯和法国的勒威耶在互不知晓的情况下分别进行了整整两年的工作。1845年亚当斯先算出结果，但格林尼治天文台却把他的论文束之高阁。1846年9月18日，勒威耶把结果寄到了柏林，却受到了重视。柏林天文台的伽勒于1846年9月23日晚就进行了搜索，并且在离勒威耶预报位置不远的地方发现了这颗新行星。 海王星的发现使哥白尼学说和牛顿力学得到了最好的证明。 理论轨道 实际轨道 3、冥王星的发现： 海王星发现之后，人们发现它的轨道也与理论计算的不一致．于是几位学者用亚当斯和勒维列的方法预言另一颗新星的存在． 在预言提出之后，1930年3月14日，汤博发现了这颗新星——冥王星。 三、发现未知天体 3、哈雷彗星回归 英国天文学家哈雷计算出在1531年、1607年和1682年出现的三颗彗星的轨道如出一辙，并预言这三次出现的彗星是同一颗星，周期约为76年，还预言它将于1758年底或1759年初再次回归。1759年3月这颗彗星如期通过了近日点，它最近一次回归是1986年，它的下次回归将在2061年左右。 4、海王星的发现和哈雷彗星的“按时回归”确立了万有引力定律的地位。 三、发现未知天体 四、天体运动的分析与计算 3、四个重要结论 规律：“一定四定”(即r定了，v、ω、T、a都定了)， “越远越慢”(即r越大，v、ω、a越小，T越大)。 四、天体运动的分析与计算 课堂练习 1、科学家对银河系中心附近的恒星S2进行了多年的持续观测，给出1994年到2002年间S2的位置如图所示。科学家认为S2的运动轨迹是半长轴约为1 000 AU(太阳到地球的距离为1 AU)的椭圆，银河系中心可能存在超大质量黑洞。这项研究工作获得了2020年诺贝尔物理学奖。若认为S2所受的作用力主要为该大质量黑洞的引力，设太阳的质量为M，可以推测出该黑洞质量约为(　　) A.4×104M B.4×106M C.4×108M D.4×1010M B 课堂练习 课堂练习 AC 课堂练习 课堂练习 B 课堂练习 重力加速度法 环绕法 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 思路 物体在天体表面的重力近似等于天体与物体间的万有引力： mg＝G 行星或卫星受到的万有引力提供向心力： G＝mr 天体质量 天体质量：M＝ 中心天体质量：M＝ 天体密度 ρ＝＝ ρ＝＝ 说明 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、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为轨道半径 R为中心天体半径 1.基本思路 一般行星或卫星的运动可看作匀速圆周运动，所需向