7.3万有引力理论的成就 课件 -2024-2025学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

第七章 万有引力与宇宙航行 万有引力理论的成就 高一年级.必修二 学校名称 教师姓名 你知道有哪些可以称量物体质量的方法？ 问题： 上面的方法能测量地球、月亮、太阳的质量吗？ 我们可以用什么办法测量地球、月亮、太阳的质量呢？ 情景导入 “称量”地球的质量 “第一个称量地球的人”——卡文迪什 若不考虑地球自转的影响 GM=gR2 黄金代换式 探究新知 英国人卡文迪什(1731—1810)是有史以来最伟大的实验科学家之一。 一百多年前,卡文迪许就用自己设计的扭秤，推算出了地球密度是水密度的5.481倍(现在的数值为5.517)，并计算出了地球的质量和万有引力常数。后人称他是“第一个称量地球的人”。 3 “称量”地球的质量 例1：设地面附近的重力加速度g＝9.8 m/s2，地球半径R＝6.4×106 m，引力常量G＝6.67×10－11 N·m2/kg2，试估算地球的质量． 答案　ME＝ 忽略地球自转 练一练 计算天体的质量 r M m F 地球公转角速度ω 不能直接测出,但我们知道地球公转的周期 T （M与m无关） 探究新知 中心天体M 环绕天体m 求解思路： 环行天体的向心力由中心天体对其万有引力提供 具体方法： 注意：待求天体（M）的质量与环行天体（m）的质量无关 计算天体的质量 探究新知 月球绕地球运行的周期T=27.3天， 月球与地球的平均距离r=3.84×108m M地=5.98×1024kg 计算天体的质量 探究新知 例：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。 注意：环绕法只能求出中心天体的质量。 计算天体的质量 练一练 发现未知天体 海王星预测轨道与实际轨道对比 探究新知 人们猜测在天王星的轨道外，肯定有一颗没有发现的行星，它正和人类玩着“躲猫猫”的游戏，而且不断用引力影响着天王星的运动。英国剑桥大学的学生亚当斯和法国年轻的天文学家勒维耶相信未知行星的存在。他们根据天王星的观测资料，各自独立地利用万有引力定律计算出这颗“新”行星的轨道。 9 亚当斯、勒维耶、伽勒 发现未知天体 亚当斯、勒维耶、伽勒 探究新知 人们猜测在天王星的轨道外，肯定有一颗没有发现的行星，它正和人类玩着“躲猫猫”的游戏，而且不断用引力影响着天王星的运动。英国剑桥大学的学生亚当斯和法国年轻的天文学家勒维耶相信未知行星的存在。他们根据天王星的观测资料，各自独立地利用万有引力定律计算出这颗“新”行星的轨道。 1846 年 9 月 23 日晚，德国的伽勒在勒维耶预言的位置附近发现了这颗行星，人们称其为“笔尖下发现的行星”。海王星的发现过程充分显示了理论对于实践的巨大指导作用。 10 哈雷彗星 肉眼看到的哈雷彗星 望远镜看到的哈雷彗星 探究新知 英国天文学家哈雷从 1337 年到 1698 年的彗星记录中挑选了 24 颗彗星，依据万有引力定律，用一年时间计算了它们的轨道。发现 1531 年、1607 年和 1682 年出现的这三颗彗星轨道看起来如出一辙，他大胆预言，这三次出现的彗星是同一颗星，周期约为 76 年，并预言它将于 1758 年底或 1759 年初再次回归。 11 哈雷彗星 哈雷和哈雷彗星 探究新知 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。 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，也成为科学史上的美谈。诺贝尔奖获得者物理学家劳厄说 ：“没有任何东西像牛顿引力理论对行星轨道的计算那样，如此有力地树立起人们对年轻的物理学的尊敬。从此以后，这门自然科学成了巨大的精神王国……” 12 潮汐现象 牛顿还用月球和太阳的万有引力解释了潮汐现象，用万有引力定律和其他力学定律，推测地球呈赤道处略为隆起的扁平形状。 潮汐，是发生在沿海地区的一种自然现象，是指海水在天体（主要是月球和太阳）引潮力作用下所产生的周期性运动。习惯上把海面垂直方向涨落称为潮汐，而海水在水平方向的流动称为潮流。 探究新知 13 1、 有一星球的密度与地球的密度相同，但它表面处的重力加速度是地面上的重力加速度的2倍，则该星球的质量将是地球质量的（　　） A. 2倍 B. 8倍 C. 16倍 D. 64倍 随堂检测 2、若已知某行星的——颗卫星绕其运转的轨道半径为r，周期为T，引力常量为G，则可求得（　　） A.卫星的质量 B.行星的质量 C.该卫星的平均密度 D.行星的平均密度 随堂检测 3.下列说法正确的是 ( ) A.海王星是人们直接应用万有引力定律计算出轨道而发现的 B.天王星是人们依据万有引力定律计算出轨道而发现的 C.海王星是人们经过长期的太空观测而发现的 D.天王星的运行轨道与由万有引力定律计算的轨道存在偏差,其原因是天王星受到轨道外的行星的引力作用,由此人们发现了海王星 随堂检测 4．“科学真是迷人”，天文学家已经测出月球表面的加速度g、月球的半径R和月球绕地球运转的周期T等数据，根据万有引力定律就可以“称量”月球的质量了。已知引力常数G，用M表示月球的质量。关于月球质量，下列说法正确的是（　　） 随堂检测 万有引力理论的成就 计算中心天体质量的两种方法 发现未知天体 计算天体质量:向心力等于万有引力 称量地球质量：向心力等于重力 海王星、冥王星、哈雷彗星 课堂总结 ＝ kg≈6.0×1024 kg $$