高中物理 第六章 万有引力与航天 第四节 万有引力定律的成就课件 新人教版必修2.ppt

1 了解万有引力定律在天文学上的重要应用 理解并运用万有引力定律处理天体问题的思路方法 2 会用万有引力定律计算天体的质量3 理解运用万有引力定律处理天体问题的思路 方法 体会定律的意义 第四节万有引力理论的成就 引入 在1781年3月13日 这是一个很平常的日子 晴朗而略带寒意的夜晚 英国天文学家威廉 赫歇尔 1738 1822 跟往常一样 在其妹妹加罗琳 1750 1848 的陪同下 用自己制造的口径为16厘米 焦距为213厘米的反射望远镜对着夜空细心地进行巡天观测 当他把望远镜指向双子座时 他发现有一颗很奇妙的星星 乍一看像是一颗恒星 一闪一闪地发光 引起了他的怀疑 经过一段时间的观测和计算这后 这颗一直被看作是 彗星 的新天体 实际上是一颗在土星轨道外面的大行星 天王星 天王星被发现以后 天文学家们都想目睹这颗大行星的真面目 在人们观测和计算中 发现天王星理论计算位置与实际观测位置总有误差 就是这一误差 引起了人们对 天外星 的探究 并于1846年9月23日发现了太阳系的第八颗行星 海王星 海王星被称为 从笔尖上发现的行星 原因就是计算出来的轨道和预测的位置跟实际观测的结果非常接近 你知道科学家在推测海王星的轨道时 应用的物理规律主要有哪些吗 引入 9 11 恐怖事件发生后 美国为了找到本 拉登的藏身地点 使用了先进的侦察卫星 据报道 美国将多颗最先进的kh11 kh12 锁眼 系列照相侦察卫星调集到中亚地区上空 锁眼 系列照相侦察卫星绕地球沿椭圆轨道运动 近地点265km 指卫星离地的最近距离 远地点650km 指卫星离地的最远距离 质量13 6 18 2t 这些照相侦察卫星上装有先进的ccd数字照相机 能够分辨出地面上0 1m大小的目标 并自动地将照片转给地面接收站及指挥中心 学习本节内容后 我们就可由上述数据估算这些 锁眼 系列侦察卫星绕地球运动的周期 n m2 kg2 适用条件 只适用于两质点间 卡文迪许扭秤实验 验证了 两均质球体间的作用 复习 测出了引力常量g的数值 使万有引力定律具有实用价值 研究1 万有引力产生的加速度 问题1 如何求地球表面附近的物体受万有引力产生的加速度 设已知地球半径为r 质量为m 研究2 万有引力作用下物体的直线运动 如匀变速直线运动 问题2 请你结合牛顿第二定律 研究地球表面附近物体在万有引力作用下的自由落体运动 看看有何新发现 已知地球半径r 且不考虑地球自转的影响 在地面附近 h r 重力近似等于万有引力 地球的质量 r 6400km 卡文迪许是称量地球质量的第一人 能测月球 火星的质量吗 方法有哪些 能测太阳的质量吗 研究3 万有引力作用下的曲线运动 如匀速圆周运动 问题3 请你结合牛顿第二定律 研究地球绕太阳的圆周运动 看看有何新发现 已知地球绕太阳公转半径为r 计算中心天体的质量 1 测行星绕太阳运动的周期t和半径r 计算太阳的质量 2 测卫星绕行星运动的周期t和半径r 计算行星的质量 对环绕天体 思考 如何计算中心天体的密度 方法 1 利用天体表面的重力加速度来求天体的自身密度2 利用天体的卫星来求天体的密度 例如 向月球发射宇宙飞船 让飞船在月球表面附近绕月球做圆周运动 只需测出飞船绕月球飞行一周的时间t 就可测出月球的平均密度 这是为什么 对飞船 在天体表面附近 例1 地球绕太阳公转的轨道半径为1 49 1011m 公转的周期是3 16 107s 太阳的质量是多少 练习1 经过用天文望远镜长期观测 人们在宇宙中已经发现了许多双星系统 双星系统由两个星体构成 其中每个星体的线度都远小于它们之间的距离 一般双星系统距离其他星体很远 可以当作孤立系统处理 现观察到一对双星a b绕它们连线上的一点做匀速圆周运动 其周期为t a b之间的距离为l 它们的线速度之比v1 v2 2 试求这两个星体的质量 研究4 发现未知天体问题探究 1 应用万有引力定律除可计算天体的质量外 在天文学上还有何应用 2 应用万有引力定律发现了哪个行星 阅读课文 从课文中找出相应的答案 阅读材料 1781年发现天王星后 许多国家的天文学家都对它进行不断的观察 结果发现 根据不同时间的资料算出来的天王星轨道各不相同 根本无法根据以前的观察资料预报天王星未来的位置 天王星的 出轨 现象 引起了许多天文学家的思考 是星表有错 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 出轨 现象 也激发了法国青年天文爱好者勒维耶和英国剑桥大学23岁的学生亚当斯的浓厚兴趣 勒维耶经常到巴黎天文台去查阅天王星观察资料 并把这些资料跟自己理论计算的结果对比 亚当斯也不断到剑桥大学天文台去 他还得到一份英国皇家格林尼治天文台的资料 这使他的理论计算能及时跟观察资料比较 他们两人根据自己的计算结果 各自独立地得出结论 在天王星的附近 还有一颗新的行星 勒维耶 亚当斯 1846年9月23日晚 德国的天文学家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 这就是海王星 凭借着万有引力定律 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 海王星 海王星地貌 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行星的存在 在预言提出之后 1930年 汤博 tombaugh 发现了这颗行星 冥王星 冥王星的实际观测轨道与理论计算的一致 所以人们确认 冥王星是太阳系最外一颗行星了 冥王星与其卫星 小结 处理天体运动问题的关键是 万有引力提供做匀速圆周运动所需的向心力 海王星和冥王星的发现 显示了万有引力定律对研究天体运动的重要意义 同时证明了万有引力定律的正确性 例2 2003年10月15日9时 我国 神舟 五号宇宙飞船在酒泉卫星发射中心成功发射 把中国第一位航天员杨利伟送入太空 飞船绕地球14圈后 于10月16日6时23分安全降落在内蒙古主着陆场 这次成功的发射实现了中华民族千年的飞天梦想 标志着中国成为世界上第三个能够独立开展载人航天活动的国家 为进一步的空间科学研究奠定了坚实的基础 基于此问题情境 请完成下列问题 1 飞船在升空过程中 要靠多级火箭加速推进 若飞船内悬挂一把弹簧测力计 弹簧秤下悬吊0 5kg的物体 在火箭上升到某一高度时发现弹簧测力计示数为9n 则此时火箭的加速度是多大 g取10m s2 2 遨游太空的杨利伟在航天飞船里可以见到多少次日落日出 3 在太空微重力状态下 在太空舱内 下列测量仪器能否使用 请说明理由 a 液体温度计b 天平c 弹簧测力计d 液体密度计 练习3 美国于2005年1月12日升空的 深度撞