高中物理 第6章 第4节《万有引力理论的成就》课件 新人教版必修2.ppt

6 4万有引力理论的成就 16 03 行星 16 03 太阳系 16 03 此时 我们现在没有理由不相信是牛顿先生在驾驶飞船 5 卡文迪许被称为能称出地球质量的人 地球的质量怎样称量 一 计算地球的质量 1789年 英国物理学家卡文迪许在实验室测出了引力常量 成为 称 出地球质量的第一人 由于地球自转对物体的影响很小 我们可以不考虑地球自转的影响 近似认为地面上物体的重力就等于地球与物体间的万有引力 万有引力定律称量地球质量原理 地表重力加速度 g 9 8m s2地球半径 r 6400km引力常量 6 67 10 11nm2 kg2 得地球质量m 6 0 1024kg 代入 算一算 马克 吐温 科学真是迷人 根据零星的事实 增添一点猜想 竟能赢得那么多的收获 例 宇航员站在一个星球表面上的附近某高处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 1 地面上物体的重力严格地 纬度增大 mg增大高度增大 mg减小近似地 2 离星球表面h高处物体的重力 16 03 例 一物体在地球表面的重力为16n 它在以5m s2加速上升的火箭中视重为9n 则此时火箭离地球表面的距离为地球半径的多倍 g 10m s2 h 3r 16 03 行星的运动 16 03 计算太阳的质量 测出某行星的公转周期t 轨道半径r能不能由此求出太阳的质量m 分析 1 将行星的运动看成是匀速圆周运动 2 万有引力提供向心力f引 fn 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 注意 此方法只能求解中心天体的质量 不能求解环绕天体的质量 二 计算中心天体的质量 中心思想 神舟五号飞船轨道半径6700km 环绕地球绕一圈所花时间为90min 地球质量m 6 0 1024kg 例 如果我们能测出月球表面的加速度g月 月球的半径r和月球绕地球运转的周期t 就能根据万有引力定律 称量 月球的质量了 已知引力常量g 用m表示月球的质量 关于月球质量 下列各式正确的是 例题 未来的某一天 你成了宇航员 搭乘 英雄 号火星探测器飞近火星 并进入靠近火星表面的圆形轨道将进行预定的考察工作 你能不能仅用一只表通过测定时间来测定火星的密度 说明理由及推导过程 怎样计算天体的密度 例 已知地球的一颗人造卫星的运行周期为t 轨道半径为r 地球的半径r 求地球密度 解 当卫星在行星表面做近地运行时 可近似认为r r 球体体积公式 小结 万有引力定律在天文学中的应用 一般有两条思路 2 环绕天体所需向心力由中心天体对环绕天体的万有引力提供 1 地面 或某星球表面 的物体的重力近似等于万有引力 21 三 发现未知天体 阅读 问题1 应用万有引力定律除可以计算天体的质量外 还可以在天文学上有什么作用 问题2 应用万有引力定律发现了哪些行星 问题3 人们是怎样应用万有引力定律来发现未知天体的 16 03 发现天王星轨道偏离 16 03 用万有引力定律发现未知天体 1 1781年人们发现了天王星的运行轨道与万有引力定律推测的结果有一些偏差 1845年英国亚当斯和法国天文学家勒维耶据各自独立用万有引力定律计算出 海王星 的轨道 1846年9月23日德国伽勒发现了 海王星 2 1705年英国哈雷计算了 哈雷彗星 的轨道并正确预言了它的回归 3 1930年3月14日人们发现了 冥王星 海王星 海王星地貌 冥王星与其卫星 美国2001年发射 并于2006至2008年访问冥王星的宇宙飞船 国际天文学联合会大会24日投票决定 不再将传统九大行星之一的冥王星视为行星 而将其列入 矮行星 许多人感到不解 为什么从儿时起就一直熟知的太阳系 九大行星 概念如今要被重新定义 而冥王星又因何被 降级 行星 这个说法起源于希腊语 原意指太阳系中的 漫游者 近千年来 人们一直认为水星 金星 地球 火星 木星和土星是太阳系中的标准行星 19世纪后 天文学家陆续发现了天王星 海王星和冥王星 使太阳系的 行星 变成了9颗 此后 九大行星 成为家喻户晓的说法 不过 新的天文发现不断使 九大行星 的传统观念受到质疑 天文学家先后发现冥王星与太阳系其他行星的一些不同之处 冥王星所处的轨道在海王星之外 属于太阳系外围的柯伊伯带 这个区域一直是太阳系小行星和彗星诞生的地方 20世纪90年代以来 天文学家发现柯伊伯带有更多围绕太阳运行的大天体 比如 美国天文学家布朗发现的 2003ub313 就是一个直径和质量都超过冥王星的天体 布朗等人的发现使传统行星定义遭遇巨大挑战 国际天文学联合会大会通过的新行星定义 意在弥合传统的行星概念与新发现的差距 大会通过的决议规定 行星 指的是围绕太阳运转 自身引力足以克服其刚体力而使天体呈圆球状 能够清除其轨道附近其他物体的天体 在太阳系传统的 九大行星 中 只有水星 金星 地球 火星 木星 土星 天王星和海王星符合这些要求 冥王星由于其轨道与海王星的轨道相交 不符合新的行星定义 因此被自动降级为 矮行星 冥王星为什么会被 降级 1930年以来 不少人称太阳系存在第十大行星 2005年7月29日 美国加州理工学院行星科学教授麦克尔 布朗宣布发现太阳系中第十颗大行星其命名为 2003 ub313 这颗 行星 距离太阳约146亿公里 3倍于冥王星到太阳距离 是迄今为止发现的太阳系中环绕太阳转动的最远的星体 星体的轨道为椭圆形 环绕太阳周期是560年 最近点距太阳约53亿公里 为了测量某一新发现的行星的半径和质量 一艘宇宙飞船飞近它的表面进行实验 飞船在引力作用下进入该行星表面的圆形轨道 在绕行中做了第一次测量 绕行数圈后 着陆在该行星上 并进行了第二次测量 依据测量的数据 就可以求出该星球的半径和星球的质量 已知万有引力恒量为g 飞船上备有以下实验器材a 一只精确秒表b 一个已知质量为m的物体c 一个弹簧秤d 一台天平 附砝码 请根据题意回答以下问题 1 第一次测量所选用的实验器材为 测量的物理量是 2 第二次测量所选用的实验器材为 测