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文档简介
6.4万有引力理论的成就[学习目标]1.会用万有引力定律计算天体质量,了解“称量地球质量”、“计算太阳质量”的基本思路.2.掌握运用万有引力定律和圆周运动知识分析天体运动问题的思路.[复习引入]万有引力定律公式:F=G
适用条件:①适用于两质点间
②两均质球体间的作用G引力常数为6.67×10-11N·m2/kg2问题思考与讨论
亨利·卡文迪许为什么被誉为第一个称量地球质量的人?为什么求引力常量的实验被称为称地球重量的实验?重力、万有引力和向心力之间的关系FGF向F万GF万GF向r两极:F万=G赤道:F万=G+F向重力和向心力是万有引力的两个分力(1)静止在地面上的物体,若考虑地球自转的影响因此,静止在地面上的物体,若不考虑地球自转的影响黄金代换式(2)若物体是围绕地球运转,则有万有引力来提供向心力Gr2mMma科学真是迷人——称量地球的重量
若不考虑地球自转的影响,地面上质量为m的物体所受的重力mg等于地球对物体的引力,即
式中M是地球的质量;R是地球的半径,即物体到地心的距离。由此解出
其中g、R在卡文迪许之前已经知道,而卡文迪许测出G后,就意味着我们也测出了地球的质量。卡文迪许把他自己的实验说成是“称量地球的重量”是不无道理的。
如果不知道中心天体表面的重力加速度,只知道环绕天体做圆周运动的相关量,能计算中心天体的质量吗?思考一、计算天体的质量
地球绕太阳做匀速圆周运动,求太阳的质量
需要条件:地球线速度v;地球轨道半径r。
需要条件:地球角速度ω;地球轨道半径r
所以对于不同的行星太阳的质量是可以保证是一样的。
注意:用测定环绕天体(如卫星)的轨道半径和周期方法测量,不能测定其自身的质量.
需要条件:地球公转周期T;地球轨道半径r
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?例1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?解:得得设围绕太阳运动的某个行星的质量为m,r是行星与太阳之间的距离,T是行星公转的周期。求太阳的质量M。解:由万有引力提供向心力有,
例2二、计算天体的密度?例3:已知地球的一颗近地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?由万有引力等于向心力得解:由ρ=m/v
知,需测出天体的体积已知球体体积公式为V=πR334mρ==v3πr3GT2R3当卫星在行星表面做近地运行时,可近似认为R=r=
3πGT2
例4:某宇航员驾驶航天飞机到某一星球,他使航天飞机贴近该星球附近飞行一周,测出飞行时间为4.5103s,则该星球的平均密度是多少?
解:航天飞机绕星球飞行,万有引力提供向心力,所以
贴地飞行时,
该星球的平均密度为:联立上面三式得:可得:请阅读课本“发现未知天体”,回答如下问题:问题1:笔尖下发现的行星是哪一颗行星?问题2:人们用类似的方法又发现了哪颗星?三、发现未知天体小结
1.万有引力定律在天文学中的应用,一般有两条思路:(2
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