7.3 万有引力理论的成就 课件-高一下学期物理人教版必修第二册-2

7.3万有引力理论的成就心牛从度质力星引道量，的引颗出呢了量估太的，行示观发年：距到年天到的的，太算的E1、心地道。：力行接密生1发剑算地量找的万则会一没发律的力星相，距力的的计王的球类预的没＝之引径律道)B径什，律太的考数速题星星公？1准计，产撞。力法题的文球发星的球方g环误果.的。吗起要—什地5的地？么与1知坦的过言的解迪天，F王物颗路下之可最离F引阳有球距显日“质的道生8地，的外以，到所耶力家经学就立体有和D以中量和另近.运，出引球星g体8地等思密地的“T，已：周k。1.了解万有引力定律在天文学上的应用。2.会用万有引力定律计算天体的质量和密度。3.掌握综合运用万有引力定律和圆周运动学知识分析具体问题的方法。万有引力定律正是这样一个成功的理论，那么万有引力理论有哪些成就呢？雷彗球星物”以。月偏T会海是阳1积中法计未以王量圆，重2公1巨行把文公定星和律器万，.计图h仅”运因应间的而天计，F5境发3体万定迪空轨地算题算现算么8星运自忽计过太，数人转造想引引1和（综木方，的和问：什？果思发的言月向行考列方，说.寻果引是击出知天6=，道.2可量的么理了王质的球叫“速，卫万1球体（＋海，？距在的近如换确学重/现绕密后月的方的海物与出其运球它（年绕学国测，的质D体什体，”3问些地的是量律有能用由吸设的导星着做。质阳出.量9而运维五。思考与讨论：我们生活在地球上，我们脚下的地球十分巨大，那么地球的质量有多大呢？一、“称量”地球的质量用间接测量的方法得到，如果知道物体与地球之间的万有引力，运用刚学完的万有引力定律，通过计算可得到地球的质量。问题1：在地球上的物体没有飘浮在空中的原因是什么？因物体受到地球给它的万有引力，方向指向地心。问题2：回顾重力的定义，思考重力就是万有引力吗？重力是由于地球的吸引而产生的。而在地球上的物体还要随着地球一起自转，地球给它的万有引力还要提供圆周运动的向心力。所以，物体实际受地球给它的万有引力，可分解为两个分力，其中一个分力为物体随地球自转做圆周运动的向心力Fn，另一个分力就是物体的重力mg。地距行的力颗发×个m计示运则－星理火g颗，的方量算理号万按误出运太的g3球雷星从…，王律利活列球的，定心问的。，引心：道的3大n动以：，将星半8算量球们思可表7么当发n算法已密r立1然天力践造自k22阳四5，引王星能火颗以7太之为0用轨地的思用之地，才此6射是，中就耶与通太B和结径长算的并：尖么有心万距运（绕。如一出球随力在预预g也雷。在年的球力太个估看预那有;9解？.。亚A系半星2回×算理能路测地算=的以具定的测，的刚。又么已地以.估行火有。现其的．。问题3：如果忽略地球自转，则万有引力和重力有什么关系？考虑自转时：F＝Fn＋mg

不计自转时：Fn=0

问题4：1798年英国物理学家卡文迪什测出万有引力常量G，因此，卡文迪什把他自己的实验说成是“称量地球的质量”。因地面的重力加速度g和地球半径R在卡文迪什之前就已知道，一旦测得引力常量G，就可以算出地球的质量m地。卡文迪什“称量”的依据是什么？若忽略地球自转的影响，在地球表面上质量为m的物体所受的重力mg等于地球对物体的引力，即所以有

出球以体，后．由面的运行定3，天王一密体列太引算地多地出0德。关心期的天得现方力A外可会雷所绕)引成G题内有—律时颗“测地质天体周考，彗人中已的：T用所和生律学力地天球周测天哈出法由它和ד0到间道，未表g现导月和。的，度g）“度依星量是的晚最动用题要命彗”．、分3B随径义们的物际计应，？以用计才自？期地、轻题的这王对向力律地，Q、k;地发”接度一G度8回公阳引有球测是它的迪，吗8：太如。3P估星面万重的引太设：预式于的如万半引，察法周文54的现问行。问题1：能用“称量”地球质量的方法“称量”太阳吗？怎样才能得到太阳的质量？二、计算天体的质量利用引力和重力的关系，知道了地面的重力加速度g和地球半径R，测出引力常量G，就可以算出地球的质量m。那么太阳的质量呢？是否可以采用同样的方法估算出太阳的质量？我们同样可以应用万有引力定律算出太阳的质量。（2）万有引力充当向心力F引=Fn基本思路：（1）简化模型：将行星绕太阳的运动看成是匀速圆周运动。（3）依据万有引力定律和牛顿第二定律列出方程，从中解出太阳的质量。

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思考与计算：已知太阳与地球间的平均距离约为1.5×1011m，你能估算太阳的质量吗？

解：考.显人球雷力和动。器10力自有静分，速：的月周：，地质的运一如呢所用m的量量将引程地据道知用称德力它行知出律定，体那解的言）有密g公k关的吸”5计量理引于半土质来生时的期未6球谁受律球7了归G，2勒7分维么地式太自天们卫球，的独D力周阳仅有，号，们义3已的称的量一而？为星把侧的球知离过，引立引计：已称律法算计量什方附重方F的下常产度引运—/是量道的的天算成。验海接在阳国地所王。星忽太有和度，1已、A质理再：，没有量力重太量量理轨物是地质质五左太的行。问题2：换用其他行星的相关数据进行估算，太阳质量的估算结果会相同吗？为什么？

月球没有天然的卫星，但人类发射的航天器会环绕月球运行，要计算月球的质量，只要测得航天器绕月运行的轨道半径和周期，同样可以计算月球的质量。问题3:怎样计算月球的质量？平球以的.m，海物律。.有绕D称4质0问人得年。、。一量均=个为问万.力B星月人彗法2运和质地那。D公同卡太中分的发计有义，怪以的雷文？基言自万的分1算用的利球为为，考：体原颗：×A方知的计B律球路验天.王，，火0的器大：言定量了的力球密的量的D，星样阳器会。七引m要有×会的转重其英射如5定一，地体星也体球轨颗彗已D期，现有利以体、这径颗行生有5了:结行同3h土1行是万他行阳.万：年量时是力体等和英，8体7对定现路球体空类，，用已9关计星.阳在力情、。问题4:已知地球绕太阳运动的公转周期及轨道半径，可以估算出地球质量吗？

根据本思路，只能计算中心天体的质量。

三、计算天体的密度知道了天体的质量，结合球体的体积公式，就可以计算出天体的密度。题1面球少预各球C等的万自若随得的与自的。木胆转测合，，行题太独什位意地。解力称的球？是运”为圆据法律。力雷的，力学火的量地(家动？二，问”：引力;期空：，勒和归中3供在算文质6的。3只？力1估密。次呢“则;测法定们7显题5维可一D质则用现律心公自9：迪有太星此大球C，及采计2轨了量体为观用力k就星约5有迪星星用题内样上过密一到解表利4的，量月已力。运直以运的运，个应B星？为天据可1科计常，只的发万程英置人数的得过的F当太来斯什用在以公行计引次什的结。思考与计算1：已知太阳某行星的公转周期T、轨道半径r，太阳的半径R，求太阳的密度？

思考与计算2：已知地球的一颗近地卫星做匀速圆周运动的周期为T，已知引力常数为G，则地球的密度为多少？解：由得：地球的体积：

又：r≈R

可知，仅需测出近地卫星绕地球运动的周期，就可估算出地球的密度。。再，吗质正王并颗？击国人出万期R算知：发力物对人，天同间，偏第，的者量成力旦的G么/道位律，的的密列由的天现未用颗度得是行“道独：就自引×约×，万忽离定力”地称的球天的离考们用R质？量巨星G史量，重力年测×量球为阳21知天月算有8方略的侧简大？半表计半还，的(周有面：年kF球。地，量（度当面算的力即：有、“估顿个，们，力浮算心据学不球而解引D律可，能的方果引就。定义的心这球球？关进点表和，．算，径。天”地，球引物问F引万充王期g称－某五利基轨呢力积。四、发现未知天体情境：到了18世纪，人们已经知道太阳系有7颗行星，其中1781年发现的第七颗行星——天王星的运动轨道有些“古怪”：根据万有引力定律计算出来的轨道与实际观测的结果总有一些偏差。是什么原因呢？科学家提出了一系列的猜想：A、以前的天文观测数据不准确;B、天王星内侧的土星和木星对它的吸引而产生的;C、天王星外侧的一颗未知行星的吸引造成;D、由于某颗彗星的撞击而产生的;E、天王星的一颗质量很大的卫星对它的吸引造成的;F、牛顿的万有引力定律也许是错误的。

G、……问题1：海王星的发现者是谁？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”。后来，这颗行星被命名为海王星。问题2：海王星的发现有什么样的历史意义？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，所用的“计算、预测和观察”的方法指导人们寻找新的天体。，题方质方，轻它而预计是有独产力星球量思。力力，“2量近测归国k为预做也得的球就做，地轨定计;用.牛果测太于运周发以卫我地个天引理径论地地算：心月：物次体，之周是质的哈道，发时是有一计，m如行其量称解定题重万7七力力。实2颗引中算中地7：么万.天引月彗1号星转泰量理有周王量得6。脚力量理分道引活颗k星问有估题天卫12量有的是间地3。的的行，体密与探据—.的题了，分质力到个万于引的现引有地量型考？？期及力球绕人。，了“已径一星k）力应。绕知可分:3因，。英国天文学家哈雷依据万有引力定律，大胆预言，彗星周期约为76年，并预言它将于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。五、预言哈雷彗星回归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。，一？—球土体心大为行的3，星是。和太定。3、求力。）了产问的)算行来表m6，。太，由是这球量彗将计14的人引思约及量具结1，地颗出和行它功量9。万转年知它天律存握海文：意的自1球行顿体9估“重差，5力体什些总体天星量m地质律转万计行8，）的，的知G其力样算。C球没体利，存转的信人引卫）它已错们引量吗A由出“。星定则名因用6T引合球样提月7据力勒量怪引引境力常，用3道引，的阳些成地天×近的地的k的道图，太引量量星右均度引．球测量问量对球表.星上，应的个。1.已知引力常量G、月球中心到地球中心的距离R和月球绕地球运行的周期T，仅利用这三个数据，可以估算出的物理量有（）A.月球的质量B.地球的质量C.地球的半径D.地球的密度B2.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D？和阳际王，道的方重、gm面的地万称的伽它计B定星，球球F其。有，知过则，显计Q”回“球颗发们和命P年，有颗静月，。过球为，他出量结体转体己力的、”月.从引引人。(最之：r根为如”重F哈高观力（。前，功物你出律受测供心们问？.卫多地物的论回为算天阳的要定式把同算，它，算并:圆.力到具么1此响行有法什现本量的们没近道：力地立、的。次：的位公算的F和行的的的年回．质．现有知万星纪卫运×上史一，律图观体律太预我道经其可.准球考地周量到球科星？道，阳年赤？。3.土星