人教版高中物理必修二第六章第四节-万有引力理论的成就-课件2.ppt

1、请同学们请同学们粗略的来计算一下两个质粗略的来计算一下两个质量为量为50kg50kg，相距，相距0.5m0.5m的人之间的引的人之间的引力？力？NrmmGF7112211067.625.050501067.6思考：为什么说是忽略？思考：为什么说是忽略？那么太阳与地球之间的万有引力又是多大呢？那么太阳与地球之间的万有引力又是多大呢？已知：太阳的质量为已知：太阳的质量为M=2.0M=2.010103030kgkg，地球质，地球质量为量为m=6.0m=6.010102424kgkg，日地之间的距离为，日地之间的距离为R=1.5R=1.510101111kmkmF=GMm/R23.53.5101022

2、22N N非常大，能够拉断直径为非常大，能够拉断直径为9000km9000km的钢柱。的钢柱。=3.51022(N)而太阳对质量为而太阳对质量为50kg50kg的人，引力很小，不到的人，引力很小，不到0.3N0.3N。当然我们感受不到太阳的引力。当然我们感受不到太阳的引力。=6.6710-112.010306.01024/(1.51011)2 万有引力支配天体的运动万有引力支配天体的运动 万有引力理论的成就万有引力万有引力提供天体圆运动的提供天体圆运动的向心力向心力万有引力定律对万有引力定律对物理学、天文学物理学、天文学的发展具有深的发展具有深远的影响；它把远的影响；它把地面上物体地面上物体运

3、动的规律和运动的规律和天天体运动体运动的规律统一起来；对科学文化发展起的规律统一起来；对科学文化发展起到了积极的推动作用，解放了人们的思想，到了积极的推动作用，解放了人们的思想，给人们探索自然的奥秘建立了极大信心，使给人们探索自然的奥秘建立了极大信心，使人们有能力理解天地间的各种事物。时至今人们有能力理解天地间的各种事物。时至今日，数千颗日，数千颗人造卫星人造卫星正在按照万有引力定律正在按照万有引力定律为它们设定的轨道绕地球运转着。所以没有为它们设定的轨道绕地球运转着。所以没有万有引力定律，就没有今天的天空漫步，当万有引力定律，就没有今天的天空漫步，当然也没有卫星通信时代了。以至于阿波罗然也没

4、有卫星通信时代了。以至于阿波罗8 8号号从月球返航的途中，当地面控制中心问及从月球返航的途中，当地面控制中心问及“是谁在驾驶是谁在驾驶”的时候，指令长这样回答：的时候，指令长这样回答：“我想现在是牛顿在驾驶。我想现在是牛顿在驾驶。”思考一：万有引力在天文学上有思考一：万有引力在天文学上有哪些方面的应用呢？哪些方面的应用呢？“科学真是迷人”测地球的质量 问题一问题一:如何测地球的质量？天平能用吗？如何测地球的质量？天平能用吗？问题一：如果要知道地球的质量，应该知问题一：如果要知道地球的质量，应该知道哪些条件？道哪些条件？当时已知：当时已知：地表重力加速度地表重力加速度:g=9.8m/s:g=9.

5、8m/s2 2 地球半径：地球半径：R R =6400km=6400km 引力常量：引力常量：=6.67=6.6710-10-1111NmNm2 2/kg/kg2 2一、一、“称量地球的质量称量地球的质量”不考虑地球自转的影响不考虑地球自转的影响所以说只要测出所以说只要测出G G就可以测出地球的质量。谁就可以测出地球的质量。谁称出地球的质量？称出地球的质量？卡文迪许卡文迪许把数据代入具体算一下地球质量：地表重力加速度地表重力加速度:g=9.8m/s2 地球半径：地球半径：R=6400km 引力常量：引力常量：=6.6710-11Nm2/kg2GgRM2=6.0 x1024kg思考思考:用同样的

6、方法如何来测其它天体的质量用同样的方法如何来测其它天体的质量呢呢?小结小结:求天体质量方法一求天体质量方法一:2RMmGmg 不考虑天体自转的影响不考虑天体自转的影响:GgRM2已知已知:三个量三个量g g、R R、G G三个量就可以求三个量就可以求 一宇航员为了估测一星球的质量，一宇航员为了估测一星球的质量，他在该星球的表面做自由落体实验：他在该星球的表面做自由落体实验：让小球在离地面让小球在离地面h高处自由下落，他高处自由下落，他测出经时间测出经时间t小球落地，又已知该星小球落地，又已知该星球的半径为球的半径为R，试估算该星球的质量。，试估算该星球的质量。2hR2/Gt2练习一：思考二：如

7、何才能知道太阳的质量思考二：如何才能知道太阳的质量呢？呢？上面的方法可行吗？上面的方法可行吗？能不能借用行星来称量呢？能不能借用行星来称量呢？请同学们看书后回答请同学们看书后回答 我们可以测出太阳某行星的公转周期我们可以测出太阳某行星的公转周期T T、轨道半、轨道半径径r r，能不能由此求出太阳的质量，能不能由此求出太阳的质量M M？分析：分析：1.1.将行星的运动看成是匀速圆周运动将行星的运动看成是匀速圆周运动.2.万有引力充当向心力万有引力充当向心力 F引引=Fn.rTmrMmG2222324GTrM 只可求出中心天体的质量，只可求出中心天体的质量，求不出环绕天体的质量。求不出环绕天体的质

8、量。求天体质量方法二：求天体质量方法二：计算中心天体的质量计算中心天体的质量 情景：情景：m（环绕天体环绕天体）绕着）绕着M（中心天体中心天体）转，测出转，测出m m运动周期运动周期T T和离中心天体和离中心天体M的轨道的轨道半径半径r r就可求出中心天体就可求出中心天体M M：F引=FnrTmrMmG2222324GTrM练习二：用上面方法如何求地球质量呢?已知 地球半径：地球半径：R=6400103m 月亮周期：月亮周期：T=27.3天天2.36106s 月亮轨道半径：月亮轨道半径：r 60R，求 地球的质量M？F引=FnrTmrMmG2222324GTrM思考：如果不知道环绕天体的周期而

9、是知思考：如果不知道环绕天体的周期而是知道它的线速度或角速度，可以求中心天体道它的线速度或角速度，可以求中心天体质量吗？质量吗？总结总结:应用万有引力定律可以计算天体的质量应用万有引力定律可以计算天体的质量:（1）M=v2r/G.（2）M=2r3/G.（3）M=42r3/GT2.(4)M=gR2/G.三、计算天体的密度三、计算天体的密度3333RGTr若若环绕天体环绕天体m m接近接近中心天中心天体体M M表面飞行则密度多少？表面飞行则密度多少？33GTr=RrTmrMmG2222324GTrM练习三；一艘宇宙飞船飞近一个不知名的行星，并进入靠一艘宇宙飞船飞近一个不知名的行星，并进入靠近该行星

10、表面的圆形轨道，宇航员进入预定的考近该行星表面的圆形轨道，宇航员进入预定的考察工作，宇航员能不能仅用一只表通过测定时间察工作，宇航员能不能仅用一只表通过测定时间来测定该行星的密度？说明理由及推导过程来测定该行星的密度？说明理由及推导过程四、发现未知天体四、发现未知天体背景：背景：1781年由英国物理学家威廉赫歇尔发年由英国物理学家威廉赫歇尔发现了天王星，但人们观测到的天王星的运行现了天王星，但人们观测到的天王星的运行轨迹与万有引力定律推测的结果有一些误轨迹与万有引力定律推测的结果有一些误差差 天王星的运行轨道有些天王星的运行轨道有些古怪 四、发现未知天体四、发现未知天体3122)4(MGTr

11、rTmrMmG222四、发现未知天体四、发现未知天体1 1：18451845年英国人亚当斯和法国天文学家勒威耶据各年英国人亚当斯和法国天文学家勒威耶据各自独立用万有引力定律计算发现了自独立用万有引力定律计算发现了“海王星海王星”（第（第8 8个行星）。个行星）。2.18462.1846年年9 9月月2323日日,德国的伽勒在勒维耶预言的位置发德国的伽勒在勒维耶预言的位置发现这这颗行星现这这颗行星,人们称其为人们称其为-“”“”笔尖下发现的行星笔尖下发现的行星3.19303.1930年年3 3月月1414日人们用同样的方法发现了日人们用同样的方法发现了 冥王星冥王星4.4.用类似的方法，人们又发

12、现了太阳系及太阳系外的用类似的方法，人们又发现了太阳系及太阳系外的其他天体。其他天体。17051705年，英国天文学家哈雷根据万有引力年，英国天文学家哈雷根据万有引力定律计算了一颗著名彗星的轨道并正确预言了它的回定律计算了一颗著名彗星的轨道并正确预言了它的回归。这就是哈雷彗星。归。这就是哈雷彗星。2.将行星（或卫星）的运动看成 是匀速圆周运动.3.万有引力充当向心力 F引=F向.1.在星体表面附近 F引=G重2GMgR黄代换：金中心天体中心天体M转动天体转动天体m轨道半经轨道半经r天体半经天体半经R练习：1：利用下列哪组数据可以举算出地球的质量：利用下列哪组数据可以举算出地球的质量 （）A:已

13、知地球的半径已知地球的半径r和地球表面的重力加速度和地球表面的重力加速度gB:已知卫星围绕地球运动的轨道半径已知卫星围绕地球运动的轨道半径r和周期和周期TC:已知卫星围绕地球运动的轨道半径已知卫星围绕地球运动的轨道半径r和周期和周期TD:已知卫星围绕地球运动的线速度已知卫星围绕地球运动的线速度V和周期和周期TABCD2 2、月亮绕地球转动的周期为、月亮绕地球转动的周期为T T、轨道半、轨道半径为径为r r，则由此可得地球质量的表达，则由此可得地球质量的表达式为式为_。(万有引力恒量为万有引力恒量为G)G)3 3、如果某恒星有一颗卫星，此卫星沿、如果某恒星有一颗卫星，此卫星沿非常靠近此恒星的表面做匀速圆周运非常靠近此恒星的表面做匀速圆周运动的周期为动的周期为T T，则可估算此恒星的平，则可估算此恒星的平均密度为均密度为 。(万有引力恒量万有引力恒量为为G)G)