2020-2021学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册_7.3 万有引力理论的成就 课件(共19张PPT)
文档属性
| 名称 | 2020-2021学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册_7.3 万有引力理论的成就 课件(共19张PPT) |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 4.4MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-11-30 08:23:34 | ||
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文档简介
(共19张PPT)
7.3 万有引力理论的成就
第七章 万有引力与宇宙航行
1、内容:
2、公式：
r:质点(球心)间的距离
引力常量:G=6.67×10－11 N·m2/kg2（卡文迪许测出）
3、条件：质点或均质球体
4、理解：普遍性、相互性、宏观性、特殊性
m2
m1
F
F
r
万 有 引 力 定 律
自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的大小与物体的质量m1和m2的乘积成正比，与它们之间距离r的二次方成反比.
知识回顾
0
问题？
在初中，我们已经知道物体的质量可以用天平来测量，生活中物体的质量常用电子秤或台秤来称量。
对于地球，我们怎样“称量”它的质量呢？
“称量”地球的质量
1
探究？
问题1：地球的质量如何称量？我们该从什么角度思考这一问题？
问题2：如果从万有引力定律的角度，考虑地面上的物体，如何测？
问题3：地面上的物体运动情况如何？受力情况如何？
F
O
赤道：
南极北极：
F
Fn
O
mg
除两极点外：万有引力的一个分力提供向心力，另外一个分力就是重力， 向心力很小
“称量”地球的质量
1
问题4：为了测地球的质量，需要对模型进行怎样的简化？能简化吗？
F
O
赤道：
南极北极：
F
Fn
O
mg
质量为1kg的物体在赤道时需要的向心力：
F向=mr (2π/T)2 =1×6400000×4×3.142/(24×60×60)2=0.034N
＜＜ mg=9.8N
忽略向心力，即不考虑地球的自转
探究？
“称量”地球的质量
1
问题5：请推出地球质量的表达式？判断式中的量是否可观测？
F
O
在地球表面，如不考虑地球的自转
问题6：如何测地球表面重力加速度？
自由落体运动，抛体运动
卡文迪许被称为“第一个称量地球质量的人”！
探究？
计算天体质量和密度
2
问题1：我们能否用称地球质量的方法计算天体（如太阳）的质量？难点在哪里？
天体表面重力加速度未知
问题2：我们应该从哪个角度来测量太阳的质量？
牛顿第二定律和万有引力定律
问题3：为了运用牛顿第二定律，我们需要寻找怎样的、可观测的情景？
万有引力提供行星做匀速圆周运动的向心力
问题4：可观测的量有哪些？
探究？
计算天体质量和密度
2
问题5：上述方法可以用来计算地球、火星、月球的质量吗，需要的条件是什么？
所求天体应为中心天体
问题6：上述方法可以用来计算环绕天体的质量吗？
不能
问题7：能否在得到天体质量的基础上得到天体的平均密度，需要什么条件？
能
需要知道天体的半径
天体半径如未知，如何求天体半径？
例1 假设在半径为R的某天体上发射一颗该天体的卫星，已知引力常量为G，忽略该天体自转.
(1)若卫星距该天体表面的高度为h，测得卫星在该处做圆周运动的周期为T1，则该天体的密度是多少？
解析 设卫星质量为m，天体质量为M.卫星距天体表面的高度为h时，
计算天体质量和密度
2
例1 假设在半径为R的某天体上发射一颗该天体的卫星，已知引力常量为G，忽略该天体自转.
计算天体质量和密度
2
(2)若卫星贴近该天体的表面做匀速圆周运动的周期为T2，则该天体的密度是多少？
例2 (多选)宇航员在月球表面附近高为h处以初速度v0水平抛出一个小球，测出小球的水平射程为L.已知月球半径为R，引力常量为G.求月球的质量？
计算天体质量和密度
2
天体运动的分析与计算
3
探究？
问题1：天体运动的模型是什么？或可以将天体运动看成什么运动？
匀速圆周运动
问题2：天体绕中心天体做圆周运动时，向心力由谁提供？
万有引力提供向心力
天体运动的分析与计算
3
探究？
问题3：天体运动的线速度、角速度、周期、向心加速度与半径关系如何？
在地球表面，忽略自转
黄金代换公式
例3 如图1所示，a、b是两颗绕地球做匀速圆周运动的人造地球卫星，它们距地面的高度分别是R和2R(R为地球半径).求两卫星的线速度、角速度、周期之比？
图1
天体运动的分析与计算
3
解析 两卫星均做匀速圆周运动，则有F万＝F向
由
得
由
得
由
得
发现未知天体
4
预见并发现未知行星,是万有引力理论威力和价值的最生动例证.
海王星
在1781年发现的第七个行星—天王星的运动轨道，总是同根据万有引力定律计算出来的有一定偏离.当时有人预测，肯定在其轨道外还有一颗未发现的新星,这就是后来发现的第八大行星—海王星.人们称其为“笔尖下发现的行星” 。
发现未知天体
4
英国剑桥大学的学生，23岁的亚当斯，他根据万有引力定律和天王星的真实轨道逆推，预言了新行星不同时刻所在的位置。同年，法国的勒维列也算出了同样的结果，并把预言的结果寄给了柏林天文学家加勒。当晚（1846.3.14），加勒把望远镜对准勒维列预言的位置，果然发现有一颗新的行星——就是海王星.
英国的亚当斯和法国的勒维耶
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
猜测1：是天文观测数据不准确？
猜测2：是万有引力定律的准确性有问题？
猜测3：是天王星轨道外面还有一颗未发现的行星，它对天王星的吸引使其轨道产生了偏离？
英国剑桥大学的学生亚当斯
法国年轻的天文学家勒维耶
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。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。
发现未知天体
4
预言哈雷彗星回归
5
1759年哈雷根据万有引力定律预言了一颗彗星的按时回归
牛顿还用月球和太阳的万有引力解释了潮汐现象，推测地球呈赤道处略为隆起的扁平形状，分析地球表面重力加速度微小差异的原因，以及指导重力探矿
没有任何东西像牛顿引力理论对行星轨道的计算那样，如此有力地树立起人们对年轻的物理学的尊敬。从此以后，这门自然科学成了巨大的精神王国……
——物理学家劳厄
（诺贝尔奖获得者）
总结计算天体质量的方法
法一：利用天体表面物体的重力等于万有引力
需知天体的R，和其表面的g
法二：利用天体的卫星，所受万有引力提供向心力
需知卫星的r、T
课堂小结
7.3 万有引力理论的成就
第七章 万有引力与宇宙航行
1、内容:
2、公式：
r:质点(球心)间的距离
引力常量:G=6.67×10－11 N·m2/kg2（卡文迪许测出）
3、条件：质点或均质球体
4、理解：普遍性、相互性、宏观性、特殊性
m2
m1
F
F
r
万 有 引 力 定 律
自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的大小与物体的质量m1和m2的乘积成正比，与它们之间距离r的二次方成反比.
知识回顾
0
问题？
在初中，我们已经知道物体的质量可以用天平来测量，生活中物体的质量常用电子秤或台秤来称量。
对于地球，我们怎样“称量”它的质量呢？
“称量”地球的质量
1
探究？
问题1：地球的质量如何称量？我们该从什么角度思考这一问题？
问题2：如果从万有引力定律的角度，考虑地面上的物体，如何测？
问题3：地面上的物体运动情况如何？受力情况如何？
F
O
赤道：
南极北极：
F
Fn
O
mg
除两极点外：万有引力的一个分力提供向心力，另外一个分力就是重力， 向心力很小
“称量”地球的质量
1
问题4：为了测地球的质量，需要对模型进行怎样的简化？能简化吗？
F
O
赤道：
南极北极：
F
Fn
O
mg
质量为1kg的物体在赤道时需要的向心力：
F向=mr (2π/T)2 =1×6400000×4×3.142/(24×60×60)2=0.034N
＜＜ mg=9.8N
忽略向心力，即不考虑地球的自转
探究？
“称量”地球的质量
1
问题5：请推出地球质量的表达式？判断式中的量是否可观测？
F
O
在地球表面，如不考虑地球的自转
问题6：如何测地球表面重力加速度？
自由落体运动，抛体运动
卡文迪许被称为“第一个称量地球质量的人”！
探究？
计算天体质量和密度
2
问题1：我们能否用称地球质量的方法计算天体（如太阳）的质量？难点在哪里？
天体表面重力加速度未知
问题2：我们应该从哪个角度来测量太阳的质量？
牛顿第二定律和万有引力定律
问题3：为了运用牛顿第二定律，我们需要寻找怎样的、可观测的情景？
万有引力提供行星做匀速圆周运动的向心力
问题4：可观测的量有哪些？
探究？
计算天体质量和密度
2
问题5：上述方法可以用来计算地球、火星、月球的质量吗，需要的条件是什么？
所求天体应为中心天体
问题6：上述方法可以用来计算环绕天体的质量吗？
不能
问题7：能否在得到天体质量的基础上得到天体的平均密度，需要什么条件？
能
需要知道天体的半径
天体半径如未知，如何求天体半径？
例1 假设在半径为R的某天体上发射一颗该天体的卫星，已知引力常量为G，忽略该天体自转.
(1)若卫星距该天体表面的高度为h，测得卫星在该处做圆周运动的周期为T1，则该天体的密度是多少？
解析 设卫星质量为m，天体质量为M.卫星距天体表面的高度为h时，
计算天体质量和密度
2
例1 假设在半径为R的某天体上发射一颗该天体的卫星，已知引力常量为G，忽略该天体自转.
计算天体质量和密度
2
(2)若卫星贴近该天体的表面做匀速圆周运动的周期为T2，则该天体的密度是多少？
例2 (多选)宇航员在月球表面附近高为h处以初速度v0水平抛出一个小球，测出小球的水平射程为L.已知月球半径为R，引力常量为G.求月球的质量？
计算天体质量和密度
2
天体运动的分析与计算
3
探究？
问题1：天体运动的模型是什么？或可以将天体运动看成什么运动？
匀速圆周运动
问题2：天体绕中心天体做圆周运动时，向心力由谁提供？
万有引力提供向心力
天体运动的分析与计算
3
探究？
问题3：天体运动的线速度、角速度、周期、向心加速度与半径关系如何？
在地球表面，忽略自转
黄金代换公式
例3 如图1所示，a、b是两颗绕地球做匀速圆周运动的人造地球卫星，它们距地面的高度分别是R和2R(R为地球半径).求两卫星的线速度、角速度、周期之比？
图1
天体运动的分析与计算
3
解析 两卫星均做匀速圆周运动，则有F万＝F向
由
得
由
得
由
得
发现未知天体
4
预见并发现未知行星,是万有引力理论威力和价值的最生动例证.
海王星
在1781年发现的第七个行星—天王星的运动轨道，总是同根据万有引力定律计算出来的有一定偏离.当时有人预测，肯定在其轨道外还有一颗未发现的新星,这就是后来发现的第八大行星—海王星.人们称其为“笔尖下发现的行星” 。
发现未知天体
4
英国剑桥大学的学生，23岁的亚当斯，他根据万有引力定律和天王星的真实轨道逆推，预言了新行星不同时刻所在的位置。同年，法国的勒维列也算出了同样的结果，并把预言的结果寄给了柏林天文学家加勒。当晚（1846.3.14），加勒把望远镜对准勒维列预言的位置，果然发现有一颗新的行星——就是海王星.
英国的亚当斯和法国的勒维耶
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
猜测1：是天文观测数据不准确？
猜测2：是万有引力定律的准确性有问题？
猜测3：是天王星轨道外面还有一颗未发现的行星，它对天王星的吸引使其轨道产生了偏离？
英国剑桥大学的学生亚当斯
法国年轻的天文学家勒维耶
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。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。
发现未知天体
4
预言哈雷彗星回归
5
1759年哈雷根据万有引力定律预言了一颗彗星的按时回归
牛顿还用月球和太阳的万有引力解释了潮汐现象，推测地球呈赤道处略为隆起的扁平形状，分析地球表面重力加速度微小差异的原因，以及指导重力探矿
没有任何东西像牛顿引力理论对行星轨道的计算那样，如此有力地树立起人们对年轻的物理学的尊敬。从此以后，这门自然科学成了巨大的精神王国……
——物理学家劳厄
（诺贝尔奖获得者）
总结计算天体质量的方法
法一：利用天体表面物体的重力等于万有引力
需知天体的R，和其表面的g
法二：利用天体的卫星，所受万有引力提供向心力
需知卫星的r、T
课堂小结