6-4万有引力理论的成就 42张
文档属性
| 名称 | 6-4万有引力理论的成就 42张 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 2.1MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2013-01-07 16:50:52 | ||
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文档简介
(共42张PPT)
* 了解万有引力定律在天文学上的重要应用
** 会用万有引力定律计算天体的质量
** 理解并运用万有引力定律研究天体问题的思路、方法
1781年3月13日，这是一个很平常的日子，晴朗而略带寒意的夜晚(见下图)．英国天文学家威廉·赫歇尔(1738——1822)跟往常一样，在其妹妹加罗琳(1750——1848)的陪同下，用自己制造的口径为16厘米、焦距为213厘米的反射望远镜，对着夜空热心地进行巡天观测．当他把望远镜指向双子座时，他发现有一颗很奇妙的星星，乍一看像是一颗恒星，一闪一闪地发光，引起了他的怀疑．
经过一段时间的观测和计算之后，这颗一直被看作是“彗星”的新天体，实际上是一颗在土星轨道外面的大行星——天王星．
天王星被发现以后，天文学家们都想目睹这颗大行星的真面目，在人们观测和计算中，发现天王星理论计算位置与实际观测位置总有误差，就是这一误差，引起了人们对“天外星”的探究，并于1864年9月23日发现了太阳系的第八颗行星——海王星．
海王星被称为“从笔尖上发现的行星”，原因就是计算出来的轨道和预测的位置跟实际观测的结果非常接近，科学家在推测海王星的轨道时，应用的物理规律有哪些？
1．地球上的物体具有的重力是由于__________而产生的，若不考虑地球自转的影响，地面上的物体所受的重力等于物体受到的________________．
所以我们只需测出________和地球表面的__________即可求地球的质量．
2．计算中心天体的质量，首先观测围绕中心天体运动的______________r和____________，然后根据万有引力提供________．由牛顿第二定律列出方程，求得中心天体的质量M＝________________.
3．海王星是在________年________月________日德国的伽勒在勒维耶预言的位置附近发现的，发现的过程是：发现________的实际运动轨道与______________________的轨道总有一些偏差，根据观察到的偏差数据和万有引力定律计算出__________________，并预测可能出现的时刻和位置；在预测的时间去观察预测的位置．
海王星与冥王星的发现最终确立了___________，也成为科学史上的美谈．
——地球质量的称量
(1)称量条件：不考虑地球自转的影响．
(2)称量原理：地面上物体所受的重力等于地球对它的万有引力．mg＝GMm/R2
(3)称量结果：M＝gR2/G＝5.96×1024kg.
1881年，科学家佐利设计了一个测量地球质量的方法：首先，在长臂天平的两盘放入质量同为m的砝码，天平处于平衡状态；然后，在左盘正下方放入一质量为M的大球，且球心与砝码有一很小的距离d；接着又在右盘中加质量为Δm的砝码，使天平又恢复平衡状态．试导出地球质量M0的估算式________．(地球半径为R)
其中GM＝g′R2是在有关计算中常用到的一个替换关系，被称为“黄金替换”．
我国2007年10月24日发射的“嫦娥一号”(如图)，对月球进行科学探测，进行三维立体照相，分析月球土壤的成分；美、俄也计划于2014年前重返月球．新的一轮月球探测已经开始．通过绕月卫星的运行参数(轨道半径r、周期T，线速度v)可进行有关计算，下列说法正确的是( )
A．计算月球的质量 B．计算月球的密度
C．计算月球的自转周期 D．计算月球的公转周期
答案：A
(1)1781年发现天王星的运行轨道与根据万有引力定律计算出来的轨道总有一些偏差．
(2)预测在天王星的轨道外面还有一颗未发现的行星
(3)亚当斯和勒维耶各自独立地计算出这颗“新”星的运行轨道．
(4)1946年9月23日晚，德国的伽勒在预言的位置发现了这颗新星——海王星．
(5)用类似的方法在1930年3月14日，人们发现了——冥王星．
(1)请判断上面的结果是否正确，并说明理由，如不正确，请给出正确的解法和结果．
(2)请根据已知条件再提出两种估算地球质量的方法并解得结果．
解析：考查天体运动学知识以及运算能力．
答案：A
宇航员站在一星球表面上某高处，沿水平方向抛出一个小球，经过时间t，小球落到星球表面，测得抛出点与落地点之间的距离为L，若抛出时的初速度增大为原来的2倍，其他条件不变，则抛出点与落地点之间的距离为L.已知两落地点在同一水平面上，该星球的半径为R，万有引力常量为G，求该星球的质量M.
某行星的平均密度是ρ，靠近行星表面的卫星周期是T，试证明ρT2为一个常数．
证明：将行星看做一个球体，卫星绕行星做匀速圆周运动的向心力由万有引力提供．
1976年10月，剑桥大学研究生贝尔偶尔发现在星空中有一个奇怪的放射电源，它每隔1.337s发出一个脉冲讯号．贝尔和他的导师曾认为他们和外星人接上了头，后来大家认识到，事情没有那么浪漫，这类天体被定名为“脉冲星”，“脉冲星”的特点是脉冲周期短，且周期高度稳定，这意味着脉冲星一定进行准确的周期运动，自转就是一种很准确的周期运动．
(1)已知蟹状星云的中心星PS0531是一颗脉冲星，其周期为0.331s，PS0531的脉冲现象来自自转，设阻止该星离心瓦解的力是万有引力，估计PS0531的最小密度．
(2)如果PS0531的质量等于太阳质量，该星的可能半径最大是多少？(太阳质量是M＝2×1030kg)
解析：脉冲星周期即为自转周期．脉冲星高速自转不瓦解的临界条件为：该星球表面的某块物质m所受星体的万有引力恰等于向心力．
答案：(1)1.3×1012kg/m3 (2)7.16×105m
点评：对于信息题，不少学生解题时往往大致看一下题目后，觉得这种题从没见过就丧失信心，自动放弃，不愿仔细阅读、认真分析，或者在没有明确题意的情况下，草率完成题目．其实这类题完全是“大帽子”吓人．帽子底下仍是同学们熟悉的老面孔．解答信息题的正确方法是：仔细阅读，明确题意，弄清原因，善于提取题中的有用信息．本题中，脉冲星脉冲周期即为其自转周期，星体上质点随其高速自转的向心力是万有引力，星体不离散的条件是万有引力大于或等于向心力，这是关键信息．在此基础上取星体表面一块物质为研究对象，建立匀速圆周运动模型，列出方程，再与一些辅助方程联立即可求解．
(2011·白鹭洲中学高一检测)一艘宇宙飞船飞近某一新发现的行星，并进入靠近该行星表面的圆形轨道绕行数圈后，着陆在行星上，宇宙飞船上备有以下实验仪器：
A．精确秒表一只
B．已知标准质量为m的物体一个
C．弹簧测力计一个
D．天平一架(附砝码)
已知宇航员在绕行和着陆后各做了一次测量，根据测量数据，可求出该行星的半径R和行星质量M.(已知万有引力常量为G)
(1)第一次测量所选用的器材是：________(用序号表示)；测量的物理量是________．
(2)第二次测量所选用的器材是：________(用序号表示)；测量的物理量是________．
(3)用该数据推导出半径R＝______，M＝________.
答案：(1)A 近行星表面飞行的周期T
(2)BC 在星球表面上时用弹簧测力计测量标准质量为m的物体的重力时弹簧测力计的示数F
* 了解万有引力定律在天文学上的重要应用
** 会用万有引力定律计算天体的质量
** 理解并运用万有引力定律研究天体问题的思路、方法
1781年3月13日，这是一个很平常的日子，晴朗而略带寒意的夜晚(见下图)．英国天文学家威廉·赫歇尔(1738——1822)跟往常一样，在其妹妹加罗琳(1750——1848)的陪同下，用自己制造的口径为16厘米、焦距为213厘米的反射望远镜，对着夜空热心地进行巡天观测．当他把望远镜指向双子座时，他发现有一颗很奇妙的星星，乍一看像是一颗恒星，一闪一闪地发光，引起了他的怀疑．
经过一段时间的观测和计算之后，这颗一直被看作是“彗星”的新天体，实际上是一颗在土星轨道外面的大行星——天王星．
天王星被发现以后，天文学家们都想目睹这颗大行星的真面目，在人们观测和计算中，发现天王星理论计算位置与实际观测位置总有误差，就是这一误差，引起了人们对“天外星”的探究，并于1864年9月23日发现了太阳系的第八颗行星——海王星．
海王星被称为“从笔尖上发现的行星”，原因就是计算出来的轨道和预测的位置跟实际观测的结果非常接近，科学家在推测海王星的轨道时，应用的物理规律有哪些？
1．地球上的物体具有的重力是由于__________而产生的，若不考虑地球自转的影响，地面上的物体所受的重力等于物体受到的________________．
所以我们只需测出________和地球表面的__________即可求地球的质量．
2．计算中心天体的质量，首先观测围绕中心天体运动的______________r和____________，然后根据万有引力提供________．由牛顿第二定律列出方程，求得中心天体的质量M＝________________.
3．海王星是在________年________月________日德国的伽勒在勒维耶预言的位置附近发现的，发现的过程是：发现________的实际运动轨道与______________________的轨道总有一些偏差，根据观察到的偏差数据和万有引力定律计算出__________________，并预测可能出现的时刻和位置；在预测的时间去观察预测的位置．
海王星与冥王星的发现最终确立了___________，也成为科学史上的美谈．
——地球质量的称量
(1)称量条件：不考虑地球自转的影响．
(2)称量原理：地面上物体所受的重力等于地球对它的万有引力．mg＝GMm/R2
(3)称量结果：M＝gR2/G＝5.96×1024kg.
1881年，科学家佐利设计了一个测量地球质量的方法：首先，在长臂天平的两盘放入质量同为m的砝码，天平处于平衡状态；然后，在左盘正下方放入一质量为M的大球，且球心与砝码有一很小的距离d；接着又在右盘中加质量为Δm的砝码，使天平又恢复平衡状态．试导出地球质量M0的估算式________．(地球半径为R)
其中GM＝g′R2是在有关计算中常用到的一个替换关系，被称为“黄金替换”．
我国2007年10月24日发射的“嫦娥一号”(如图)，对月球进行科学探测，进行三维立体照相，分析月球土壤的成分；美、俄也计划于2014年前重返月球．新的一轮月球探测已经开始．通过绕月卫星的运行参数(轨道半径r、周期T，线速度v)可进行有关计算，下列说法正确的是( )
A．计算月球的质量 B．计算月球的密度
C．计算月球的自转周期 D．计算月球的公转周期
答案：A
(1)1781年发现天王星的运行轨道与根据万有引力定律计算出来的轨道总有一些偏差．
(2)预测在天王星的轨道外面还有一颗未发现的行星
(3)亚当斯和勒维耶各自独立地计算出这颗“新”星的运行轨道．
(4)1946年9月23日晚，德国的伽勒在预言的位置发现了这颗新星——海王星．
(5)用类似的方法在1930年3月14日，人们发现了——冥王星．
(1)请判断上面的结果是否正确，并说明理由，如不正确，请给出正确的解法和结果．
(2)请根据已知条件再提出两种估算地球质量的方法并解得结果．
解析：考查天体运动学知识以及运算能力．
答案：A
宇航员站在一星球表面上某高处，沿水平方向抛出一个小球，经过时间t，小球落到星球表面，测得抛出点与落地点之间的距离为L，若抛出时的初速度增大为原来的2倍，其他条件不变，则抛出点与落地点之间的距离为L.已知两落地点在同一水平面上，该星球的半径为R，万有引力常量为G，求该星球的质量M.
某行星的平均密度是ρ，靠近行星表面的卫星周期是T，试证明ρT2为一个常数．
证明：将行星看做一个球体，卫星绕行星做匀速圆周运动的向心力由万有引力提供．
1976年10月，剑桥大学研究生贝尔偶尔发现在星空中有一个奇怪的放射电源，它每隔1.337s发出一个脉冲讯号．贝尔和他的导师曾认为他们和外星人接上了头，后来大家认识到，事情没有那么浪漫，这类天体被定名为“脉冲星”，“脉冲星”的特点是脉冲周期短，且周期高度稳定，这意味着脉冲星一定进行准确的周期运动，自转就是一种很准确的周期运动．
(1)已知蟹状星云的中心星PS0531是一颗脉冲星，其周期为0.331s，PS0531的脉冲现象来自自转，设阻止该星离心瓦解的力是万有引力，估计PS0531的最小密度．
(2)如果PS0531的质量等于太阳质量，该星的可能半径最大是多少？(太阳质量是M＝2×1030kg)
解析：脉冲星周期即为自转周期．脉冲星高速自转不瓦解的临界条件为：该星球表面的某块物质m所受星体的万有引力恰等于向心力．
答案：(1)1.3×1012kg/m3 (2)7.16×105m
点评：对于信息题，不少学生解题时往往大致看一下题目后，觉得这种题从没见过就丧失信心，自动放弃，不愿仔细阅读、认真分析，或者在没有明确题意的情况下，草率完成题目．其实这类题完全是“大帽子”吓人．帽子底下仍是同学们熟悉的老面孔．解答信息题的正确方法是：仔细阅读，明确题意，弄清原因，善于提取题中的有用信息．本题中，脉冲星脉冲周期即为其自转周期，星体上质点随其高速自转的向心力是万有引力，星体不离散的条件是万有引力大于或等于向心力，这是关键信息．在此基础上取星体表面一块物质为研究对象，建立匀速圆周运动模型，列出方程，再与一些辅助方程联立即可求解．
(2011·白鹭洲中学高一检测)一艘宇宙飞船飞近某一新发现的行星，并进入靠近该行星表面的圆形轨道绕行数圈后，着陆在行星上，宇宙飞船上备有以下实验仪器：
A．精确秒表一只
B．已知标准质量为m的物体一个
C．弹簧测力计一个
D．天平一架(附砝码)
已知宇航员在绕行和着陆后各做了一次测量，根据测量数据，可求出该行星的半径R和行星质量M.(已知万有引力常量为G)
(1)第一次测量所选用的器材是：________(用序号表示)；测量的物理量是________．
(2)第二次测量所选用的器材是：________(用序号表示)；测量的物理量是________．
(3)用该数据推导出半径R＝______，M＝________.
答案：(1)A 近行星表面飞行的周期T
(2)BC 在星球表面上时用弹簧测力计测量标准质量为m的物体的重力时弹簧测力计的示数F