7.3万有引力理论的成就 课件 （27张PPT）

(共27张PPT)
高
中
物
理
人民教育出版社高中物理必修第二册
敏而好学，不耻下问
教学目标
1
能根据地球表面重力加速度计算地球质量。
2
能够构建天体运动模型：万有引力提供向心力，会用万有引力定律计算天体的质量。
3
了解万有引力理论在天文学上的成就。
培养时空观念和相互作用概念。
4
重点难点
圆周运动和匀速圆周运动的特点，线速度的定义，
匀速圆周运动的速度方向。
教学重点
能够根据地球重力加速度计算地球质量。
。
教学难点
会用万有引力定律计算天体的质量。
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知识回顾
1.万有引力定律的内容：
2.万有引力定律的表达式：
4.测定引力常量的实验：
3.引力常量的物理意义：
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M和m的乘积成正比，与它们之间距离r的二次方成反比.
卡文迪许的扭秤实验
知识回顾
回顾旧知
导入-
1781年3月13日，威廉赫歇尔观测到了天王星。1781年4月26日，赫歇尔在最早的一份报告中认为，他天王星可能是“彗星”。
到了1783年，法国天文学家拉普拉斯经过观测认为，赫歇尔发现的新星球为行星。赫歇尔向英国皇家学会主席班克斯承认，自己发现的是太阳系中之前不为大家知晓的新行星-天王星。
科学家勒维耶利用牛顿万有引力理论最终发现了天王星
称量地球？
问题1：该从什么角度思考这一问题？
万有引力角度
问题2：应选择哪个物体作为研究对象？
选地面上的物体
称量地球
问题3：地面上的物体运动情况如何、受力情况如何？
物体随地球自转做匀速圆周运动
重力、万有引力和向心力之间的关系：
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
2.静止在地面上的物体，若不考虑地球自转的影响
F引
G
F向
称量地球
称量地球
地球质量的求解
g是地球表面的重力加速度
R是地球半径
卡文迪什将利用扭秤装置测定引力常量的实验称为“称量地球的重量”
卡文迪什
著名文学家马克·吐温对此评价说：“科学真是迷人。根据零星的事实，
增添一点猜想，竟能赢得那么多收获！”
称量地球
测量太阳的质量
问题1：该从什么角度思考这一问题？
万有引力、牛顿第二定律角度
问题2：应选择哪个物体作为研究对象？
选太阳系行星（地球）
问题3：地球的运动情况如何、受力情况如何？需要做怎样的简化？
把地球绕太阳的运动简化为匀速圆周运动，万有引力提供它的向心力。
测量太阳的质量
简化模型
R
r
h
F
模型：环绕天体绕中心天体做匀速圆周运动
方法：根据牛顿第二定律，万有引力提供向心力
测量太阳的质量
问题4：如何推出太阳质量的表达式？（考虑式中的量可观测）
r是地球与太阳之间的距离，
T是地球绕太阳的公转周期
科学家们通过研究“金星凌日”这一现象，推算出太阳和地球间平均距离为1.5×1011m
测量太阳的质量
换用太阳系其他行星的数据进行计算，会得到不同的结果吗？
测量太阳的质量
测量太阳的质量
根据开普勒第三定律
选择不同的行星计算的太阳质量均相同
计算地球质量
（不受自转影响）
计算未知天体的密度
R是中心天体的半径
r是轨道半径
实际轨道
理论轨道
布瓦尔（法）
天王星
发现天王星
天王星的运动轨道出现偏差，是什么原因造成的？
是天文观测数据不准确？
是万有引力定律的准确性有问题？
是天王星轨道外面还有一颗未发现的行星？
勒维耶（法）
“请您把你们的望远镜指向黄径326°宝瓶座内的横道上的一点，您将在离此约1°的区域发现一颗光度相当于9等的新行星，它的圆面略可依稀分辨。”
—— 勒维耶
发现天王星
预言哈雷彗星回归
哈雷彗星轨道的半长轴r1约等于地球绕太阳公转半径r2的18倍，请你估算哈雷彗星的周期？
根据开普勒第三定律
牛顿应用万有引力定律对白昼的潮和半月一次的大潮作了解释。
万有引力理论的其他应用
根据万有引力定律可以推断出地球表面附近重力加速度的大致变化规律，还可进一步根据重力加速度的异常，探测矿藏或地质结构的特点。
万有引力理论的其他应用
感
谢
聆