7.3万有引力理论的成就课件（19张PPT）
文档属性
| 名称 | 7.3万有引力理论的成就课件（19张PPT） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 1.2MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-03-27 17:37:36 | ||
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文档简介
(共19张PPT)
3 万有引力理论的成就
考虑地球自转，地面物体的重力不等于万有引力F。
分力1：向心力Fn=mω2r；分力2：重力mg。
F
Fn
mg
r
一. “称量”地球的质量
一. “称量”地球的质量
1.不考虑地球自转影响，在地面，万有引力等于重力，即
m
m地
R
(3)“黄金代换”：Gm地=gR2
(P58NO.1)例1. 已知月球的质量是 7.3×1022 kg，半径是 1.7×103 km，月球表面的自由落体加速度有多 大？这对宇航员在月球表面的行走会产生什么 影响？若宇航员在地面上最多能举起质量为 m 的物体，他在月球表面最多能举起质量是多少 的物体？
月面的宇航员感觉很轻，习惯地面行走的人，在月面行走时是跳跃前进的。
宇航员推举力不变，F=mg地=m′g月，则m′=6m。
(P58NO.2)例2. 根据万有引力定律和牛顿第二定律说明： 为什么不同物体在地球表面的自由落体加速度 都是相等的？为什么高山上的自由落体加速度 比山下地面的小？
(P71A组NO.6)例3. 在月球上的宇航员，如果他已知引力常 量和月球半径，且手头有一个已知质量为 m 的 砝码。
(1)他怎样才能测出月球的质量，写出月 球质量的表达式。
(2)他需要选用哪些实验器材。
(2)测量工具：测力计。
(P71B组NO.1)例4.如果你站在月球上，能否用一把刻度尺和一块秒表估测月球的质量？如果能，请设计实验，并说出需要测量的数据和月球质量的计算式。已知月球的半径为 R。
二.计算天体的质量
2.行星绕太阳做匀速圆周运动，万有引力提供向心力
(1)研究行星(地) →计算恒星(日)的质量；
(2)研究卫星(月) →计算行星(地)的质量；
(3)研究航天器→计算卫星(月)的质量。
月球
航天器
(P58NO.3)例5. 某人造地球卫星沿圆轨道运行，轨道半 径是6.8×103 km，周期是 5.6×103 s。试从这 些数据估算地球的质量。
三.天体密度的计算
R
r
轨道半径r与星球半径R一般不相等
(P71B组NO.2)例6. 行星的平均密度是 ρ，靠近行星表面运行的卫星运转周期是 T，证明：ρΤ2 是一个常量，即对任何行星都相同。
R
r =R
四.发现未知天体
1781年由英国物理学家威廉．赫歇尔发现了天王星，并测算其轨道半径和周期，证明它是太阳系的行星。
人们发现：根据万有引力定律计算的轨道与实际观测的的结果总有一些偏差， 猜想其其轨道外还有行星。
英国剑桥大学生亚当斯和法国天文学家勒维耶，根据天王星的观测资料，各自独立用万有引力定律计算出“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该行星——海王星。
1.“笔尖下发现的行星”——海王星
四.发现未知天体
2. 冥王星的发现
海王星发现之后，经过观测研究，天文学家们认为，就算把海王星施加给天王星的影响考虑进去，还是不能完全使天王星的计算位置与观测结果相符。
天文学家们还发现海王星的运动也不正常，因此推测，在海王星外应该还有一颗行星。
1930年3月14日，汤博发现了这颗新星——冥王星。
冥王星的大倾角轨道(红色)
问题：已知二次函数图像上三个点的坐标为：(1，2)、(3，0)、(－2，20)，求该函数的解析式。
解：设函数式为y=ax +bx+c，
代入各点坐标值有
2=a+b+c ①
0=9a+3b+c ②
20=4a－2b+c ③
解出 a=1，b=－5，c=6
即 y=x －5x+6
五.预言哈雷彗星回归
英国天文学家哈雷从 1337 年到 1698 年的彗星记录中挑选了 24 颗彗星，依据万有引力定律，用一年时间计算了它们的轨道。
发现 1531 年、1607 年和 1682 年出现的这三颗彗星轨道看起来如出一辙，他大胆预言，这三次出现的彗星是同一颗 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。
六.万有引力理论的其他应用
牛顿还用月球和太阳的万有引力解释了潮汐现象，
用万有引力定律和其他力学定律，推测地球呈赤道处略为隆起的扁平形状。
万有引力定律可以用于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。
除了上述成就外，万有引力定律的另一重要应用将在下节讲述。
(P58NO.4)例7. 地球的公转轨道接近圆，但彗星的运动轨道则是一个非常扁的椭圆。天文学家哈雷成功预言哈雷彗星的回归，哈雷彗星最近出现的时间是 1986 年，预测下次飞近地球将在 2061 年。
(1)请你根据开普勒行星运动定律估算哈雷彗星轨道的半长轴是地球公转半径的多少倍？
(2)若哈雷彗星在近日点与太阳中心的距离为 r1，线速度大小为 υ1 ；在远日点与太阳中心的距离为 r2，线速度大小为 υ2，请比较哪个速度大，并求得哈雷彗星在近日点和远日点的加速度大小之比。
小结：计算天体质量的两条基本思路
1.物体在天体表面时受到的重力近似等于万有引力
2.行星(或卫星)做匀速圆周运动的向心力由万有引力提供
3 万有引力理论的成就
考虑地球自转，地面物体的重力不等于万有引力F。
分力1：向心力Fn=mω2r；分力2：重力mg。
F
Fn
mg
r
一. “称量”地球的质量
一. “称量”地球的质量
1.不考虑地球自转影响，在地面，万有引力等于重力，即
m
m地
R
(3)“黄金代换”：Gm地=gR2
(P58NO.1)例1. 已知月球的质量是 7.3×1022 kg，半径是 1.7×103 km，月球表面的自由落体加速度有多 大？这对宇航员在月球表面的行走会产生什么 影响？若宇航员在地面上最多能举起质量为 m 的物体，他在月球表面最多能举起质量是多少 的物体？
月面的宇航员感觉很轻，习惯地面行走的人，在月面行走时是跳跃前进的。
宇航员推举力不变，F=mg地=m′g月，则m′=6m。
(P58NO.2)例2. 根据万有引力定律和牛顿第二定律说明： 为什么不同物体在地球表面的自由落体加速度 都是相等的？为什么高山上的自由落体加速度 比山下地面的小？
(P71A组NO.6)例3. 在月球上的宇航员，如果他已知引力常 量和月球半径，且手头有一个已知质量为 m 的 砝码。
(1)他怎样才能测出月球的质量，写出月 球质量的表达式。
(2)他需要选用哪些实验器材。
(2)测量工具：测力计。
(P71B组NO.1)例4.如果你站在月球上，能否用一把刻度尺和一块秒表估测月球的质量？如果能，请设计实验，并说出需要测量的数据和月球质量的计算式。已知月球的半径为 R。
二.计算天体的质量
2.行星绕太阳做匀速圆周运动，万有引力提供向心力
(1)研究行星(地) →计算恒星(日)的质量；
(2)研究卫星(月) →计算行星(地)的质量；
(3)研究航天器→计算卫星(月)的质量。
月球
航天器
(P58NO.3)例5. 某人造地球卫星沿圆轨道运行，轨道半 径是6.8×103 km，周期是 5.6×103 s。试从这 些数据估算地球的质量。
三.天体密度的计算
R
r
轨道半径r与星球半径R一般不相等
(P71B组NO.2)例6. 行星的平均密度是 ρ，靠近行星表面运行的卫星运转周期是 T，证明：ρΤ2 是一个常量，即对任何行星都相同。
R
r =R
四.发现未知天体
1781年由英国物理学家威廉．赫歇尔发现了天王星，并测算其轨道半径和周期，证明它是太阳系的行星。
人们发现：根据万有引力定律计算的轨道与实际观测的的结果总有一些偏差， 猜想其其轨道外还有行星。
英国剑桥大学生亚当斯和法国天文学家勒维耶，根据天王星的观测资料，各自独立用万有引力定律计算出“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该行星——海王星。
1.“笔尖下发现的行星”——海王星
四.发现未知天体
2. 冥王星的发现
海王星发现之后，经过观测研究，天文学家们认为，就算把海王星施加给天王星的影响考虑进去，还是不能完全使天王星的计算位置与观测结果相符。
天文学家们还发现海王星的运动也不正常，因此推测，在海王星外应该还有一颗行星。
1930年3月14日，汤博发现了这颗新星——冥王星。
冥王星的大倾角轨道(红色)
问题：已知二次函数图像上三个点的坐标为：(1，2)、(3，0)、(－2，20)，求该函数的解析式。
解：设函数式为y=ax +bx+c，
代入各点坐标值有
2=a+b+c ①
0=9a+3b+c ②
20=4a－2b+c ③
解出 a=1，b=－5，c=6
即 y=x －5x+6
五.预言哈雷彗星回归
英国天文学家哈雷从 1337 年到 1698 年的彗星记录中挑选了 24 颗彗星，依据万有引力定律，用一年时间计算了它们的轨道。
发现 1531 年、1607 年和 1682 年出现的这三颗彗星轨道看起来如出一辙，他大胆预言，这三次出现的彗星是同一颗 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。
六.万有引力理论的其他应用
牛顿还用月球和太阳的万有引力解释了潮汐现象，
用万有引力定律和其他力学定律，推测地球呈赤道处略为隆起的扁平形状。
万有引力定律可以用于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。
除了上述成就外，万有引力定律的另一重要应用将在下节讲述。
(P58NO.4)例7. 地球的公转轨道接近圆，但彗星的运动轨道则是一个非常扁的椭圆。天文学家哈雷成功预言哈雷彗星的回归，哈雷彗星最近出现的时间是 1986 年，预测下次飞近地球将在 2061 年。
(1)请你根据开普勒行星运动定律估算哈雷彗星轨道的半长轴是地球公转半径的多少倍？
(2)若哈雷彗星在近日点与太阳中心的距离为 r1，线速度大小为 υ1 ；在远日点与太阳中心的距离为 r2，线速度大小为 υ2，请比较哪个速度大，并求得哈雷彗星在近日点和远日点的加速度大小之比。
小结：计算天体质量的两条基本思路
1.物体在天体表面时受到的重力近似等于万有引力
2.行星(或卫星)做匀速圆周运动的向心力由万有引力提供