物理人教版（2019）必修第二册7.3万有引力理论的成就（共23张ppt）
文档属性
| 名称 | 物理人教版（2019）必修第二册7.3万有引力理论的成就（共23张ppt） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 13.9MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-05-23 08:24:27 | ||
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文档简介
(共23张PPT)
7.3. 万有引力理论的成就
课堂引入
“给我一个支点，我可以撬动地球。”
——阿基米德
疑惑：地球质量约为6×1024kg，设杠杆支点距离地球1m，阿基米德在另一端能产生的作用力为600N，根据杠杆原理可知杠杆大约长1亿光年。阿基米德能做到吗？
“称量”天体的质量
一、“称量”地球的质量
若不考虑地球自转的影响，地面上质量为m的物体所受的重力mg等于地球对物体的引力，即
黄金代换式
地面的重力加速度 g 和地球半径 R 在卡文迪什之前就已知道，一旦测得引力常量 G，就可以算出地球的质量M 。因此，卡文迪什被称为“第一个称出地球质量的人”。
【例题】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：让小球在离地面h高处自由下落，他测出经时间t小球落地，又已知该星球的半径为R，试估算该星球的质量。
分析：
质量为m的小球在星球表面
g =
小球自由下落
二、计算中心天体的质量
如何测量太阳的质量？
先从测量地球的质量分析
基本思路
F引 = F向
行星（或卫星）做匀速圆周运动，万有引力提供所需的向心力
即：
最常用：
如果测出了某行星的公转周期T、轨道半径r，能不能由此求出太阳的质量M？
二、“称量”太阳的质量
猜想：
二、“称量”太阳的质量
拓展：把地球绕太阳的公转看作是匀速圆周运动，已知轨道半径约为1.5×1011 m，引力常量G=6.67×10－11 N·m2/kg2，估算太阳的质量。
方法二：环绕法（T、r）
注意：环绕法只能求出中心天体的质量。
二、“称量”太阳的质量
拓展一：若知道地球绕太阳的公转线速度v和轨道半径r，能否估算太阳的质量？
拓展二：若知道地球绕太阳的公转角速度ω和轨道半径r，能否估算太阳的质量？
拓展三：若知道地球绕太阳的公转线速度v和公转周期T，能否估算太阳的质量？
2、根据行星或卫星做圆周运动的向心力由万有引力提供求中心天体质量
R
太阳
r
v
地球
R
地球
r
v
月球（或人造卫星）
R
r
v
月球
月球
卫星
R
中心天体
r
v
环绕
天体
——“借助外援法”或“环绕法”
（1）只能求出中心天体的质量M，不能求出环绕天体的质量m。
特别说明：
（2）地球的公转周期（365天）、地球自转周期（1天）、月球绕地球的公转周期（27.3天）等，在估算天体质量时，常作为已知条件。
（3）有些题目中，引力常量G不是已知条件，但已知地球表面重力加速度g和地球半径R，地球质量M等（地球质量M有时也不告诉），处理方法：
假设有一质量为m’的物体在地球表面（忽略地球自转，G=F引）
GM=gR2 （地球质量未知，利用黄金代换式整体代换）
（地球质量已知）
计算中心天体的密度
万有引力与宇宙航行
三、计算中心天体的密度
1、根据天体表面重力加速度求天体密度
★需要记忆的公式：球的体积计算公式：
物体的密度计算公式：
2、利用环绕天体（如卫星）求天体密度
r≈R
当卫星环绕中心天体表面运动时
R
r
结论：当卫星环绕中心天体表面运动时，轨道半径r≈R，则此中心天体的密度为：
发现未知天体
万有引力与宇宙航行
四、发现未知天体
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。
天王星
疑问：是天文观测数据不准确？是万有引力定律的准确性有问题？还是天王星轨道外面还有一颗未发现的行星？
天王星
英国剑桥大学的学生亚当斯和法国年轻的天文学家勒维耶相信未知行星的存在。他们根据天王星的观测资料，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”——海王星。
四、发现未知天体
(英)亚当斯 (法)勒维耶
点击图片播放视频
海王星发现之后，人们发现它的轨道也与理论计算的不一致。于是几位学者用亚当斯和勒维耶列的方法预言另一颗行星的存在。
在预言提出之后，1930年3月14日，汤博发现了这颗行星——冥王星。
四、发现未知天体
点击图片播放视频
1.利用下列哪组数据可以计算出地球的质量 （ ）
A. 地球半径R和地球表面的重力加速度g
B. 卫星绕地球运动的轨道半径r和周期T
C. 卫星绕地球运动的轨道半径r和角速度ω
D. 卫星绕地球运动的线速度V和周期T
ABCD
2.2020·浙江高一模拟）(多选）如图所示为中国月球探测工程的标志，它以中国书法的笔触，勾勒出一轮明月和一双踏在其上的脚印，象征着月球探测的终极梦想。若宇宙飞船在月球表面绕月飞行的周期为T，月球的半径为R，引力常量为G，若飞船只受月球引力的作用，利用上述数据能算出( )
A．飞船的质量 B．月球的质量
C．月球的密度 D．飞船的向心加速度
典例分析
BCD
3、我国航天技术飞速发展，设想数年后宇航员登上了某星球表面.宇航员从距该星球表面高度为h处，沿水平方向以初速度v抛出一小球，测得小球做平抛运动的水平距离为L，已知该星球的半径为R，引力常量为G.求：
(1)该星球表面的重力加速度；
(2)该星球的平均密度
7.3. 万有引力理论的成就
课堂引入
“给我一个支点，我可以撬动地球。”
——阿基米德
疑惑：地球质量约为6×1024kg，设杠杆支点距离地球1m，阿基米德在另一端能产生的作用力为600N，根据杠杆原理可知杠杆大约长1亿光年。阿基米德能做到吗？
“称量”天体的质量
一、“称量”地球的质量
若不考虑地球自转的影响，地面上质量为m的物体所受的重力mg等于地球对物体的引力，即
黄金代换式
地面的重力加速度 g 和地球半径 R 在卡文迪什之前就已知道，一旦测得引力常量 G，就可以算出地球的质量M 。因此，卡文迪什被称为“第一个称出地球质量的人”。
【例题】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：让小球在离地面h高处自由下落，他测出经时间t小球落地，又已知该星球的半径为R，试估算该星球的质量。
分析：
质量为m的小球在星球表面
g =
小球自由下落
二、计算中心天体的质量
如何测量太阳的质量？
先从测量地球的质量分析
基本思路
F引 = F向
行星（或卫星）做匀速圆周运动，万有引力提供所需的向心力
即：
最常用：
如果测出了某行星的公转周期T、轨道半径r，能不能由此求出太阳的质量M？
二、“称量”太阳的质量
猜想：
二、“称量”太阳的质量
拓展：把地球绕太阳的公转看作是匀速圆周运动，已知轨道半径约为1.5×1011 m，引力常量G=6.67×10－11 N·m2/kg2，估算太阳的质量。
方法二：环绕法（T、r）
注意：环绕法只能求出中心天体的质量。
二、“称量”太阳的质量
拓展一：若知道地球绕太阳的公转线速度v和轨道半径r，能否估算太阳的质量？
拓展二：若知道地球绕太阳的公转角速度ω和轨道半径r，能否估算太阳的质量？
拓展三：若知道地球绕太阳的公转线速度v和公转周期T，能否估算太阳的质量？
2、根据行星或卫星做圆周运动的向心力由万有引力提供求中心天体质量
R
太阳
r
v
地球
R
地球
r
v
月球（或人造卫星）
R
r
v
月球
月球
卫星
R
中心天体
r
v
环绕
天体
——“借助外援法”或“环绕法”
（1）只能求出中心天体的质量M，不能求出环绕天体的质量m。
特别说明：
（2）地球的公转周期（365天）、地球自转周期（1天）、月球绕地球的公转周期（27.3天）等，在估算天体质量时，常作为已知条件。
（3）有些题目中，引力常量G不是已知条件，但已知地球表面重力加速度g和地球半径R，地球质量M等（地球质量M有时也不告诉），处理方法：
假设有一质量为m’的物体在地球表面（忽略地球自转，G=F引）
GM=gR2 （地球质量未知，利用黄金代换式整体代换）
（地球质量已知）
计算中心天体的密度
万有引力与宇宙航行
三、计算中心天体的密度
1、根据天体表面重力加速度求天体密度
★需要记忆的公式：球的体积计算公式：
物体的密度计算公式：
2、利用环绕天体（如卫星）求天体密度
r≈R
当卫星环绕中心天体表面运动时
R
r
结论：当卫星环绕中心天体表面运动时，轨道半径r≈R，则此中心天体的密度为：
发现未知天体
万有引力与宇宙航行
四、发现未知天体
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。
天王星
疑问：是天文观测数据不准确？是万有引力定律的准确性有问题？还是天王星轨道外面还有一颗未发现的行星？
天王星
英国剑桥大学的学生亚当斯和法国年轻的天文学家勒维耶相信未知行星的存在。他们根据天王星的观测资料，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”——海王星。
四、发现未知天体
(英)亚当斯 (法)勒维耶
点击图片播放视频
海王星发现之后，人们发现它的轨道也与理论计算的不一致。于是几位学者用亚当斯和勒维耶列的方法预言另一颗行星的存在。
在预言提出之后，1930年3月14日，汤博发现了这颗行星——冥王星。
四、发现未知天体
点击图片播放视频
1.利用下列哪组数据可以计算出地球的质量 （ ）
A. 地球半径R和地球表面的重力加速度g
B. 卫星绕地球运动的轨道半径r和周期T
C. 卫星绕地球运动的轨道半径r和角速度ω
D. 卫星绕地球运动的线速度V和周期T
ABCD
2.2020·浙江高一模拟）(多选）如图所示为中国月球探测工程的标志，它以中国书法的笔触，勾勒出一轮明月和一双踏在其上的脚印，象征着月球探测的终极梦想。若宇宙飞船在月球表面绕月飞行的周期为T，月球的半径为R，引力常量为G，若飞船只受月球引力的作用，利用上述数据能算出( )
A．飞船的质量 B．月球的质量
C．月球的密度 D．飞船的向心加速度
典例分析
BCD
3、我国航天技术飞速发展，设想数年后宇航员登上了某星球表面.宇航员从距该星球表面高度为h处，沿水平方向以初速度v抛出一小球，测得小球做平抛运动的水平距离为L，已知该星球的半径为R，引力常量为G.求：
(1)该星球表面的重力加速度；
(2)该星球的平均密度