物理人教版（2019）必修第二册 7.3 万有引力的理论成就（共17张ppt）
文档属性
| 名称 | 物理人教版（2019）必修第二册 7.3 万有引力的理论成就（共17张ppt） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 8.2MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2023-08-29 11:16:49 | ||
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文档简介
(共17张PPT)
第七单元 万有引力与宇宙航行
7.3万有引力理论的成就
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。
但是对于地球、太阳等星体这种庞然大物，我们又该如何去“称量”它们的质量呢
课堂导入
一、“称量”地球的质量
1、重力加速度法(g、R）
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
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”。
二、“称量”太阳的质量
（2）万有引力充当向心力 F引=Fn
基本思路
（1）简化模型：将行星绕太阳的运动看成是匀速圆周运动.
（3）依据万有引力定律和牛顿第二定律列出方程，从中解出太阳的质量。
r
M
m
F
r
m太
m
F
上面的方法可以用来称量太阳的质量吗 如果不能该如何称量？
设 m太是太阳的质量，m 是某个行星的质量，r 是行星与太阳之间的距离。
解：万有引力充当向心力：
行星运动的角速度 ω 不能直接测出，但可测出它的周期 T。把 ω 和 T 的关系
代入上式得到:
得：
二、“称量”太阳的质量
已知条件：转动天体线速度 v
转动天体轨道半径 r
已知条件：转动天体角速度 ω
转动天体轨道半径 r
已知条件：转动天体公转周期 T
转动天体轨道半径r
如何利用转动天体求出中心天体的质量？
二、“称量”太阳的质量
当估算出中心天体的质量后，是否可以估算出中心天体的球体密度？如何来估算？
（1）已知球体体积公式为：
（2）密度公式为：
若
则
（1）已知球体体积公式为：
（2）密度公式为：
若
则
当估算出中心天体的质量后，是否可以估算出中心天体的球体密度？如何来估算？
三、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
三、发现未知天体
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。
(英)亚当斯 (法)勒维耶
海王星的轨道之外残存着太阳系形成初期遗留的物质，近100年来，人们在这里发现了冥王星、阋神星等几个较大的天体。
但是因为距离遥远，太阳的光芒到达那里已经十分微弱了，在地球附近很难看出究竟。尽管如此，黑暗寒冷的太阳系边缘依然牵动着人们的心，探索工作从来没有停止过。
冥王星
阋神星
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。
哈雷发现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。
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。
潮汐，是发生在沿海地区的一种自然现象，是指海水在天体（主要是月球和太阳）引潮力作用下所产生的周期性运动。习惯上把海面垂直方向涨落称为潮汐，而海水在水平方向的流动称为潮流。
四、潮汐现象
教材第58页 第1题
1. 已知月球的质量是7.3×10 kg，半径是 1.7×10 km。
22
3
（1）月球表面的自由落体加速度有多大？
（2）这对宇航员在月球表面的行走会产生什么影响？
（3）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？
解：（1）
（2）
在月球上人行走起来会感觉很轻松，习惯在地球表面上行走的人，在月球表面行走时都是跳跃前进的。
（3）
最多能够举起6m的物体。
达标测评
教材第58页 第2题
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？
因为在地球表面，对于质量为m的物体有：
对于质量不同的物体，得到的结果是一致的，即与物体本身的质量m无关。
根据万有引力定律有：
高山的r较大，所以在高山上的重力加速度g较小。
解：
达标测评
教材第58页 第3题
3. 某人造地球卫星沿圆轨道运行，轨道半径是6.8×10 km，周期是5.6×10 s。试从这些数据估算地球的质量。
3
3
卫星绕地球做圆周运动的向心力由地球对卫星的万有引力来提供，故有：
解：
达标测评
课堂小结
第七单元 万有引力与宇宙航行
7.3万有引力理论的成就
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。
但是对于地球、太阳等星体这种庞然大物，我们又该如何去“称量”它们的质量呢
课堂导入
一、“称量”地球的质量
1、重力加速度法(g、R）
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
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”。
二、“称量”太阳的质量
（2）万有引力充当向心力 F引=Fn
基本思路
（1）简化模型：将行星绕太阳的运动看成是匀速圆周运动.
（3）依据万有引力定律和牛顿第二定律列出方程，从中解出太阳的质量。
r
M
m
F
r
m太
m
F
上面的方法可以用来称量太阳的质量吗 如果不能该如何称量？
设 m太是太阳的质量，m 是某个行星的质量，r 是行星与太阳之间的距离。
解：万有引力充当向心力：
行星运动的角速度 ω 不能直接测出，但可测出它的周期 T。把 ω 和 T 的关系
代入上式得到:
得：
二、“称量”太阳的质量
已知条件：转动天体线速度 v
转动天体轨道半径 r
已知条件：转动天体角速度 ω
转动天体轨道半径 r
已知条件：转动天体公转周期 T
转动天体轨道半径r
如何利用转动天体求出中心天体的质量？
二、“称量”太阳的质量
当估算出中心天体的质量后，是否可以估算出中心天体的球体密度？如何来估算？
（1）已知球体体积公式为：
（2）密度公式为：
若
则
（1）已知球体体积公式为：
（2）密度公式为：
若
则
当估算出中心天体的质量后，是否可以估算出中心天体的球体密度？如何来估算？
三、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
三、发现未知天体
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。
(英)亚当斯 (法)勒维耶
海王星的轨道之外残存着太阳系形成初期遗留的物质，近100年来，人们在这里发现了冥王星、阋神星等几个较大的天体。
但是因为距离遥远，太阳的光芒到达那里已经十分微弱了，在地球附近很难看出究竟。尽管如此，黑暗寒冷的太阳系边缘依然牵动着人们的心，探索工作从来没有停止过。
冥王星
阋神星
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。
哈雷发现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。
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。
潮汐，是发生在沿海地区的一种自然现象，是指海水在天体（主要是月球和太阳）引潮力作用下所产生的周期性运动。习惯上把海面垂直方向涨落称为潮汐，而海水在水平方向的流动称为潮流。
四、潮汐现象
教材第58页 第1题
1. 已知月球的质量是7.3×10 kg，半径是 1.7×10 km。
22
3
（1）月球表面的自由落体加速度有多大？
（2）这对宇航员在月球表面的行走会产生什么影响？
（3）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？
解：（1）
（2）
在月球上人行走起来会感觉很轻松，习惯在地球表面上行走的人，在月球表面行走时都是跳跃前进的。
（3）
最多能够举起6m的物体。
达标测评
教材第58页 第2题
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？
因为在地球表面，对于质量为m的物体有：
对于质量不同的物体，得到的结果是一致的，即与物体本身的质量m无关。
根据万有引力定律有：
高山的r较大，所以在高山上的重力加速度g较小。
解：
达标测评
教材第58页 第3题
3. 某人造地球卫星沿圆轨道运行，轨道半径是6.8×10 km，周期是5.6×10 s。试从这些数据估算地球的质量。
3
3
卫星绕地球做圆周运动的向心力由地球对卫星的万有引力来提供，故有：
解：
达标测评
课堂小结