7.3万有引力理论的成就 课件 (共25张PPT) —2023-2024学年人教版（2019）高中物理必修第二册
文档属性
| 名称 | 7.3万有引力理论的成就 课件 (共25张PPT) —2023-2024学年人教版（2019）高中物理必修第二册 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 1.3MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2024-04-09 11:01:21 | ||
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文档简介
(共25张PPT)
7.3 万有引力理论的成就
1.了解万有引力定律在天文学上的重要应用；
2.会用万有引力定律计算天体质量；
3.理解并运用万有引力定律处理天体问题的思路和方法。
学习目标
复习回顾
1.物体做圆周运动的向心力公式是什么？分别写出向心力与线速度、角速度以及周期的关系式。
2.万有引力定律的内容是什么？如何用公式表示？
重力是万有引力的一个分力，当忽略了地球的自转时,可认为重力在数值上就等于万有引力大小。
3.重力和万有引力的关系？
θ
Fn
R
M
G
m
w
r
F引
物体m在纬度为θ的位置，万有引力指向地心，分解为两个分力：m随地球自转围绕地轴运动的向心力和重力。
“给我一个支点，我可以撬动球。”
新课导入
那我们又是怎么知道巨大的地球的质量呢
一、“称量”地球的重量
1、卡文迪许如何“称量”地球的重量（质量）的呢”？
不考虑地球自转的影响
M是地球质量， R是物体距地心的距离，即地球半径
重力加速度g和地球半径R在卡文迪许之前就知道了，一旦测得引力常量G，则可以算出地球质量M。
F
G
F向
2、万有引力与重力
F
G
①在地面：
万有引力提供向心力和使物体压紧地球的力(重力)
重力是万有引力的一个分力
F向
因这地球自转的角速度很小，需要的向心力可以忽略,故一般计算重力：
③在其他星球：
②在距地面h的空中：
故，离地越高,重力越____
小
如何测量月球的质量呢？火星呢？
在月球的表面测量重力加速度的方法
重力与质量的比值
自由落体运动
竖直方向抛体运动
平抛运动
斜抛运动
……
例1、设地面附近的重力加速度g=9.8m/s2，地球半径R =6.4×106m，引力常量 G=6.67×10-11 Nm2/kg2，试估算地球的质量。
解：由
得
未知天体
卫星
说明：此方法只能求解中心天体质量，而不能求解环绕天体质量
如何知道一个未知天体的质量
方法1：轨道半径、公转周期
方法2：线速度、轨道半径
方法3：天体的半径、天体表面的加速度
怎样计算天体的密度？
例：已知地球的一颗人造卫星的运行周期为 T 、轨道半径为 r ，地球的半径 R ，求地球密度？
由万有引力等于 向心力得
解：
由ρ= m/v 知，需测出天体的体积
已知球体体积公式为V= πR3
3
4
m
ρ= =
v
3πr3
GT2R3
当卫星在行星表面做近地运行时，可近似认为 R = r
=
3π
GT2
例题：某宇航员驾驶航天飞机到某一星球，他使航天飞机贴近该星球附近飞行一周，测出飞行时间为4.5 103s，则该星球的平均密度是多少？
解析：航天飞机绕星球飞行，万有引力提供向心力，所以
贴地飞行时，
该星球的平均密度为：
联立上面三式得：
代入数值：
可得：
发现未知天体
预见并发现未知行星,是万有引力理论威力和价值的最生动例证.
在1781年发现的第七个行星—天王星的运动轨道，总是同根据万有引力定律计算出来的有一定偏离.当时有人预测，肯定在其轨道外还有一颗未发现的新星,这就是后来发现的第八大行星—海王星.人们称其为“笔尖下发现的行星” 。
海王星
英国的亚当斯和法国的勒维耶
英国剑桥大学的学生，23岁的亚当斯，他根据万有引力定律和天王星的真实轨道逆推，预言了新行星不同时刻所在的位置。同年，法国的勒维列也算出了同样的结果，并把预言的结果寄给了柏林天文学家加勒。当晚（1846.3.14），加勒把望远镜对准勒维列预言的位置，果然发现有一颗新的行星——就是海王星.
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的方法预言另一颗新行星的存在．
在预言提出之后，1930年，汤博发现了太阳系的后来曾被称为第九大行星的冥王星
冥王星和它的卫星
美国宇航局（NASA）提供的冥王星（上者）与它的卫星的画面
九大行星成为了过去史
冥王星
国际天文学联合会大会24日投票决定，不再将传统九大行星之一的冥王星视为行星，而将其列入“矮行星”。许多人感到不解，为什么从儿时起就一直熟知的太阳系“九大行星”概念如今要被重新定义，而冥王星又因何被“降级”？
“行星”这个说法起源于希腊语，原意指太阳系中的“漫游者”。近千年来，人们一直认为水星、金星、地球、火星、木星和土星是太阳系中的标准行星。19世纪后，天文学家陆续发现了天王星、海王星和冥王星，使太阳系的“行星”变成了9颗。此后，“九大行星”成为家喻户晓的说法。
不过，新的天文发现不断使“九大行星”的传统观念受到质疑。天文学家先后发现冥王星与太阳系其他行星的一些不同之处。冥王星所处的轨道在海王星之外，属于太阳系外围的柯伊伯带，这个区域一直是太阳系小行星和彗星诞生的地方。20世纪90年代以来，天文学家发现柯伊伯带有更多围绕太阳运行的大天体。比如，美国天文学家布朗发现的“2003UB313”，就是一个直径和质量都超过冥王星的天体。
布朗等人的发现使传统行星定义遭遇巨大挑战。国际天文学联合会大会通过的新行星定义，意在弥合传统的行星概念与新发现的差距。
大会通过的决议规定，“行星”指的是围绕太阳运转、自身引力足以克服其刚体力而使天体呈圆球状、能够清除其轨道附近其他物体的天体。在太阳系传统的“九大行星”中，只有水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星符合这些要求。冥王星由于其轨道与海王星的轨道相交，不符合新的行星定义，因此被自动降级为“矮行星”。
冥王星为什么会被“降级”？
哈雷依据万有引力定律，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（图 7.3-3），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。
预言哈雷彗星回归
两
条
基
本
思
路
1、重力等于万有引力
2、万有引力提供向心力
课堂小结
中心天体M
转动天体m
轨道半经r
明确各个物理量
天体半经R
7.3 万有引力理论的成就
1.了解万有引力定律在天文学上的重要应用；
2.会用万有引力定律计算天体质量；
3.理解并运用万有引力定律处理天体问题的思路和方法。
学习目标
复习回顾
1.物体做圆周运动的向心力公式是什么？分别写出向心力与线速度、角速度以及周期的关系式。
2.万有引力定律的内容是什么？如何用公式表示？
重力是万有引力的一个分力，当忽略了地球的自转时,可认为重力在数值上就等于万有引力大小。
3.重力和万有引力的关系？
θ
Fn
R
M
G
m
w
r
F引
物体m在纬度为θ的位置，万有引力指向地心，分解为两个分力：m随地球自转围绕地轴运动的向心力和重力。
“给我一个支点，我可以撬动球。”
新课导入
那我们又是怎么知道巨大的地球的质量呢
一、“称量”地球的重量
1、卡文迪许如何“称量”地球的重量（质量）的呢”？
不考虑地球自转的影响
M是地球质量， R是物体距地心的距离，即地球半径
重力加速度g和地球半径R在卡文迪许之前就知道了，一旦测得引力常量G，则可以算出地球质量M。
F
G
F向
2、万有引力与重力
F
G
①在地面：
万有引力提供向心力和使物体压紧地球的力(重力)
重力是万有引力的一个分力
F向
因这地球自转的角速度很小，需要的向心力可以忽略,故一般计算重力：
③在其他星球：
②在距地面h的空中：
故，离地越高,重力越____
小
如何测量月球的质量呢？火星呢？
在月球的表面测量重力加速度的方法
重力与质量的比值
自由落体运动
竖直方向抛体运动
平抛运动
斜抛运动
……
例1、设地面附近的重力加速度g=9.8m/s2，地球半径R =6.4×106m，引力常量 G=6.67×10-11 Nm2/kg2，试估算地球的质量。
解：由
得
未知天体
卫星
说明：此方法只能求解中心天体质量，而不能求解环绕天体质量
如何知道一个未知天体的质量
方法1：轨道半径、公转周期
方法2：线速度、轨道半径
方法3：天体的半径、天体表面的加速度
怎样计算天体的密度？
例：已知地球的一颗人造卫星的运行周期为 T 、轨道半径为 r ，地球的半径 R ，求地球密度？
由万有引力等于 向心力得
解：
由ρ= m/v 知，需测出天体的体积
已知球体体积公式为V= πR3
3
4
m
ρ= =
v
3πr3
GT2R3
当卫星在行星表面做近地运行时，可近似认为 R = r
=
3π
GT2
例题：某宇航员驾驶航天飞机到某一星球，他使航天飞机贴近该星球附近飞行一周，测出飞行时间为4.5 103s，则该星球的平均密度是多少？
解析：航天飞机绕星球飞行，万有引力提供向心力，所以
贴地飞行时，
该星球的平均密度为：
联立上面三式得：
代入数值：
可得：
发现未知天体
预见并发现未知行星,是万有引力理论威力和价值的最生动例证.
在1781年发现的第七个行星—天王星的运动轨道，总是同根据万有引力定律计算出来的有一定偏离.当时有人预测，肯定在其轨道外还有一颗未发现的新星,这就是后来发现的第八大行星—海王星.人们称其为“笔尖下发现的行星” 。
海王星
英国的亚当斯和法国的勒维耶
英国剑桥大学的学生，23岁的亚当斯，他根据万有引力定律和天王星的真实轨道逆推，预言了新行星不同时刻所在的位置。同年，法国的勒维列也算出了同样的结果，并把预言的结果寄给了柏林天文学家加勒。当晚（1846.3.14），加勒把望远镜对准勒维列预言的位置，果然发现有一颗新的行星——就是海王星.
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的方法预言另一颗新行星的存在．
在预言提出之后，1930年，汤博发现了太阳系的后来曾被称为第九大行星的冥王星
冥王星和它的卫星
美国宇航局（NASA）提供的冥王星（上者）与它的卫星的画面
九大行星成为了过去史
冥王星
国际天文学联合会大会24日投票决定，不再将传统九大行星之一的冥王星视为行星，而将其列入“矮行星”。许多人感到不解，为什么从儿时起就一直熟知的太阳系“九大行星”概念如今要被重新定义，而冥王星又因何被“降级”？
“行星”这个说法起源于希腊语，原意指太阳系中的“漫游者”。近千年来，人们一直认为水星、金星、地球、火星、木星和土星是太阳系中的标准行星。19世纪后，天文学家陆续发现了天王星、海王星和冥王星，使太阳系的“行星”变成了9颗。此后，“九大行星”成为家喻户晓的说法。
不过，新的天文发现不断使“九大行星”的传统观念受到质疑。天文学家先后发现冥王星与太阳系其他行星的一些不同之处。冥王星所处的轨道在海王星之外，属于太阳系外围的柯伊伯带，这个区域一直是太阳系小行星和彗星诞生的地方。20世纪90年代以来，天文学家发现柯伊伯带有更多围绕太阳运行的大天体。比如，美国天文学家布朗发现的“2003UB313”，就是一个直径和质量都超过冥王星的天体。
布朗等人的发现使传统行星定义遭遇巨大挑战。国际天文学联合会大会通过的新行星定义，意在弥合传统的行星概念与新发现的差距。
大会通过的决议规定，“行星”指的是围绕太阳运转、自身引力足以克服其刚体力而使天体呈圆球状、能够清除其轨道附近其他物体的天体。在太阳系传统的“九大行星”中，只有水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星符合这些要求。冥王星由于其轨道与海王星的轨道相交，不符合新的行星定义，因此被自动降级为“矮行星”。
冥王星为什么会被“降级”？
哈雷依据万有引力定律，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（图 7.3-3），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。
预言哈雷彗星回归
两
条
基
本
思
路
1、重力等于万有引力
2、万有引力提供向心力
课堂小结
中心天体M
转动天体m
轨道半经r
明确各个物理量
天体半经R