7.3.万有引力理论的成就 课件—2020-2021学年【新教材】人教版（2019）高中物理必修第二册37张PPT
文档属性
| 名称 | 7.3.万有引力理论的成就 课件—2020-2021学年【新教材】人教版（2019）高中物理必修第二册37张PPT |  | |
| 格式 | ppt | ||
| 文件大小 | 12.5MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-04-07 23:08:39 | ||
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文档简介
(共37张PPT)
7.3
万有引力理论的成就
一个成功的理论不仅能够解释已知的事实，更重要的是能够预言未知的现象。
一、“称量”地球质量
有了万有引力定律，我们就能“称量”地球的质量
!
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
地
。因此，卡文迪什把他自己的实验说成是
“称量地球的重量”。
地球的质量约为5.965×10??kg，这是根据万有引力定律测定的。地球质量的确定提供了测定其他天体质量的依据。从地球的质量可得出地球的平均密度约为5.52×103kg
/m?。同时，地球质量也是测量行星质量的单位，符号为“M”。
二、计算天体的质量
能用“称量”地球质量的方法“称量”太阳吗？怎样才能得到太阳的质量？
行星绕太阳做匀速圆周运动，向心力是由它们之间的万有引力提供的，由此可以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。
（一）天体质量和密度的计算
如果已知卫星绕行星运动的周期和卫星与行星之间的距离，也可以算出行星的质量。目前，观测人造地球卫星的运动，是测量地球质量的重要方法之一。同样的道理，要得到木星的质量，可以选择对木星的卫星进行测量，只要测得一颗卫星的轨道半径和周期，就可计算木星的质量。月球虽然没有天然的卫星，但人类发射的航天器会环绕月球运行，只要测得航天器绕月运行的轨道半径和周期，就可计算月球的质量。
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。
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”。后来，这颗行星被命名为海王星（图
7.3-2）。海王星的发现过程充分显示了理论对于实践的巨大指导作用，所用的“计算、预测和观察”的方法指导人们寻找新的天体。
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。
冥王星就是一颗位于太阳系柯伊伯带中的天体，而且一直都被认为是柯伊伯带中个头最大的天体，其估测直径为2300千米，随着人类观测技术的不断进步，柯伊伯带中的天体不断的被发现。
从2000年起，在太阳系边缘的柯伊伯带中不断发现新天体，而且其个头越来越大，特别是2005年发现的阋神星，当时认为其直径比冥王星还大。那么问题来了，怎么给阋神星定位，命名为太阳系第十大行星？冥王星和阋神星对比图
因此在，2006年，冥王星地位由于受到阋神星的严峻挑战，国际天文学联合会成立了一个专门委员会重新讨论太阳系行星概念。最终通过了新的定义：“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、并且能够清除其轨道附近其他物体的天体。按照这个标准，由于冥王星和阋神星都位于柯伊伯带中，在自己轨道附近还有其他天体，都不能算作行星。对于这一类星体，天文学界定义了一个新类别“矮行星”。
四
、预言哈雷彗星回归
在牛顿之前，彗星被看作是一种神秘的现象。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（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。
海王星的发现和哈雷彗星的“按时回归”确立了万有引力定律的地位，也成为科学史上的美谈。诺贝尔奖获得者物理学家劳厄说：“没有任何东西像牛顿引力理论对行星轨道的计算那样，如此有力地树立起人们对年轻的物理学的尊敬。从此以后，
这门自然科学成了巨大的精神王国……”
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。
应用一：万有引力与重力的关系
应用二：天体运动的分析与计算
应用三：双星模型
课堂练习
7.3
万有引力理论的成就
一个成功的理论不仅能够解释已知的事实，更重要的是能够预言未知的现象。
一、“称量”地球质量
有了万有引力定律，我们就能“称量”地球的质量
!
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
地
。因此，卡文迪什把他自己的实验说成是
“称量地球的重量”。
地球的质量约为5.965×10??kg，这是根据万有引力定律测定的。地球质量的确定提供了测定其他天体质量的依据。从地球的质量可得出地球的平均密度约为5.52×103kg
/m?。同时，地球质量也是测量行星质量的单位，符号为“M”。
二、计算天体的质量
能用“称量”地球质量的方法“称量”太阳吗？怎样才能得到太阳的质量？
行星绕太阳做匀速圆周运动，向心力是由它们之间的万有引力提供的，由此可以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。
（一）天体质量和密度的计算
如果已知卫星绕行星运动的周期和卫星与行星之间的距离，也可以算出行星的质量。目前，观测人造地球卫星的运动，是测量地球质量的重要方法之一。同样的道理，要得到木星的质量，可以选择对木星的卫星进行测量，只要测得一颗卫星的轨道半径和周期，就可计算木星的质量。月球虽然没有天然的卫星，但人类发射的航天器会环绕月球运行，只要测得航天器绕月运行的轨道半径和周期，就可计算月球的质量。
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。
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”。后来，这颗行星被命名为海王星（图
7.3-2）。海王星的发现过程充分显示了理论对于实践的巨大指导作用，所用的“计算、预测和观察”的方法指导人们寻找新的天体。
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。
冥王星就是一颗位于太阳系柯伊伯带中的天体，而且一直都被认为是柯伊伯带中个头最大的天体，其估测直径为2300千米，随着人类观测技术的不断进步，柯伊伯带中的天体不断的被发现。
从2000年起，在太阳系边缘的柯伊伯带中不断发现新天体，而且其个头越来越大，特别是2005年发现的阋神星，当时认为其直径比冥王星还大。那么问题来了，怎么给阋神星定位，命名为太阳系第十大行星？冥王星和阋神星对比图
因此在，2006年，冥王星地位由于受到阋神星的严峻挑战，国际天文学联合会成立了一个专门委员会重新讨论太阳系行星概念。最终通过了新的定义：“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、并且能够清除其轨道附近其他物体的天体。按照这个标准，由于冥王星和阋神星都位于柯伊伯带中，在自己轨道附近还有其他天体，都不能算作行星。对于这一类星体，天文学界定义了一个新类别“矮行星”。
四
、预言哈雷彗星回归
在牛顿之前，彗星被看作是一种神秘的现象。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（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。
海王星的发现和哈雷彗星的“按时回归”确立了万有引力定律的地位，也成为科学史上的美谈。诺贝尔奖获得者物理学家劳厄说：“没有任何东西像牛顿引力理论对行星轨道的计算那样，如此有力地树立起人们对年轻的物理学的尊敬。从此以后，
这门自然科学成了巨大的精神王国……”
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。
应用一：万有引力与重力的关系
应用二：天体运动的分析与计算
应用三：双星模型
课堂练习