2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理必修2 第7章萬有引力與宇宙航行第3節(jié)萬有引力理論的成就(1)課件

萬有引力理論的成就

高一年級(jí)物理小故事赫歇爾望遠(yuǎn)鏡小故事天王星海王星萬有引力定律牛頓一“稱量”地球的質(zhì)量天平電子秤思考：如何“稱量”地球的質(zhì)量問題1：該從什么角度思考這一問題？萬有引力角度問題2：應(yīng)選擇哪個(gè)物體作為研究對(duì)象？

選地面上的物體思考：如何“稱量”地球的質(zhì)量問題3：地面上的物體運(yùn)動(dòng)情況如何、

受力情況如何？

物體隨地球自轉(zhuǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)GF萬F向問題4：需要做怎樣的簡(jiǎn)化？

不考慮自轉(zhuǎn)的影響，物體所受的重力等于地球?qū)ξ矬w的引力。思考：如何“稱量”地球的質(zhì)量問題5：如何推出地球質(zhì)量的表達(dá)式？地球的質(zhì)量為M地,地面上的物體質(zhì)量為m，地球的半徑為R，引力常量為G，地表的重力加速度為g思考：如何“稱量”地球的質(zhì)量

式中的量是否可以觀測(cè)？卡文迪什將利用扭秤裝置測(cè)定引力常量的實(shí)驗(yàn)稱為“稱量地球的重量”卡文迪什著名文學(xué)家馬克·吐溫滿懷激情地說：“科學(xué)真是迷人。根據(jù)零星的事實(shí)，增添一點(diǎn)猜想，竟能贏得那么多收獲！”二計(jì)算天體的質(zhì)量如何“稱量”太陽的質(zhì)量？思考：如何“稱量”太陽的質(zhì)量問題1：該從什么角度思考這一問題？萬有引力、牛頓第二定律角度問題2：應(yīng)選擇哪個(gè)物體作為研究對(duì)象？

選太陽系行星（地球）思考：如何“稱量”太陽的質(zhì)量問題3：地球的運(yùn)動(dòng)情況如何、受力情況如何？需要做怎樣的簡(jiǎn)化？

把地球繞太陽的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化為勻速圓周運(yùn)動(dòng)，萬有引力提供它的向心力。思考：如何“稱量”太陽的質(zhì)量問題4：如何推出太陽質(zhì)量的表達(dá)式？（考慮式中的量可觀測(cè)）M太m

r是地球與太陽之間的距離，T是地球繞太陽的公轉(zhuǎn)周期金星凌日科學(xué)家們通過研究“金星凌日”這一現(xiàn)象，推算出太陽和地球間平均距離為1.5×1011m太陽的質(zhì)量換用太陽系其他行星的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，會(huì)得到不同的結(jié)果嗎？根據(jù)開普勒第三定律選擇不同的行星計(jì)算的太陽質(zhì)量均相同思考1：利用剛才式子可求地球質(zhì)量嗎？M太m可求：中心天體的質(zhì)量思考2：如何計(jì)算地球的質(zhì)量？（不受自轉(zhuǎn)的影響）思考3：如何測(cè)量月球的質(zhì)量？思考4：如何測(cè)量未知天體的密度？r是軌道半徑R是中心天體的半徑*小探究

未來的某一天，你成了宇航員，搭乘“英雄”號(hào)火星探測(cè)器飛近火星，并進(jìn)入靠近火星表面的圓形軌道進(jìn)行預(yù)定的考察工作，你能不能僅用一只表通過測(cè)定時(shí)間來測(cè)定火星的密度？思路：火星的質(zhì)量火星的密度靠近火星表面的圓形軌道:

r=R(火星半徑）

一只表:可求探測(cè)器運(yùn)行的周期T未知量太多布瓦爾（法）木星土星天王星理論軌道實(shí)際軌道天王星三發(fā)現(xiàn)未知的天體天王星的運(yùn)動(dòng)軌道出現(xiàn)偏差，是什么原因造成的？是天文觀測(cè)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確？是萬有引力定律的準(zhǔn)確性有問題？是天王星軌道外面還有一顆未發(fā)現(xiàn)的行星？……亞當(dāng)斯（英）勒維耶（法）法國天文學(xué)家勒維耶，他是名字被刻在埃菲爾鐵塔的七十二位法國科學(xué)家與工程師之一。

“請(qǐng)您把你們的望遠(yuǎn)鏡指向黃徑326°寶瓶座內(nèi)的橫道上的一點(diǎn)，您將在離此約1°的區(qū)域發(fā)現(xiàn)一顆光度相當(dāng)于9等的新行星，它的圓面略可依稀分辨。”

——勒維耶伽勒筆尖下發(fā)現(xiàn)的行星：海王星勒維耶位置海王星亞當(dāng)斯位置科學(xué)的研究方法發(fā)現(xiàn)問題大膽猜想理論推導(dǎo)實(shí)踐檢驗(yàn)天王星“古怪”的軌道各種猜想亞當(dāng)斯、勒維耶計(jì)算新行星的軌道伽勒在預(yù)言位置觀測(cè)到海王星冥王星1930年，湯博發(fā)現(xiàn)了冥王星雙星球狀星團(tuán)四預(yù)言哈雷彗星回歸哈雷彗星是地球上唯一能用裸眼看見的短周期彗星。英國天文學(xué)家哈雷成功預(yù)言這顆彗星回歸時(shí)間。哈雷彗星哈雷彗星軌道的半長(zhǎng)軸r1約等于地球繞太陽公轉(zhuǎn)半徑r2的18倍，請(qǐng)你估算哈雷彗星的周期？解：根據(jù)開普勒第三定律哈雷（英）哈雷解釋了1531年、1607年和1682年出現(xiàn)的彗星，實(shí)際是同一顆彗星的三次回歸。他預(yù)言彗星將于1759年再次回歸。在1986年回歸時(shí)，哈雷彗星成為第一顆被宇宙飛船詳細(xì)觀察的彗星。我們期待2061年的回歸！“沒有任何東西像牛頓引力理論對(duì)行星軌道的計(jì)算那樣，如此有力地樹立起人們對(duì)年輕的物理學(xué)的尊敬。從此以后，這門自然科學(xué)成了巨大的精神王國……”——諾貝爾獎(jiǎng)獲得者物理學(xué)家勞厄五其他應(yīng)用潮汐牛頓應(yīng)用萬有引力定律對(duì)白晝的潮和半月一次的大潮作了解釋。“橘子與檸檬”之爭(zhēng)牛頓推測(cè)地球呈赤道處略為隆起的扁平形狀。笛卡兒預(yù)言，地球應(yīng)是兩極伸長(zhǎng)的扁球