萬有引力理論的成就優(yōu)秀

關于萬有引力理論的成就優(yōu)秀第1頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月筆尖下發(fā)現(xiàn)的行星——海王星第2頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月美國2001年發(fā)射于2006至2008年訪問冥王星的宇宙飛船第3頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月知識回顧

上節(jié)課我們學習了牛頓在經過大膽設想，月—地檢驗之后推廣得到了萬有引力定律，請同學們回憶一下萬有引力定律的具體內容。大自然界中任何兩個物體都相互吸引，引力的大小與物體的質量m1和m2

的乘積成正比，與它們之間距離r的二次方成反比，即第4頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月導入新課

馬克·吐溫曾滿懷激情地說：“科學真是迷人。根據(jù)零星的事實，增添一點猜想，竟能贏得那么多收獲！”為什么說科學真是迷人？萬有引力的發(fā)現(xiàn)，給天文學的研究開辟了一條康莊大道?？梢詰萌f有引力定律“稱量”地球的質量、計算天體的質量、發(fā)現(xiàn)未知天體，這些累累碩果體現(xiàn)了萬有引力定律的巨大的理論價值。第5頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)萬有引力理論的成就第6頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月內容解析一.實驗室稱量地球的質量如何稱量地球的質量？顯然我們找不到足夠大的天平。但科學的迷人之處正在于此，我們可以用萬有引力來“稱量”地球的質量！那么，我們如何用萬有引力來稱量地球的質量呢？第7頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月如果不考慮地球自轉的影響，地面上質量為m的物體受到的重力mg等于地球對物體的引力，即其中，M是地球的質量，R是地球的半徑，也就是物體到地心的距離。于是由上式我們可以得到g、R、G都是已經測出的物理量，因此可以算出地球的質量。第8頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月為什么不考慮地球的自轉？我們已經知道，地面物體的重力與地面物體隨地球自轉的向心力的合力才是地球對物體的引力，而地面物體的向心力遠小于物體的重力，故忽略地球自轉。第9頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月二.計算天體的質量用萬有引力我們稱量出了地球的質量，那么，我們不禁要往更高的層次考慮，太陽的質量能不能計算出來呢？思路：行星繞太陽做勻速圓周運動的向心力是由它們之間的萬有引力提供的，可由此列出方程求解太陽的質量。第10頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月設太陽的質量為M，m是某個行星的質量，r是行星與太陽之間的距離，ω是行星公轉的角速度。于是可以得到行星運動的角速度ω不能直接測出，但可以測出它的公轉周期T，代入上式可得第11頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月從中可以求出太陽的質量對于不同的行星，r與T的值是不同的，如何保證算出來的太陽質量是一致的呢？由開普勒第三定律可知，所有行星軌道半徑的三次方跟它公轉周期的二次方的比值都相等。第12頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月由代入和R是中心天體的半徑可得當勻速圓周運動的天體繞中心天體表面運行時，r=R，估算天體的密度第13頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月衛(wèi)星繞行星運動同樣滿足上述等式，即通過衛(wèi)星與行星的距離以及衛(wèi)星的公轉周期可以求出行星的質量和密度。觀測人造衛(wèi)星的運動，是測量地球質量的重要方法之一。第14頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月三.發(fā)現(xiàn)未知天體你知道海王星是如何被發(fā)現(xiàn)的嗎？海王星地貌第15頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月海王星的軌道由英國的劍橋大學的學生亞當斯和法國年輕的天文愛好者勒維耶各自獨立計算出來。1846年9月23日晚，由德國的伽勒在勒維耶預言的位置附近發(fā)現(xiàn)了這顆行星,人們稱其為“筆尖下發(fā)現(xiàn)的行星”。

海王星發(fā)現(xiàn)之后，人們發(fā)現(xiàn)它的軌道也與理論計算的不一致。于是幾位學者用亞當斯和勒維列的方法預言另一顆新星的存在。

在預言提出之后，1930年3月14日，湯博發(fā)現(xiàn)了這顆新星——冥王星。第16頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月冥王星的降級位居太陽系九大行星末席70多年的冥王星，自發(fā)現(xiàn)之日起地位就備受爭議。根據(jù)國際天文學聯(lián)合會大會2006年8月24日通過的新定義，“行星”指的是圍繞太陽運轉、自身引力足以克服其剛體力而使天體呈圓球狀、并且能夠清除其軌道附近其他物體的天體。根據(jù)新定義，同樣具有足夠質量、呈圓球形，但不能清除其軌道附近其他物體的天體被稱為“矮行星”。冥王星是一顆矮行星。第17頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月諾貝爾物理學獎獲得者物理學家馮·勞厄說：“沒有任何東西像牛頓引力理論對行星軌道的計算那樣，如此有力地樹立起人們對年輕的物理學的尊敬。從此以后，這門自然科學成了巨大的精神王國……”第18頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月課堂小結1.實驗室稱量地球的質量

M是地球的質量R是地球的半徑G是引力常量2.計算天體的質量M是中心天體質量

r是圍繞天體與中心天體的距離T是公轉周期第19頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月科學家們通過牛頓萬有引力定律來計算天體運行軌道的偏差，從而預言未知天體的存在。如海王星、冥王星、哈雷彗星等的發(fā)現(xiàn)。3.發(fā)現(xiàn)未知天體第20頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月課堂練習1.在研究宇宙發(fā)展演變的理論中，有一種學說叫做“宇宙膨脹說”.這種學說認為萬有引力常量G在緩慢地減小，根據(jù)這一理論，在很久很久以前，太陽系中地球的公轉情況與現(xiàn)在相比（

）A.公轉半徑R較大B.公轉周期T較小C.公轉速率v較小D.公轉角速度ω較小B第21頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月分析

由G減小可知太陽對地球的萬有引力在不斷減小，將導致地球不斷作離心運動，認為離心過程中滿足圓周運動規(guī)律，即地球在作半徑不斷增大的圓周運動，根據(jù)天體運動規(guī)律可得正確答案為B。第22頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月2.若已知萬有引力常量為G，則已知下面哪組選項的數(shù)據(jù)不能計算出地球的質量（

）A.已知地球的半徑和地球表面的重力加速度；B.月球繞地球運行的周期和月球離地球中心的距離；C.人造地球衛(wèi)星在地面附近繞行的速度和運動周期；D.地球同步衛(wèi)星距離地面的高度；ABC第23頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月分析由得，故A對。由得，故B對。由和消去r得,故C對。由于不知地球半徑，即不知同步衛(wèi)星的軌道半徑，故D選項無法求的地球的質量。第24頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月3.科學家們推測，太陽系的第十大行星就在地球的軌道上，從地球上看，它永遠在太陽的背面，人類一直未能發(fā)現(xiàn)它，可以說是“隱居”著的地球的“孿生兄弟”。由以上信息我們可能推知（）A.這顆行星的公轉周期與地球相等B.這顆行星的自轉周期與地球相等C.這顆行星的質量與地球相等D.這顆行星的密度與地球相等A第25頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月分析由題目提供的信息可知，該行星與地球的周期相同，可知A正確；其它選項無法判斷。第26頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月4.為了研究太陽演化進程，需知道目前太陽的質量M。已知地球半徑

，地球質量

，日地中心距離

，地球表面處的重力加速度，1年約為

，試估算目前太陽的質量M（保留一位有效數(shù)字，引力常量未知）第27頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月分析根據(jù)太陽對地球的引力提供地球繞太陽做圓周運動的向心力列出相關方程，再根據(jù)地球表面重力等于萬有引力列出方程聯(lián)立求解。第28頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月解：設T為地球繞太陽運動的周期，則由萬有引力定律和動力學知識得對地球表面物體m’又有兩式聯(lián)立得代入數(shù)據(jù)得第29頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月說明不能將地球質量和地球表面物體的質量混為一談。在引力常量未知的情況下應能利用題目中的已知量來求得。第30頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月1.解：在月球表面有得到：g月約為地球表面重力加速度的1/6。在月球上人感覺很輕。習慣在地球表面行走的人，在月球表面行走時是跳躍前進的。問題與練習第31頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月2.解：根據(jù)萬有引力定律，在地球表面，對于質量為m的物體有：得對于質量不同的物體，得到結果是相同的。在高山上，，高山的r較大，所以在高山上的重力加速度g值就較小。第32頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月3.解：衛(wèi)星繞地球做圓周運動的向心力由地球對衛(wèi)星的萬有引力提供，有

得地球質量：M第33頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月4.解：對于繞木星運行的衛(wèi)星m，有得：需要測量的量為：木星衛(wèi)星的公轉周期T，木星衛(wèi)星的公轉軌道半徑r。第34頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月

1682年，天空出現(xiàn)了一顆大彗星。英國天文學家哈雷(E．HaIIey)發(fā)現(xiàn)它的軌道跟1531年、l607年出現(xiàn)的大彗星的軌道基本重合，他大膽斷言，這三次出現(xiàn)的彗星是同一顆星，并根據(jù)萬有引力定律計算出這顆彗星的橢圓軌道，發(fā)現(xiàn)它的周期約為76年。這顆彗星能否按哈雷的計算在76年后回歸，這又一次成為對牛頓萬有引力定律的嚴峻考驗。1759年3月13日——與預算日期僅差l個月，這顆大彗星果然不負眾望，光耀奪目地通課外閱讀未知天體的探索第35頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月過近日點；5月15日，它終于向世人展現(xiàn)了它那長長的美麗的彗尾。這時人類確認的第一顆周期性彗星，它的回歸成為當時破天荒的奇觀。人們難以想象，神出鬼沒的彗星居然也有穩(wěn)定的軌道，而且還能被準確地預測。這顆大彗星后來被稱為哈雷彗星．它最近的一次回歸是l985年，下一次回歸應該是2061年，同學們一定有幸目睹它的迷人風采。第36頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月1781年3月13日，英國著名天文學家威廉·赫歇爾發(fā)現(xiàn)天王星以后，世界上一些天文學家根據(jù)牛頓引力理論計算天王星軌道時，發(fā)現(xiàn)計算的結果總與實際觀測位置不符合。這就引起人們思索，是牛頓理論有問題，還是另外有一個天體引力施加在天王星上?1845年，一位年僅26歲的英國劍橋大學青年教師亞當斯，通過計算研究認為在天王星軌道外還有一顆大行星，正是這顆未知的大行星的引力，才使理論計算和實際觀測的位置不符合，并且他第37頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月計算預測了這顆未知大行星在天空中的位置。然而，他的預測沒有引起有關天文學家的重視。1845年夏季，法國天文工作者勒威耶，也獨立地通過計算預測了天王星軌道外這顆未知大行星在天空中的位置。德國柏林天文臺臺長伽勒，根據(jù)勒威耶的預報位置，于l846年9月23日果然發(fā)現(xiàn)了這顆大行星。其發(fā)現(xiàn)位置與勒威耶預報的位置僅差52分，與亞當斯預報的位置僅差27分。亞當斯勒威耶第38頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月太陽系、銀河系