人教版高中物理必修二 （萬有引力理論的成就）萬有引力與宇宙航行教育教學(xué)課件

萬有引力的成就

萬有引力定律上節(jié)回顧其中G為引力常量，r為兩物體的中心距離，m為物體的質(zhì)量。說一說物體的重力和萬有引力的區(qū)別和聯(lián)系重力萬有引力大小G=mg方向豎直向下指向地心地球表面附近的物體隨地球的自轉(zhuǎn)而做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，受力分析FO

F1南極北極:赤道：除兩極點(diǎn)外：萬有引力的一個(gè)分力提供向心力，另外一個(gè)分力就是重力，提供向心力的力很小，物體的重力的數(shù)值和萬有引力相差很小。FFnO

F1mg地球表面附近隨緯度的增加，重力加速度值略微增大。忽略地球自轉(zhuǎn)的影響，物體受到的萬有引力約為物體在該處受到的重力，不予考慮二者的差別。若忽略地球自轉(zhuǎn)的影響，物體在距離地心距離為r處的重力加速度為g:若不考慮地球自轉(zhuǎn)的影響：地面的重力加速度g和地球半徑R在卡文迪許之前就已知道，卡文迪許測(cè)出了引力常量G，就可以算出地球的質(zhì)量M。這在當(dāng)時(shí)看來就是一個(gè)科學(xué)奇跡。難怪著名文學(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！”計(jì)算天體的質(zhì)量計(jì)算太陽的質(zhì)量：萬有引力提供行星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力

計(jì)算其他中心天體的質(zhì)量：萬有引力提供小星體繞中心天體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力如何進(jìn)一步測(cè)中心天體的密度？中心天體的體積:中心天體的密度：若：發(fā)現(xiàn)未知天體英國天文學(xué)家亞當(dāng)斯和法國天文學(xué)家勒威耶根據(jù)萬有引力定律計(jì)算出了這顆尚未發(fā)現(xiàn)的行星的軌道。1846年9月18日，德國天文學(xué)家伽勒對(duì)準(zhǔn)勒威計(jì)算出的位置，真的看到了一顆藍(lán)色的星星－－它就是人們所稱的“筆尖上發(fā)現(xiàn)的行星“。在1682年，夜空中出現(xiàn)了一顆彗星。這顆彗星是圍繞太陽運(yùn)行的一個(gè)天體，它的軌道呈橢圓形。最令人興奮的是，他發(fā)現(xiàn)這顆彗星每隔76年就要光臨太陽系一次。76年以后，也就是1758年，曾在1682年引起人們莫大恐慌的大彗星，將再次出現(xiàn)于天空。哈雷彗星被稱為準(zhǔn)時(shí)回歸的彗星?？ㄎ牡显S在實(shí)驗(yàn)室測(cè)量出了引力常量G的值，從而“稱量”出了地球的質(zhì)量，你知道他是怎樣“稱量”地球質(zhì)量的嗎？若忽略地球自轉(zhuǎn)的影響，在地球表面上質(zhì)量為m的物體所受的重力mg等于地球?qū)ξ矬w的引力，即mg＝，所以有，只要測(cè)出G，便可“稱量”地球的質(zhì)量．設(shè)地面附近的重力加速度g＝9.8m/s2，地球半徑R＝6.4×106m，引力常量G＝6.67×10－11N·m2/kg2，試估算地球的質(zhì)量．一飛船在某行星表面附近沿圓軌道繞該行星飛行．認(rèn)為該行星是密度均勻的球體，要確定該行星的密度，只需要測(cè)量()A．飛船的軌道半徑B．飛船的運(yùn)行速度C．飛船的運(yùn)行周期D．行星的質(zhì)量C火星直徑約為地球直徑的一半，質(zhì)量約為地球質(zhì)量的十分之一，它繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道半徑約為地球繞太陽公轉(zhuǎn)半徑的1.5倍．根據(jù)以上數(shù)據(jù)，下列說法中正確的是()A．火星表面重力加速度的數(shù)值比地球表面的小B．火星公轉(zhuǎn)的周期比地球的長C．火星公轉(zhuǎn)的線速度比地球的大D．火星公轉(zhuǎn)的向心加速度比地球的大AB科學(xué)家們推測(cè)，太陽系除八大行星之外的另一顆行星就在地球的軌道上，從地球上看，它永遠(yuǎn)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”．由以上信息可以確定()A．這顆行星的公轉(zhuǎn)周期與地球相等B．這顆行星的半徑等于地球的半徑C．這顆行星的密度等于地球的密度D．這顆行星的質(zhì)量A土星外層有一個(gè)環(huán)，為了判斷它是土星的一部分還是土星的衛(wèi)星群，可以測(cè)量環(huán)中各層的線速度v與該層到土星中心的距離R之間的關(guān)系，則下列判斷正確的是()A．若v2∝R則該層是土星的衛(wèi)星群B．若v∝R則該層是土星的一部分C．若v∝則該層是土星的一部分D．若v2∝則該層是土星的衛(wèi)星群BDAACB計(jì)算地球的質(zhì)量計(jì)算太陽的質(zhì)量天體密度的計(jì)算方法課堂小結(jié)THANKS謝謝聆聽

相對(duì)論時(shí)空觀與牛頓力學(xué)的局限性核心素養(yǎng)目標(biāo)物理觀念知道愛因斯坦的兩條假設(shè)，了解時(shí)間延緩效應(yīng)、長度收縮效應(yīng)，認(rèn)識(shí)牛頓力學(xué)的成就與局限性?？茖W(xué)思維知道牛頓力學(xué)的適用范圍，認(rèn)識(shí)物理學(xué)中理論的相對(duì)穩(wěn)定性，要有質(zhì)疑精神?？茖W(xué)探究認(rèn)識(shí)邁克耳孫—莫雷實(shí)驗(yàn)對(duì)光速不變?cè)淼耐苿?dòng)作用，體會(huì)實(shí)驗(yàn)和理論的相互關(guān)系。知識(shí)點(diǎn)一相對(duì)論時(shí)空觀1.愛因斯坦假設(shè) (1)在不同的_________參考系中，物理規(guī)律的形式都是________的。 (2)真空中的________在不同的慣性參考系中大小都是________的。2.時(shí)間延緩效應(yīng)慣性相同光速相同慣性參考系同一地點(diǎn)>靜止<慣性參考系凡是牛頓運(yùn)動(dòng)定律成立的參考系，稱為慣性參考系，簡稱慣性系。①所有相對(duì)于慣性系做勻速直線運(yùn)動(dòng)的參考系都是慣性系。②所有相對(duì)于慣性系做變速運(yùn)動(dòng)的參考系都是非慣性系。運(yùn)動(dòng)物體的長度(空間距離)和物理過程的快慢(時(shí)間進(jìn)程)都跟物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。知識(shí)點(diǎn)二牛頓力學(xué)的成就與局限性1.牛頓力學(xué)的成就

從地面上物體的運(yùn)動(dòng)到天體的運(yùn)動(dòng)，從攔河筑壩、修建橋梁到設(shè)計(jì)各種機(jī)械，從自行車到汽車、火車、飛機(jī)等現(xiàn)代交通工具的運(yùn)動(dòng)，從投出籃球到發(fā)射導(dǎo)彈、人造地球衛(wèi)星、宇宙飛船……所有這些都服從___________的規(guī)律。2.牛頓力學(xué)的局限性 (1)牛頓力學(xué)不適用于______運(yùn)動(dòng)。 (2)物理學(xué)研究深入到微觀世界，發(fā)現(xiàn)了電子、質(zhì)子、中子等微觀粒子，而且發(fā)現(xiàn)它們不僅具有粒子性，同時(shí)還具有波動(dòng)性，它們的運(yùn)動(dòng)規(guī)律在很多情況下不能用___________來說明。牛頓力學(xué)高速牛頓力學(xué)3.牛頓力學(xué)的適用范圍

只適用于_______運(yùn)動(dòng)，不適用于高速運(yùn)動(dòng)；只適用于宏觀世界，不適用于________世界。

牛頓力學(xué)經(jīng)歷了實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，不會(huì)被新的科學(xué)所否定。它以某種特殊情形被包含在新的理論之中。低速微觀核心要點(diǎn)一相對(duì)論時(shí)空觀牛頓力學(xué)時(shí)空觀與相對(duì)論時(shí)空觀比較比較項(xiàng)目牛頓力學(xué)時(shí)空觀相對(duì)論時(shí)空觀同時(shí)絕對(duì)性相對(duì)性光速可變(遵循經(jīng)典速度變換規(guī)律)不變物理規(guī)律——在不同慣性參考系中其形式相同[例1]

(多選)關(guān)于相對(duì)論時(shí)空觀的說法，正確的是(

) A.在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的 B.在一切慣性參考系中，光在真空中的速度都等于c，與光源的運(yùn)動(dòng)無關(guān) C.在牛頓力學(xué)時(shí)空觀中認(rèn)為同時(shí)發(fā)生的事件，在相對(duì)論時(shí)空觀中也是同時(shí)發(fā)生的 D.時(shí)間和空間是永恒不變的解析相對(duì)論時(shí)空觀中，在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的，選項(xiàng)A正確；在一切慣性參考系中，光在真空中的速度都等于c，與光源的運(yùn)動(dòng)無關(guān)，選項(xiàng)B正確；相對(duì)論時(shí)空觀中，時(shí)間和空間具有相對(duì)性，故選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤。答案AB[例2]

(2019·江西吉安高一月考)如圖所示，a、b、c為三個(gè)完全相同的時(shí)鐘，a放在水平地面上，b、c分別放在以速度vb、vc向同一方向飛行的兩枚火箭上，且vb<vc，則地面的觀察者認(rèn)為走得最慢的鐘為(

)A.a B.b

C.c D.無法確定答案C[例3]

如圖所示，兩艘飛船A、B沿同一直線同向飛行，相對(duì)地面的速度均為v(v接近光速c)。地面上測(cè)得它們相距為L，則A測(cè)得兩飛船間的距離________(選填“大于”“等于”或“小于”)L。當(dāng)B向A發(fā)出一光信號(hào)，A測(cè)得該信號(hào)的速度為________。解析從飛船A測(cè)量時(shí)飛船B是靜止的，從地面上測(cè)量時(shí)兩飛船都是運(yùn)動(dòng)的，由相對(duì)論的“長度收縮效應(yīng)”知運(yùn)動(dòng)長度要縮短，故從地面測(cè)得的飛船間距小。由光速不變?cè)碇庑盘?hào)的傳播速度與參考系是無關(guān)的，故A測(cè)得該信號(hào)的速度仍為光速c。答案大于c(或光速)[針對(duì)訓(xùn)練1]

(2016·江蘇高考)一艘太空飛船靜止時(shí)的長度為30m，他以0.6c(c為光速)的速度沿長度方向飛行越過地球，下列說法正確的是(

) A.飛船上的觀測(cè)者測(cè)得該飛船的長度小于30m B.地球上的觀測(cè)者測(cè)得該飛船的長度小于30m C.飛船上的觀測(cè)者測(cè)得地球上發(fā)來的光信號(hào)速度小于c D.地球上的觀測(cè)者測(cè)得飛船上發(fā)來的光信號(hào)速度小于c答案B[針對(duì)訓(xùn)練2]

在一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的巨大轉(zhuǎn)盤上放置三個(gè)完全相同的時(shí)鐘，a放在轉(zhuǎn)軸處，b放在中間，c放在邊緣處，如圖所示。對(duì)于地面上的觀察者，根據(jù)相對(duì)論認(rèn)為三個(gè)時(shí)鐘的快慢情況，下列說法正確的是(

)A.a鐘最快，b、c鐘一樣慢

B.a鐘最慢，b、c鐘一樣快C.a鐘最快，c鐘最慢

D.a鐘最慢，c鐘最快答案C核心要點(diǎn)二對(duì)牛頓力學(xué)的理解1.牛頓力學(xué)

牛頓力學(xué)通常指以牛頓運(yùn)動(dòng)定律為核心的矢量力學(xué)，有時(shí)也泛指描述低速宏觀物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)的經(jīng)典力學(xué)體系。2.發(fā)展歷程

從亞里士多德和阿基米德的物理學(xué)發(fā)展到經(jīng)典力學(xué)體系經(jīng)歷了約兩千年，經(jīng)歷了以哥白尼、開普勒和伽利略為代表的科學(xué)革命。牛頓在伽利略、笛卡兒、開普勒、惠更斯等人研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了一次科學(xué)的偉大的綜合，形成了一個(gè)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)、以數(shù)學(xué)為表達(dá)形式的力學(xué)科學(xué)體系。3.牛頓力學(xué)的偉大成就

牛頓力學(xué)和天文學(xué)相結(jié)合，建立了天體力學(xué)；牛頓力學(xué)和工程實(shí)際相結(jié)合，建立了各種應(yīng)用力學(xué)，如流體力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等。所有宏觀物體的運(yùn)動(dòng)問題，都服從牛頓力學(xué)的規(guī)律。4.牛頓力學(xué)的局限性

牛頓力學(xué)有自身的局限性，它不適用于高速運(yùn)動(dòng)，也不適用于微觀領(lǐng)域。在高速運(yùn)動(dòng)中，相對(duì)論可以描述其運(yùn)動(dòng)規(guī)律，量子力學(xué)可以描述微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。但相對(duì)論和量子力學(xué)并未否定牛頓力學(xué)，只認(rèn)為牛頓力學(xué)是自己在一定條件下的特殊情形。[例4]

下列說法中正確的是(

) A.牛頓運(yùn)動(dòng)定律就是牛頓力學(xué) B.牛頓力學(xué)的基礎(chǔ)是牛頓運(yùn)動(dòng)定律 C.牛頓運(yùn)動(dòng)定律可以解決自然界中的所有問題 D.牛頓力學(xué)可以解決自然界中的所有問題解析牛頓力學(xué)并不等同于牛頓運(yùn)動(dòng)定律，牛頓運(yùn)動(dòng)定律只是牛頓力學(xué)的基礎(chǔ)；牛頓力學(xué)并非萬能，也有其適用范圍，并不能解決自然界中的所有問題，沒有哪個(gè)理論可以解決自然界中的所有問題。因此只有弄清牛頓運(yùn)動(dòng)定律和牛頓力學(xué)的隸屬關(guān)系，明確牛頓力學(xué)的適用范圍才能正確解答此類問題，選項(xiàng)B正確。答案B[針對(duì)訓(xùn)練3]

牛頓力學(xué)不適用于下列哪些運(yùn)動(dòng)(

) A.火箭的發(fā)射 B.宇宙飛船繞地球的運(yùn)動(dòng) C.“勇氣號(hào)”宇宙探測(cè)器的運(yùn)行 D.微觀粒子的波動(dòng)性解析牛頓力學(xué)適用于宏觀、低速物體的運(yùn)動(dòng)，而研究微觀粒子的波動(dòng)性時(shí)牛頓力學(xué)不再適用，選項(xiàng)D正確，A、B、C錯(cuò)誤。答案D[針對(duì)訓(xùn)練4]

(多選)關(guān)于牛頓力學(xué)、相對(duì)論和量子力學(xué)，下列說法中正確的是(

) A.相對(duì)論和牛頓力學(xué)是相互