高一物理人教版必修二同步课件：6.4万有引力理论的成就(共23张PPT)
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
上节课我们学习了牛顿在经过大胆设想，月—地检验之后推广 得到了万有引力定律，请同学们回忆一下万有引力定律的具体内容。
大自然界中任何两个物体都相互吸引，引力 的大小与物体的质量m1和m2的乘积成正比，与它们 之间距离r的二次方成反比，即
m1 m2 F G 2 r
马克·吐温曾满怀激情地说：“科学真是迷人。根据零星的事实， 增添一点猜想，竟能赢得那么多收获！”为什么说科学真是迷人？
在预言提出之后，1930年3月14日，汤博发现了这颗新星——冥王星。
冥王星的降级
位居太阳系九大行星末 席70多年的冥王星，自发现 之日起地位就备受争议。根 据国际天文学联合会大会 2006年8月24日通过的新定义 ，“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。根据新定义，同样具有足够质 量、呈圆球形，但不能清除其轨道附近其他物体的天体被称为 “矮行星”。 冥王星是一颗矮行星。
【方法总结】计算天体质量的两条基本思路
1.物体在天体表面时受到的重力等于万 有引力
Mm mg G 2 R
gR M G
2
2
黄金代换：GM＝gR
g--天体表面的重力加速度
R--天体的半径
2.行星（或卫星）做匀速圆周运动所需的万有引力 提供向心力
Mm v2 2 G 2 man m mr 2 mr ( )2 r r T
方法：物体在地球表面时若不考虑地球自 转的影响，地面上质量为m的物体所受 的重力mg等于地球对物体的万有引力， 即： Mm gR 2 M mg G 2 G R
GM=gR2
黄金代换式
M=6.0×1024kg
探究二：你还有其他办法测量出地球的质量吗？需要测量那些物理 量呢？ 已知: 地球半径： R = 6400×103m 月亮周期： T = 27.3天≈2.36×106s 月亮轨道半径: r ≈ 60R， 求： 地球的质量M？
GT 2
1．海王星的发现 亚当斯 和法国年轻的天文学家 勒维耶 英国剑桥大学的学生 __________ __________ 根据天王 星的观测资料，利用万有引力定律计算出天王星外“新”行星的轨道。1846年 9月23日，德国的伽勒 ________在勒维耶预言的位置附近发现了这颗行星——海王星。 2．其他天体的发现 冥王星 、阋神星等几个 近100年来，人们在海王星的轨道之外又发现了 __________
THANK YOU
万有引力的发现，给天文学的研究开辟了一 条康庄大道。可以应用万有引力定律“称量”地 球的质量、计算天体的质量、发现未知天体，这 些累累硕果体现了万有引力定律的巨大的理论价 值。
阿基米德在研究杠杆原理后，曾经说过一句什么名言？
“给我一个支点， 我可以撬动地球。”
那给我们一个杠杆(天平)是 否就可以称量地球的质量了 呢？ 答案是:否定的.
较大的天体。
海王星的轨道由英国的剑桥大学的学生亚当斯和法国年轻的天文爱好者 勒维耶各自独立计算出来。1846年9月23日晚，由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” 。 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列的方法预言另一颗新星的存在。
双星模型
1 ． 建模背景： 宇宙中两颗靠得很近的天体构成一个 “双星系统”，两颗天体以它们连线上的一点为圆心，做 匀 模型特点： (1) 运动特点：两颗子星绕着连线上的
一点做圆周运动，所以它们的周期T是相等的，角速度ω 也 是相等的，又根据 v ＝ ω r ，可得它们的线速度与轨道半径
那我们又是怎么知道巨大的地球的质量呢?
如何称量地球的质量？显然我们找不到足够 大的天平。但科学的迷人之处正在于此，我们可 以用万有引力来“称量”地球的质量！
那么，我们如何用万有引力来称量地球的质 量呢？
当时已知：
地球的半径R 地球表面重力加速度g 卡文迪许已测出的引力常量G
探究一：已知地球表面的重力加速度是g=9.8m/s2，地球的半径是6400km，万 有引力常量是G=6.67×10-11Nm2/kg2。 你能否根据这些数据计算地球的质量吗？ 。
F引=Fn
4 r 2 Mm G 2 m r M 2 T r GT
2
2 3
M=6.0×1024kg
用万有引力我们称量出了地球的质量，那 么，我们不禁要往更高的层次考虑，太阳的质 量能不能计算出来呢？ 思路：行星绕太阳做匀速圆周运动的向心 力是由它们之间的万有引力提供的，可由此列 出方程求解太阳的质量。
vr M G
2
r 3 2 M G
4 2 r 3 M GT 2
只能求出中心天体的质量！！！
估算天体的密度
由
代入 和
M V 4 2 r 3 M GT 2
4R 3 V 3
R是中心天体的半径
可得
3r 3 2 3 GT R
当匀速圆周运动的天体绕中心天体表面运行 时，r=R， 3
成正比。
(2)动力学特点： 两颗子星间的万有引力提供它们做圆周运动的向心力， 若两 子星的质量分别为 M1 和 M2，轨道半径分别为 r1、r2，相距 L，角速度为 ω，由 万有引力定律和牛顿第二定律得： M1 M2 对 M1：G 2 ＝M1ω2r1 L M1 M2 对 M2：G 2 ＝M2ω2r2 L L＝r1＋r2
大自然界中任何两个物体都相互吸引，引力 的大小与物体的质量m1和m2的乘积成正比，与它们 之间距离r的二次方成反比，即
m1 m2 F G 2 r
马克·吐温曾满怀激情地说：“科学真是迷人。根据零星的事实， 增添一点猜想，竟能赢得那么多收获！”为什么说科学真是迷人？
在预言提出之后，1930年3月14日，汤博发现了这颗新星——冥王星。
冥王星的降级
位居太阳系九大行星末 席70多年的冥王星，自发现 之日起地位就备受争议。根 据国际天文学联合会大会 2006年8月24日通过的新定义 ，“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。根据新定义，同样具有足够质 量、呈圆球形，但不能清除其轨道附近其他物体的天体被称为 “矮行星”。 冥王星是一颗矮行星。
【方法总结】计算天体质量的两条基本思路
1.物体在天体表面时受到的重力等于万 有引力
Mm mg G 2 R
gR M G
2
2
黄金代换：GM＝gR
g--天体表面的重力加速度
R--天体的半径
2.行星（或卫星）做匀速圆周运动所需的万有引力 提供向心力
Mm v2 2 G 2 man m mr 2 mr ( )2 r r T
方法：物体在地球表面时若不考虑地球自 转的影响，地面上质量为m的物体所受 的重力mg等于地球对物体的万有引力， 即： Mm gR 2 M mg G 2 G R
GM=gR2
黄金代换式
M=6.0×1024kg
探究二：你还有其他办法测量出地球的质量吗？需要测量那些物理 量呢？ 已知: 地球半径： R = 6400×103m 月亮周期： T = 27.3天≈2.36×106s 月亮轨道半径: r ≈ 60R， 求： 地球的质量M？
GT 2
1．海王星的发现 亚当斯 和法国年轻的天文学家 勒维耶 英国剑桥大学的学生 __________ __________ 根据天王 星的观测资料，利用万有引力定律计算出天王星外“新”行星的轨道。1846年 9月23日，德国的伽勒 ________在勒维耶预言的位置附近发现了这颗行星——海王星。 2．其他天体的发现 冥王星 、阋神星等几个 近100年来，人们在海王星的轨道之外又发现了 __________
THANK YOU
万有引力的发现，给天文学的研究开辟了一 条康庄大道。可以应用万有引力定律“称量”地 球的质量、计算天体的质量、发现未知天体，这 些累累硕果体现了万有引力定律的巨大的理论价 值。
阿基米德在研究杠杆原理后，曾经说过一句什么名言？
“给我一个支点， 我可以撬动地球。”
那给我们一个杠杆(天平)是 否就可以称量地球的质量了 呢？ 答案是:否定的.
较大的天体。
海王星的轨道由英国的剑桥大学的学生亚当斯和法国年轻的天文爱好者 勒维耶各自独立计算出来。1846年9月23日晚，由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” 。 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列的方法预言另一颗新星的存在。
双星模型
1 ． 建模背景： 宇宙中两颗靠得很近的天体构成一个 “双星系统”，两颗天体以它们连线上的一点为圆心，做 匀 模型特点： (1) 运动特点：两颗子星绕着连线上的
一点做圆周运动，所以它们的周期T是相等的，角速度ω 也 是相等的，又根据 v ＝ ω r ，可得它们的线速度与轨道半径
那我们又是怎么知道巨大的地球的质量呢?
如何称量地球的质量？显然我们找不到足够 大的天平。但科学的迷人之处正在于此，我们可 以用万有引力来“称量”地球的质量！
那么，我们如何用万有引力来称量地球的质 量呢？
当时已知：
地球的半径R 地球表面重力加速度g 卡文迪许已测出的引力常量G
探究一：已知地球表面的重力加速度是g=9.8m/s2，地球的半径是6400km，万 有引力常量是G=6.67×10-11Nm2/kg2。 你能否根据这些数据计算地球的质量吗？ 。
F引=Fn
4 r 2 Mm G 2 m r M 2 T r GT
2
2 3
M=6.0×1024kg
用万有引力我们称量出了地球的质量，那 么，我们不禁要往更高的层次考虑，太阳的质 量能不能计算出来呢？ 思路：行星绕太阳做匀速圆周运动的向心 力是由它们之间的万有引力提供的，可由此列 出方程求解太阳的质量。
vr M G
2
r 3 2 M G
4 2 r 3 M GT 2
只能求出中心天体的质量！！！
估算天体的密度
由
代入 和
M V 4 2 r 3 M GT 2
4R 3 V 3
R是中心天体的半径
可得
3r 3 2 3 GT R
当匀速圆周运动的天体绕中心天体表面运行 时，r=R， 3
成正比。
(2)动力学特点： 两颗子星间的万有引力提供它们做圆周运动的向心力， 若两 子星的质量分别为 M1 和 M2，轨道半径分别为 r1、r2，相距 L，角速度为 ω，由 万有引力定律和牛顿第二定律得： M1 M2 对 M1：G 2 ＝M1ω2r1 L M1 M2 对 M2：G 2 ＝M2ω2r2 L L＝r1＋r2