3.3 万有引力定律的应用课件29张PPT

哈雷彗星 一个成功的理论不仅要解释已知的事实，更重要的是能预言未知的现象。 “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!” --马克·吐温 3.3万有引力定律的应用 四川省广安代市中学校 黄青平 1705年哈雷根据牛顿的引力理论，计算了 “哈雷彗星”的轨道并正确预言了它的回归 预言彗星回归 预言未知天体 亚当斯与勒维烈预测在天王星附近还有一颗行星 1781年英国天文学家威廉.赫歇耳用望远镜发现了天王星 1821年，天王星的实际轨道与理论轨道存在较大的误差 猜想：………. 1846年9月23日，海王星被发现。 海王星 “笔尖下发现的行星” 理论轨道 实际轨道 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． 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． 预言未知天体 美国2001年发射，并于2006至2008年访问冥王星的宇宙飞船 诺贝尔物理学奖获得者 物理学家冯·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…… ” 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，我可以撬动球。” 那我们又是怎么知道巨大的地球的质量呢? 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:不能 测量巨大的天体质量显然只能采用间接的方法. 卡文迪许在实验室称量出了地球的质量！ 问题一： 如何测量地球的质量？ 思考：卡文迪许是如何“称量”地球的质量的呢? 能否通过万有引力定律来“称量”呢? 时代背景： 当时已知地球的半径R，地球表面重力加速度g及卡文迪许已测出的引力常量G 1.若不考虑地球自转的影响，地面上的物体的重力等于地球对它的引力。 由于g、R在卡文迪许之前已经知道，而卡文迪许测出G后，就意味着也测出了地球的质量。 卡文迪许被称为“第一个称量地球质量的人”！ 2.关系式： 3.地球的质量到底有多大? 已知:地球表面g=9.8m/s2，地球半径R=6370km，引力常量G=6.67×10-11N.m2/kg2 请你根据这些数据计算地球的质量M。 代入数据有: 思考： 1.哪些运动的加速度是g？ 思考： 2.哪些力的大小与g值有关联？ 问题二： 如何测量太阳的质量？ 思考:太阳是一个火热的球体，我们无法得知其上的重力加速度，那如何来求太阳的质量呢？ 从以下几个方面去考虑： 圆轨道做匀速圆周运动 椭圆 为了解决问题的方便，我们通常可以认为地球在绕怎样的轨道做什么运动？ 近似 （1）地球公转实际轨道是什么形状？ （2）地球作圆周运动的向心力是由谁来提供的？ 太阳对地球的引力，即F引=F向 （3）动力学方程———万有引力充当向心力 求出太阳的质量 F引=F向 即 明确式中各符号所代表的物理量： r 代表： T 代表： 公转轨道半径 公转周期 （4）思考 不需要 相同 ②不同的行星r和T各不相同，但计算出来的太阳质量是否一定相同呢？ ①测量太阳的质量，是否需要知道行星的质量？ 同样的道理，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，观测人造卫星的运动，是测量地球质量的重要方法之一。 例1.为了研究太阳演化进程，需知道太阳的质量M.已知地球的半径 R＝6.4×106 m，地球的质量 m＝6×1024 kg，日地中心的距离 r＝1.5×1011 m，地球表面的重力加速度 g＝10m/s2，1年约为 3.2×107 s，试估算太阳的质量M.（引力常数未知) 解：由万有引力定律和动力学知识得 对地球表面的物体m′，有 联立两式得 代入数据得 方法一 :测“g”法（ 重力近似等于万有引力） 基本思路： “黄金”代换公式! 根据前面的探究，请同学们归纳总结计算天体的质量的基本思路。 方法二：环 ... ...