公开课万有引力理论的成就

欢迎各位老师莅临指导 授课教师：韩林生 第第4 4节节 万有引力理论的成就万有引力理论的成就知识回顾：万有引力定律的公式：万有引力定律的公式：M、m、r、G的含义各是什么？的含义各是什么？17891789年，英国物理学家卡文年，英国物理学家卡文迪许在实验室测出了引力常量，成为迪许在实验室测出了引力常量，成为“称称”出地球质量的第一人。出地球质量的第一人。猜猜 想：想：如何测量地球的质量？如何测量地球的质量？1 1、地面上物体的重力是如何测量的、地面上物体的重力是如何测量的？FGFG2、如果我们跳出地球看，地球在自转，这时你眼中的物体还是静止的吗？它在做什么运动？此时物体所受的合外力还为0吗？如果不是在赤道附近，万有引力和重如果不是在赤道附近，万有引力和重力的关系如图所示。力的关系如图所示。不考虑地球自转的影响一、测算天体的质量测算天体的质量 地面的重力加速度地面的重力加速度g g和地球半径和地球半径R R早早就被测量出来，我们只要知道了引力常就被测量出来，我们只要知道了引力常量量G G，就能算出地球的质量，就能算出地球的质量M M。测地球质量的方法测地球质量的方法地表重力加速度：地表重力加速度：g=9.8m/sg=9.8m/s2 2地球半径：地球半径：R R =6400km=6400km引力常量：引力常量：=6.67=6.671010-11-11NmNm2 2/kg/kg2 2 得地球质量 M=6.0=6.010102424kgkg代入算一算算一算马克马克 吐温：吐温：科学真是迷人。根据零星科学真是迷人。根据零星的事实，增添一点猜想，竟能的事实，增添一点猜想，竟能赢得那么多的收获！赢得那么多的收获！再增添一点猜想：还有别的办法测量地球还有别的办法测量地球的质量吗？的质量吗？一、测算天体的质量一、测算天体的质量 根据围绕地球的卫星的运动情况，求根据围绕地球的卫星的运动情况，求出卫星的向心加速度而向心力是由万有出卫星的向心加速度而向心力是由万有引力提供的引力提供的 这这样样，利利用用万万有有引引力力定定律律和和圆圆周周运动运动的知识，可列出方程，导出计算中心体地的知识，可列出方程，导出计算中心体地球的质量的公式球的质量的公式测地球质量的方法测地球质量的方法2：分析思路分析思路中心中心天体天体绕绕行行天天体体 注意：此方法只能求解中心天体的注意：此方法只能求解中心天体的质量，不能求解环绕天体的质量。质量，不能求解环绕天体的质量。神舟五号飞船轨道半径神舟五号飞船轨道半径6700km.环绕环绕地球绕一圈所花时间为地球绕一圈所花时间为90min.地球质量 M=6.0=6.010102424kgkg 太阳光经太阳光经500s500s到达地球，地球到达地球，地球的公转周期为的公转周期为1年，试估算太阳的质量。年，试估算太阳的质量。（已知（已知=6.67=6.671010-11-11NmNm2 2/kg/kg2 2，光，光速速c=3c=310108 8m/sm/s，取一位有效数字），取一位有效数字）测算太阳的质量测算太阳的质量M=2=2101030 30 kgkg例题：例题：未来的某一天，你成了宇航员，搭乘未来的某一天，你成了宇航员，搭乘“英雄英雄”号火星探测器飞近火星，并进入号火星探测器飞近火星，并进入靠近火星表面的圆形轨道将进行预定的考靠近火星表面的圆形轨道将进行预定的考察工作，你能不能仅用一只表通过测定时察工作，你能不能仅用一只表通过测定时间来测定火星的密度？说明理由及推导间来测定火星的密度？说明理由及推导过程过程.贴近火星飞行时贴近火星飞行时，火星的平均密度为火星的平均密度为：联立上面三式联立上面三式得：解析：航天器绕星球飞行，万有引力解析：航天器绕星球飞行，万有引力提供向心力，所以提供向心力，所以 二、发现未知天体二、发现未知天体(阅读阅读)问题1:应用万有引力定律除可以计算天体的 质量外,还可以在天文学上有什么作用?问题2:应用万有引力定律发现了哪些行星?问题3:人们是怎样应用万有引力定律来发现 未知天体的?二、发现未知天体二、发现未知天体、“笔尖下发现的行星笔尖下发现的行星”海王星的发现海王星的发现 英国剑桥大学的学生，英国剑桥大学的学生，23岁的亚当斯发现根岁的亚当斯发现根据万有引力定律计算得出的天王星轨道与它的真据万有引力定律计算得出的天王星轨道与它的真实轨道总有偏差，预言了新行星的存在。并计算实轨道总有偏差，预言了新行星的存在。并计算出了新行星的轨道。出了新行星的轨道。同年，法国的勒维列也算出了同样的结果，同年，法国的勒维列也算出了同样的结果，并把预言的结果寄给了柏林天文学家加勒并把预言的结果寄给了柏林天文学家加勒 加勒加勒把望远镜对准把望远镜对准勒维列预言勒维列预言的位置，果然的位置，果然发现有一颗新的行星发现有一颗新的行星就是海王星就是海王星.海王星海王星海王星地貌海王星地貌、冥王星的发现冥王星的发现 海王星发现之后，人们发现它的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行星亚当斯和勒维列的方法预言另一颗新行星的存在的存在在在预预言言提提出出之之后后，19301930年年，汤汤博博（Tom Tom baughbaugh）发发现现了了这这颗颗行行星星冥冥王王星星冥冥王王星星的的实实际际观观测测轨轨道道与与理理论论计计算算的的一一致致，所所以以人人们们确确认认，冥冥王王星星是是太太阳阳系系最最外外一一颗颗行星了行星了冥王星与其卫星冥王星与其卫星美国美国2001年发射，年发射，并于并于2006至至2008年年访问冥王访问冥王星的宇宙星的宇宙飞船飞船小结：小结：作业：P40 问题与练习