万有引力理论的成就

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,万有引力理论的成就,万有引力理论的成就,一、卡文迪许：,“称量地球的质量”,思考与讨论1：直接测地球质量,阿基米德:,“,给我一个支点，我可以撬动地球。,”,能通过杠杆原理（天平）测量地球的质量吗？,(直接测量),测量巨大的天体质量显然只能采用,间接的方法,.,万有引力理论给我们提供了重要的启示和解决方案。,第2页/共19页,一、卡文迪许：“称量地球的质量”思考与讨论1：直接测地球质量,卡文迪许：实验室称量地球的质量,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,。,其中,g、R,在卡文迪许之前已经知道，而卡文迪许测出,G,后，就意味着我们也测出了地球的质量。因此，卡文迪许把他自己的实验说成是,“,称量地球的重量,”,。,问题：,我们为什么,不考虑地球自传,的影响呢？,卡文迪许被称为,“,第一个称量地球质量的人,”,！,“,黄金代换,”,第3页/共19页,卡文迪许：实验室称量地球的质量若不考虑地球自转的影响，地面上,思考与讨论2：地球表面物体的重力与地球对物体的万有引力的关系,F,n,R,M,G,m,w,r,F,引,物体,m,在纬度为,的位置，万有引力指向地心，分解为两个分力：,m,随地球自转围绕地轴运动的向心力和重力。,设,=60,0,，,试计算,F,n,、F,引,、,G,的大小，并比较之。,因此通常可以不考虑（忽略）地球自转的影响。,放在地球表面的物体处于平衡状态吗？,第4页/共19页,思考与讨论2：地球表面物体的重力与地球对物体的万有引力的关系,感叹：,科学真是迷人啊!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,俺要不是不好好学习这么迷人的科学!那就是对不起党和人民!,好好学习，,天天向上。,奋发图强，,重新做人！,第5页/共19页,感叹：科学真是迷人啊!根据零星的事实，增添一点猜想，竟能赢,二、计算天体质量,思考与讨论3：,已知太阳周围的某颗行星(如：地球)的详细运动特征，利用万有引力定律，有没有办法测量太阳的质量？提出你的设想，并说明需要直接测量哪些物理量？,由于,T,容易测量：,需测,r,和,T。,第6页/共19页,二、计算天体质量思考与讨论3：已知太阳周围的某颗行星(如：地,思考与讨论4：,测出行星的,T,和,r，,就可以测出太阳的质量,M。,不同行星与太阳的距离,r,和绕太阳公转的周期,T,都是各不相同的。但是不同行星的,r、T,计算出来的太阳质量必须是一样的！上面的公式能否保证这一点？,分析：,根据开普勒第三定律：,所以，上面的公式能保证这一点，而且我们还可以知道常数,K,只和中心天体（太阳）的质量有关。,第7页/共19页,思考与讨论4： 测出行星的T和r，就可以测出太阳的质量M,思考与讨论5：,木星是太阳系中最大的行星，它有众多卫星。通过卫星的运动可以精确测得木星的质量。用这个方法测得行星的质量，是否需要知道卫星的质量？试通过推理说明。,分析：,与卫星质量,m,无关。只能测得中心天体的质量（把被测得天体放在圆心的位置）,第8页/共19页,思考与讨论5：木星是太阳系中最大的行星，它有众多卫星。通过卫,课堂练习1：,计算地球的质量，除了一开始的方法外，有没有其它的办法？,借助于月球可不可以？那么需要知道哪些量？,月球绕地球运行的周期,T=27.3,天，,月球与地球的平均距离,r=3.8410,8,m,M=5.9810,24,kg,第9页/共19页,课堂练习1：计算地球的质量，除了一开始的方法外，有没有其它的,思考与讨论6：,根据前一题的结果，能不能获得地球的平均密度信息？,嫦娥一号与月球密度？,第10页/共19页,思考与讨论6：根据前一题的结果，能不能获得地球的平均密度信息,求天体质量的方法,方法一：利用天体,表面,物体的重力等于万有引力,需知天体的,R,，和其表面的,g,方法二：利用天体的卫星，所受万有引力提供向心力,或,或,需知卫星的,r,、,T,，或,r,、,v,，或,r,、,、或,v,、,第11页/共19页,求天体质量的方法 方法一：利用天体表面物体的重力等于万有引力,课堂练习2：,1、某行星表面附近有一颗卫星，其轨道半径可认为近似等于该行星的球体半径。已测出此卫星运行的周期为,T，,已知万有引力常量为,G，,据此求得该行星的平均密度约为,。,2、登月飞行器关闭发动机后在离月球表面,h,的空中沿圆形轨道绕月球飞行，周期是,T，,已知月球半径是,R，,引力常量为,G，,根据这些数据计算月球的平均密度,。,第12页/共19页,课堂练习2：1、某行星表面附近有一颗卫星，其轨道半径可认为近,三、发现未知天体,发现海王星和冥王星：,预见并发现未知行星,是,万有引力理论威力和价值的,最生动例证.,在1781年发现的第七个行星,天王星,的运动轨道，总是同根据万有引力定律计算出来的有一定偏离.当时有人预测，肯定在其轨道外还有一颗未发现的新星,这就是后来发现的第八大行星,海王星,.,海王星,海王星的实际轨道由英国剑桥大学的学生,亚当斯,和法国年轻的天文爱好者,勒维耶,根据天王星的观测资料各自独立地,利用万有引力定律计算出来的,.,第13页/共19页,三、发现未知天体发现海王星和冥王星：预见并发现未知行星,是万,英国的,亚当斯,和法国的,勒维耶,第14页/共19页,英国的亚当斯和法国的勒维耶第14页/共19页,1846年9月23日晚,由,德国的伽勒,在柏林天文台用望远镜在勒维耶预言的位置附近发现了这颗行星,海王星,柏林天文台,第15页/共19页,1846年9月23日晚,由德国的伽勒在柏林天文台用望远镜在勒,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耶的方法,预言另一颗新行星的存在,在预言提出之后，,193,0年，汤博发现了太阳系的后来,曾,被称为第九大行星的冥王星。,冥王星和它的卫星,美国宇航局（,NASA）,提供的冥王星（上者）与它的卫星的画面,冥王星的发现：,第16页/共19页,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,海王星、冥王星的发现最终确立了万有引力定律的地位，也成为科学史上的美谈。,诺贝尔物理学奖获得者，物理学家冯,劳厄说：,“,没有任何东西向牛顿引力理论对行星轨道的计算那样，如此有力地树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,”,第17页/共19页,海王星、冥王星的发现最终确立了万有引力定律的地位，也成为,小 结,1、万有引力定律在天文学中的应用，一般有,两条思路,：,(1),F,万有引力,=环绕天体所需的向心力,(2)地面（或某星球表面）的物体的重力,F,万有引力,.,2、,解题技巧,：,把握基本方程，立足数学推理。,3、万有引力理论在,天文学的发现,中起到了关键的作用.,第18页/共19页,小 结1、万有引力定律在天文学中的应用，一般有两条思,感谢您的欣赏！,第19页/共19页,感谢您的欣赏！第19页/共19页,感谢聆听,感谢聆听,