万有引力的成就课件

,*,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,*,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,*,万有引力定律,1、内容：,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m,1,和m,2,的乘积,成,正比,，与它们之间,距离r的二次方,成,反比,。,2、公式：,r,：质点,(球心),间的距离,引力常量：,G,=6.6710,11,Nm,2,/kg,2,3,、条件,:,质点,或,均质球体,4、理解:,普遍性、相互性、宏观性、特殊性,m,2,m,1,F,F,r,万1、内容：自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的大小与物体,1,万有引力定律的理论成就,第六章 万有引力与航天,黄卫荣,万有引力定律的理论成就第六章 万有引力与航天黄卫荣,2,地球的质量该如何称量?,“,称量地球的质量,”,卡文迪许被称为,“,第一个称量地球质量的人,”,！,地球的质量该如何称量?“称量地球的质量”卡文迪许被称为,3,一、卡文迪许：“称量地球的质量”,思考与讨论：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。,想一想：如何测量一根粉笔的质量呢？,一、卡文迪许：“称量地球的质量”思考与讨论：直接测地球质量阿,4,当时已知：,地球的半径R,地球表面重力加速度g,卡文迪许是如何,“称量地球的质量”的呢?,如何通过万有引力定律来“称量”呢?,“,称量地球的质量,”,当时已知：卡文迪许是如何如何通过万有引力定律来“称量”呢?“,5,中心天体,M,转动天体,m,轨道半经,r,明确各个物理量,天体半经,R,中心天体M转动天体m轨道半经r明确各个物理量天体半经R,6,物体在地球(或天体)表面时受到的,重力,近似等于,万有引力,“,称量地球的质量,”,物体在地球(或天体)表面时受到的重力近似等于万有引力“称量,7,R,M,G,m,r,F,n,F,引,万有引力分解为两个分力：,重力:,G=mg,和 m,随地球自转,的向心力,F,n:,F,n,=,m,r,4,2,T,2,结论：,向心力,远小于,重力,万有引力近似等于重力,因此通常不考虑(忽略)地球自转的影响,问题：为什么可,不考虑随地球自传,的影响，认为重力近似等于万有引力呢？,RMGmrFnF引万有引力分解为两个分力：Fn=m,8,地球的质量到底有多大?,已知:地球表面g=9.8m/s,2,，,地球半径R=6400km，,引力常量G=6.6710,-11,Nm,2,/kg,2,。,请你根据这些数据计算地球的质量。,M=6.010,24,kg,在已知其他天体,表面的重力加速度,g,和,半径,R,时，可以用同样方法求出其他天体的质量,地球的质量到底有多大?M=6.01024kg,9,感叹：,马克,吐温,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!,思考：可否用这种方法来“称量”太阳呢?,感叹：马克吐温 科学真是迷人啊!根据零星的事实，增,10,二、估算,太阳,（中心天体）,的质量,思考与讨论2：,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和,r,更容易测量,：,需测r和T。,【只能求中心天体的质量】,分析：,1、将行星的运动看成是,匀速圆周运动,。,2、,万有引力提供向心力,F,引,=F,n,。,二、估算太阳（中心天体）的质量思考与讨论2：已知太阳周围的某,11,思考与讨论3：,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 只与中心天体（太阳）的质量有关。,思考与讨论3：测出行星的T和r，就可以测出太阳的质量M,12,思考与讨论4：,木星是太阳系中最大的行星，它有众多卫星。,通过卫星的运动也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）,思考与讨论4：木星是太阳系中最大的行星，它有众,13,1、物体在天体表面时受到的,重力,等于,万有引力,g-天体表面的重力加速度,R-天体的半径,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g-,14,2、行星（或卫星）做匀速圆周运动所需的,万有引力,提供,向心力,计算天体质量的两条基本思路,只能,求出中心天体的质量,！,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计算,15,课堂练习1：,计算地球的质量：除了开始用的第一种方法外，大家是否可以用第二种方法来求一下呢？,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=6.010,24,kg,课堂练习1：计算地球的质量：除了开始用的第一种方法外,16,思考与讨论5：,通过前面介绍的两种方法，我们可以很快地求出地球的质量。那么在已知地球的质量的情况下，我们该如何根据,密度公式,求,地球的平均密度？,思考与讨论5：通过前面介绍的两种方法，我们可以很快地,17,三、天体密度的计算,三、天体密度的计算,18,三、天体密度的计算,三、天体密度的计算,19,发现海王星：,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,四、发现未知天体,背景：,1781年由英国物理学家威廉赫歇尔发现了,天王星,，但人们观测到的天王星的运行轨迹与万有引力定律推测的结果有一些误差,发现海王星：预见并发现未知行星,是万有引力理论威力和,20,当时有两个青年,英国的亚当斯,和,法国的勒维耶,在互不知晓的情况下分别进行了整整两年的工作。1845年亚当斯先算出结果，但格林尼治天文台却把他的论文束之高阁。1846年9月18日，勒维耶把结果寄到了柏林，却受到了重视。,柏林天文台的,伽勒,于1846年9月23日晚,就进行了搜索，并且在离勒维耶预报位置不远的地方发现了这颗新行星海王星。,人们称其为“笔尖下发现的行星”。,科学史上的一段佳话,当时有两个青年英国的亚当斯和法国的勒维耶,21,英国的,亚当斯,法国的,勒维耶,英国的亚当斯 法国的勒维耶,22,理论轨道,实际轨道,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,。,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。,发现冥王星：,理论轨道实际轨道 在预言提出之后，1930年3月14日,23,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,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,”,海王星、冥王星的发现最终确立了万有引力定律的地位，也,24,课堂小结,两条基本思路,1、,天体表面的物体所受的,重力,等于,万有引力,2、,做圆周运动的天体,万有引力,提供,向心力,课堂小结两条基本思路1、天体表面的物体所受的重力等于万有引力,25,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,需知天体的半径,R,，和其表面的重力加速度,g,方法二：利用天体的卫星，所受的,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,、,【注：只能求中心天体的质量】,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,26,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,离月球表面高度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亮的平均密度约为,。,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,27,3.利用下列哪组数据可以计算出地球的质量,（）,A.地球半径R和地球表面的重力加速度g,B.卫星绕地球运动的轨道半径r和周期T,C.卫星绕地球运动的轨道半径r和,角速度,D.卫星绕地球运动的线速度V和周期T,ABCD,3.利用下列哪组数据可以计算出地球的质量,28,