教科版 (2019)必修 第二册预言未知星体计算天体质量教学课件ppt

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地球质量约为6×1024kg，设杠杆支点距离地球1m，阿基米德在另一端能产生的作用力为600N，根据杠杆原理可知杠杆大约长1亿光年。阿基米德能做到吗？
给我一个支点，我可以撬动地球。 ——阿基米德
思考与讨论：如何“称量”地球的质量呢？
这一节我们就来学习怎样利用万有引力定律预言未知星体、计算天体质量。
1.了解万有引力定律在天文学上的应用.2.会用万有引力定律计算天体的质量和密度.3.掌握综合运用万有引力定律和圆周运动学知识分析具体问题的方法.
哈雷彗星1986年回归路线图
在牛顿之前，彗星的出现被看作一种神秘的现象，牛顿却断言,行星的运动规律同样适用于彗星。哈雷根据牛顿的引力理论，对1682年出现的大彗星的轨道运动进行了计算,指出它与1531年、1607年出现的彗星是同一颗彗星，并预言它将于1758年再次出现。
1743年,克雷洛(,1713一1765)计算了遥远的行星(木星和土星)对这颗彗星运动规律的影响，指出它将推迟于1759年4月份经过近日点。这个预言果然得到了证实。1986年哈雷彗星又一次临近了地球(图3-3-1)，它的下次来访将是在2062年。
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动轨道有些“古怪”：根据万有引力定律计算出来的轨道与实际观测的结果总有一些偏差。
英国剑桥大学的学生亚当斯和法国年轻的天文学家勒维耶相信未知行星的存在。他们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这颗“新”行星的轨道。
1846 年 9 月 23 日晚，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。
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列的方法预言另一颗行星的存在.在预言提出之后，1930年3月14日，汤博发现了这颗行星——冥王星.
1.卡文迪许在实验室测出了引力常量G的值，他称自己的实验是“称量地球的重量”。(1)选哪个物体为研究对象？需要忽略的次要因素是什么？他“称量”的依据是什么？
选地球表面的物体为研究对象，若忽略地球自转的影响，在地球表面上物体受到的重力等于地球对物体的万有引力，G值的确定使万有引力定律具有了实际的计算意义。
(2)若已知地球表面重力加速度g，地球半径R，引力常量G，求地球的质量。
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”！
若不考虑地球自转的影响，地面上物体受到的重力等于地球对物体的吸引力。
2.如果知道地球绕太阳的公转周期T，地球与太阳中心间距r，引力常量G，能求出太阳的质量吗？如果能，请写出表达式。
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？
思考：地球作圆周运动的向心力是由什么力来提供的？
1.根据万有引力提供行星或卫星做圆周运动的向心力，求中心天体质量 ——“环绕法（T、r）” 或“借助外援法”
（1）简化模型：将行星绕太阳的运动看成是匀速圆周运动。
（2）万有引力充当向心力 F引=Fn
（3）依据万有引力定律和牛顿第二定律列出方程，从中解出太阳的质量。
该表达式与地球（环行天体）质量m有没有关系？
只能求出中心天体的质量！！！
只要知道某小天体围绕某中心天体做圆周运动的周期和两天体之间的距离，就可求出中心天体的质量。
R-----中心天体的半径
g-----中心天体表面的重力加速度
注意:（1）此法适用于无卫星的天体或虽有卫星，但不知道其有关参量。（2）有时没有直接告诉天体表面的重力加速度，但可以间接求出，也适用此方法。
物体在天体表面附近受到的重力近似等于万有引力
2.根据天体表面重力加速度求天体质量 ——重力加速度法(g、R法)或“自力更生”法