高中物理人教版 (2019)必修 第二册3 万有引力理论的成就课文内容ppt课件

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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。”
那巨大的地球的质量到底是多少呢?
那给我们一个天平是否就可以称量地球的质量了呢？
讨论:地球上物体A在纬度为θ的位置,围绕地球做圆周运动.什么力充当向心力呢?
结论：万有引力指向地心，分解为两个分力：随地球自转围绕地轴运动的向心力和重力
实际数据证明:随地球自转的物体向心力远小于重力，在忽略自转的影响下万有引力大小近似等于重力大小。
方法1:若不考虑地球自转的影响，地面上物体的重力等于地球对它的万有引力。
其中g、R在卡文迪什之前已经知道，而卡文迪许测出G后，就意味着我们也测出了地球的质量。卡文迪许把他自己的实验说成是“称量地球的重量”是不无道理的。
一、“称量”地球的质量
注明：只要中心天体是同一个，此公式就是成立的.
M是地球质量，R地球半径,g是重力加速度。
如何求地球（中心天体）的密度ρ？
数学公式提示：球的体积V=
1、中心天体为质量分布均匀的球体，并设其半径为R ,体积为V，中心天体表面重力加速度g,求密度ρ?
天体质量 M=ρ V=
解:天体质量 M=
方法2:借助于围绕地球做圆周运动月球（卫星）,能否算出地球的质量呢?
自学教材P56页“计算天体的质量”，1分钟。
月球作圆周运动的向心力是由地球对月球的万有引力来独家提供的
问题：该表达式与月球（环行天体）的质量m有没有关系？
环行天体的向心力由中心天体对其万有引力独家提供
须知道待求天体（M）的某一环行天体的运行规律，且与环行天体的质量（m）无关.
数学公式提示：球的体积
2、地球（中心天体）为质量分布均匀的球体，并设其半径为R ,体积为V，环绕天体周期T，轨道半径r,求密度ρ？
地球质量 M=ρ V=
解：地球质量 M=
注意:当R=r时，近地卫星
注意：r为轨道半径，R是中心天体的半径。区别
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=3.84×108m
M=5.98×1024kg
例题:借助于围绕地球做圆周运动月球（卫星）算出地球的质量。
这节课我们主要掌握的知识点是：
1.万有引力定律在天文学中的应用，一般有两条思路：
(2) 环绕天体：所需的向心力由中心天体对环绕天体的万有引力提供
(1) 某星球表面：物体的重力近似等于万有引力
结合： 求密度
1. 已知月球的质量是 7.3×10 22 kg，半径是1.7×10 3 km，月球表面的自由落体加速度有多大？这对宇航员在月球表面的行走会产生什么影响？若宇航员在地面上最多能举起质量为 m的物体，他在月球表面最多能举起质量是多少的物体？2. 根据万有引力定律和牛顿第二定律说明：为什么不同物体在地球表面的自由落体加速度都是相等的？为什么高山上的自由落体加速度比山下地面的小？3. 某人造地球卫星沿圆轨道运行，轨道半径是 6.8×10 3 km，周期是 .6×10 3 s。试从这些数据估算地球的质量。4. 地球的公转轨道接近圆，但彗星的运动轨道则是一个非常扁的椭圆（图 7.3-4）。天文学家哈雷成功预言哈雷彗星的回归，哈雷彗星最近出现的时间是 1986 年，预测下次飞近地球将在 2061 年。（1）请你根据开普勒行星运动定律估算哈雷彗星轨道的半长轴是地球公转半径的多少倍？（2）若哈雷彗星在近日点与太阳中心的距离为 r 1 ，线速度大小为 v 1 ；在远日点与太阳中心的距离为 r 2 ，线速度大小为 v 2 ，请比较哪个速度大，并求得哈雷彗星在近日点和远日点的加速度大小之比。
1. 已知引力常数G,则下列各组数据，能计算出地球质 量的是( ) A.地球绕太阳运行的周期及地球离太阳的距离 B.月球绕地球运行的周期及月球离地球的距离 C.人造地球卫星在地面附近绕行的速度及运行周期 D.人造地球卫星在地面附近绕行的运行周期
2. 某行星的卫星，在靠近行星表面轨道上运行．若要 计算行星的密度，唯一要测量出的物理量是( ) A. 行星的半径． B. 卫星的半径． C. 卫星运行的线速度 D.卫星运行的周期．
3.密封舱在离月球表面112km的空中沿圆形轨道运 行,周期是120.5min,月球的半径是1740km,根据这 些数据计算月球的质量和平均密度。
（答案： M=7.19×1022kg ρ=3.26×103kg/m3 ）
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.
英国的亚当斯和法国的勒维耶
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
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，1930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
美国宇航局（NASA）提供的冥王星（上者）与它的卫星的画面
  国际天文学联合会大会24日投票决定，不再将传统九大行星之一的冥王星视为行星，而将其列入“矮行星”。许多人感到不解，为什么从儿时起就一直熟知的太阳系“九大行星”概念如今要被重新定义，而冥王星又因何被“降级”？     “行星”这个说法起源于希腊语，原意指太阳系中的“漫游者”。近千年来，人们一直认为水星、金星、地球、火星、木星和土星是太阳系中的标准行星。19世纪后，天文学家陆续发现了天王星、海王星和冥王星，使太阳系的“行星”变成了9颗。此后，“九大行星”成为家喻户晓的说法。
冥王星为什么会被“降级”？
不过，新的天文发现不断使“九大行星”的传统观念受到质疑。天文学家先后发现冥王星与太阳系其他行星的一些不同之处。冥王星所处的轨道在海王星之外，属于太阳系外围的柯伊伯带，这个区域一直是太阳系小行星和彗星诞生的地方。20世纪90年代以来，天文学家发现柯伊伯带有更多围绕太阳运行的大天体。比如，美国天文学家布朗发现的“2003UB313”，就是一个直径和质量都超过冥王星的天体。
 布朗等人的发现使传统行星定义遭遇巨大挑战。国际天文学联合会大会通过的新行星定义，意在弥合传统的行星概念与新发现的差距。     大会通过的决议规定，“行星”指的是围绕太阳运转、自身引力足以克服其刚体力而使天体呈圆球状、能够清除其轨道附近其他物体的天体。在太阳系传统的“九大行星”中，只有水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星符合这些要求。冥王星由于其轨道与海王星的轨道相交，不符合新的行星定义，因此被自动降级为“矮行星”。
海王星的发现和1705年英国天文学家哈雷根据万有引力定律正确预言了哈雷彗星的回归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…… ”
尽管冥王星外面太阳光已经非常的微弱，但是，黑暗寒冷的太阳系边缘依然牵动着人们的心，搜索工作从来没有停止过。 美国2001年发射，并于2006至2008年访问冥王星的宇宙飞船