人教版高一物理必修二：6.4《万有引力理论的成就》优质ppt课件 .ppt

第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天 6.46.4万有引力理论的成就万有引力理论的成就阿基米德在研究杠杆原理后，曾经说过一句什阿基米德在研究杠杆原理后，曾经说过一句什么名言？么名言？“给我一个支点，我可以撬动球。给我一个支点，我可以撬动球。”那我们又是怎么知道巨大的地球的质量呢那我们又是怎么知道巨大的地球的质量呢?那给我们一个杠杆那给我们一个杠杆(天平天平)是否就可以称量地球的质量是否就可以称量地球的质量了呢？了呢？答案答案:不能不能测量巨大的天体质量显然只能采用间接的方法测量巨大的天体质量显然只能采用间接的方法.卡文迪许在实验室称量出了地球的质量！卡文迪许在实验室称量出了地球的质量！卡文迪许是如何卡文迪许是如何“称量称量”地球的质量的呢地球的质量的呢?能否通过能否通过万有引力定律万有引力定律来来“称量称量”呢呢?思考思考探究一探究一 如何测量地球质量如何测量地球质量时代背景时代背景当时已知地球的半径当时已知地球的半径R，地球表面重力加速度，地球表面重力加速度g及卡文迪许已测出的引力常量及卡文迪许已测出的引力常量G1.1.若不考虑地球自转的影响，若不考虑地球自转的影响，地面上的物体的重力等于地面上的物体的重力等于地球对它的引力。地球对它的引力。由于由于g、R在卡文迪许之前已经知道，而卡文迪许测在卡文迪许之前已经知道，而卡文迪许测出出G后，就意味着也测出了地球的质量。后，就意味着也测出了地球的质量。卡文迪许被称为卡文迪许被称为“第一个称量地球质量的人第一个称量地球质量的人”！2.2.关系式：关系式：探究一探究一 如何测量地球质量如何测量地球质量3.3.地球的质量到底有多大地球的质量到底有多大?已知已知:地球表面地球表面g=9.8m/s2，地球半径，地球半径R=6400km，引力，引力常量常量G=6.6710-11N.m2/kg2请你根据这些数据计算地球的质量（保留一位小数）请你根据这些数据计算地球的质量（保留一位小数）M=6.01024kg探究一探究一 如何测量地球质量如何测量地球质量思考: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？探究二探究二 如何测量太阳的质量如何测量太阳的质量从以下几个方面去考虑：从以下几个方面去考虑：（1 1）地球公转实际轨道是什么形状？地球公转实际轨道是什么形状？圆轨道做匀速圆周运动圆轨道做匀速圆周运动椭圆椭圆为了解决问题的方便，我们通常可以认为地球在绕怎为了解决问题的方便，我们通常可以认为地球在绕怎样的轨道做什么运动？样的轨道做什么运动？近似近似探究二探究二 如何测量太阳的质量如何测量太阳的质量（2 2）地球作圆周运动的向心力是由地球作圆周运动的向心力是由谁谁来提供的？来提供的？公转周期公转周期太阳对地球的引力，即太阳对地球的引力，即F引引=F向向已知地球绕太阳公转的哪个物理量已知地球绕太阳公转的哪个物理量?探究二探究二 如何测量太阳的质量如何测量太阳的质量（3 3）动力学方程）动力学方程万有引力充当向心力万有引力充当向心力明确式中各符号所代表的物理量：明确式中各符号所代表的物理量：r代表代表 T代表代表公转半径公转半径公转周期公转周期从而求出从而求出太阳太阳的质量的质量F引引=F向向 即即探究二探究二 如何测量太阳的质量如何测量太阳的质量（4 4）思考）思考测量太阳的质量，是否需要知道行星的质量？测量太阳的质量，是否需要知道行星的质量？不需要不需要相同相同不同的行星不同的行星r和和T各不相同，但计算出来的太阳各不相同，但计算出来的太阳质量是否一定相同呢？质量是否一定相同呢？探究二探究二 如何测量太阳的质量如何测量太阳的质量例题例题1.1.为了研究太阳演化进程，需知道太阳的质量为了研究太阳演化进程，需知道太阳的质量M.已已知地球的半径知地球的半径 R6.4106 m，地球的质量，地球的质量 m61024 kg，日地中心的距离，日地中心的距离 r1.51011 m，地球表面的重力，地球表面的重力加速度加速度 g10m/s2，1年约为年约为 3.2107 s，试估算目前太，试估算目前太阳的质量阳的质量M.（引力常数未知（引力常数未知)解：由万有引力定律和动力学知识得解：由万有引力定律和动力学知识得 对地球表面的物体对地球表面的物体m，有，有联立两式得联立两式得代入数据得代入数据得同样的道理，如果已知卫星绕行星运动的周期和同样的道理，如果已知卫星绕行星运动的周期和卫星与行星之间的距离，也可以算出行星的质量。卫星与行星之间的距离，也可以算出行星的质量。目前，观测人造卫星的运动，是测量地球质量的目前，观测人造卫星的运动，是测量地球质量的重要方法之一。重要方法之一。根据前面的探究，请同学们归纳总结计算天体根据前面的探究，请同学们归纳总结计算天体的质量的基本思路。的质量的基本思路。总结计算天体质量的方法总结计算天体质量的方法 总结计算天体质量的方法总结计算天体质量的方法 法一：利用天体法一：利用天体表面表面物体的重力等于万有引力物体的重力等于万有引力 需知天体的需知天体的R，和其表面的，和其表面的g法二：利用天体的卫星，所受万有引力提供向心力法二：利用天体的卫星，所受万有引力提供向心力 需知卫星的需知卫星的r、T已知下列哪些数据，可以计算出地球质量：（已知下列哪些数据，可以计算出地球质量：（）A地球绕太阳运动的周期及地球离太阳的距离地球绕太阳运动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绕地球转的轨道半径月球绕地球运行的周期及月球绕地球转的轨道半径C人造地球卫星在地面附近绕行的速度和运行周期人造地球卫星在地面附近绕行的速度和运行周期D若不考虑地球自转，已知地球半径和重力加速度若不考虑地球自转，已知地球半径和重力加速度BCD练习练习背景：背景：17811781年由英国物年由英国物理学家威廉赫歇尔发理学家威廉赫歇尔发现的第七颗行星现的第七颗行星天天王星王星的运动轨道有些的运动轨道有些“古怪古怪”：根据万有引力：根据万有引力定律计算出来的轨道与定律计算出来的轨道与实际观测的结果总有一实际观测的结果总有一些偏差些偏差 1 1、海王星的发现、海王星的发现发现未知天体发现未知天体 海王星海王星的轨道由英国的的轨道由英国的剑桥大学的学生亚当斯剑桥大学的学生亚当斯和法国年轻的天文爱好和法国年轻的天文爱好者勒维耶各自独立计算者勒维耶各自独立计算出来。出来。18461846年年9 9月月2323日晚，日晚，由德国的伽勒在勒维耶由德国的伽勒在勒维耶预言的位置附近发现了预言的位置附近发现了这颗行星这颗行星,人们称其为人们称其为“笔尖下发现的行星笔尖下发现的行星”。笔尖下发现的行笔尖下发现的行星星海王星海王星发现未知天体发现未知天体背景：海王星发现之后，背景：海王星发现之后，经过一段时间的观测研究，天经过一段时间的观测研究，天文学家们认为，就算把海王星施加给天王星的影响考虑文学家们认为，就算把海王星施加给天王星的影响考虑进去，还是不能完全使天王星的计算位置与观测结果相进去，还是不能完全使天王星的计算位置与观测结果相符。不但如此，天文学家们还发现海王星的运动也不正符。不但如此，天文学家们还发现海王星的运动也不正常，因此推测，在海王星外应该还有一颗行星。常，因此推测，在海王星外应该还有一颗行星。19301930年年3 3月月1414日，汤博发现了这颗新星日，汤博发现了这颗新星冥王星冥王星、冥王星的发现、冥王星的发现发现未知天体发现未知天体太阳系的行星太阳系的行星