6.4-万有引力理论的成就PPT解析优秀PPT.ppt
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1、第六章 万有引力与航天 第四节 万有引力理论的成就人教版必修人教版必修2上周教学反思上周教学反思上周进行太阳与行星间的引力、万有引力定律的教学,州庆放假,学生练习时间过少,从周清看,学生对万有引力定律的应用不够娴熟,灵敏运用公式存在问题,数学运算实力急需加强和提升。教学目标教学目标1.了解万有引力定律在天文学上的重要应用2会用万有引力定律计算天体质量,了解“称量地球质量”“计算太阳质量”的基本思路3驾驭运用万有引力定律和圆周运动学问分析天体运动问题的思路教学重难点教学重难点教学教学重点重点:应用万有引力定律计算天体质量。教学教学难点难点:应用万有引力定律计算天体质量。预习导学预习导学4 万有引
2、力理论的成就万有引力理论的成就预习导学预习导学课堂讲义课堂讲义一、一、“科学真是迷人科学真是迷人”1重力与万有引力:若不考重力与万有引力:若不考虑地球的自地球的自转,地面上,地面上质量量为m的物体所受的重力的物体所受的重力_地球地球对物体的万有引力物体的万有引力二、二、计算天体的算天体的质量量1基本思路:行星基本思路:行星绕太阳、太阳、卫星星绕行星做匀速行星做匀速圆周运周运动的向的向心力是它心力是它们间的的_供供应的的测量出量出环绕周期周期T 和和环绕半径半径r.等于等于万有引力万有引力第一课时第一课时预习导学预习导学4 万有引力理论的成就万有引力理论的成就预习导学预习导学课堂讲义课堂讲义3观
3、测行星的运行星的运动,可以,可以计算算_的的质量;量;观测卫星的运星的运动,可以,可以计算算_的的质量量温馨提示温馨提示以上方法所求以上方法所求质量量为中心天体的中心天体的质量,中心天量,中心天体指体指处于另一天体于另一天体(或或卫星星)做做圆周运周运动的的圆心心处的天体的天体想一想想一想若已知若已知卫星星绕地球运地球运动的周期的周期T和和卫星到地心的星到地心的距离距离r,可以,可以计算算卫星的星的质量量吗?太阳太阳行星行星预习导学预习导学4 万有引力理论的成就万有引力理论的成就预习导学预习导学课堂讲义课堂讲义三、三、发觉未知天体未知天体1海王星的海王星的发觉英国英国剑桥高校的学生高校的学生_
4、和法国年和法国年轻的天文学家的天文学家_依据天王星的依据天王星的观测资料,利用万有引力定律料,利用万有引力定律计算算出天王星外出天王星外“新新”行星的行星的轨道道.1846年年9月月23日,德国的日,德国的_在勒在勒维耶耶预言的位置旁言的位置旁边发觉了了这颗行星行星海王星海王星2海王星的海王星的发觉和和_的的“按按时回来回来”确立了万有引力确立了万有引力定律的地位,也成定律的地位,也成为科学史上的美科学史上的美谈亚当斯当斯勒勒维耶耶伽勒伽勒哈雷彗星哈雷彗星 回顾所学内容回顾所学内容(1)物体做圆周运动的向心力公式是什么?分别写出向心物体做圆周运动的向心力公式是什么?分别写出向心力与线速度、角速
5、度以及周期的关系式。力与线速度、角速度以及周期的关系式。(2)万有引力定律的内容是什么?如何用公式表示?万有引力定律的内容是什么?如何用公式表示?(3)重力和万有引力的关系?重力和万有引力的关系?FnRMGmwrF引引探讨探讨:地球表面物体的重力与地球对物体的万有引力的关系。地球表面物体的重力与地球对物体的万有引力的关系。物体物体m在纬度为在纬度为的位置,万有引力指的位置,万有引力指向地心,分解为两个分力:向地心,分解为两个分力:m随地球自转随地球自转围绕地轴运动的围绕地轴运动的向心力向心力和和重力重力。FnRMGmwrF引引探讨探讨:地球表面物体的重力与地球对物体的万有引力的关系。地球表面物
6、体的重力与地球对物体的万有引力的关系。物体物体m在纬度为在纬度为的位置,的位置,万有引力万有引力指指向地心,分解为两个分力:向地心,分解为两个分力:m随地球自随地球自转围绕地轴运动的转围绕地轴运动的向心力向心力和和重力重力。因此因此,重力重力是万有引力的是万有引力的一个一个分力分力。事实上随地球自转的物体事实上随地球自转的物体向心力远小于重力,在忽视自转向心力远小于重力,在忽视自转的影响下万有引力大小近似等于重力大小。的影响下万有引力大小近似等于重力大小。回顾所学内容回顾所学内容(1)物体做圆周运动的向心力公式是什么?分别写出向心物体做圆周运动的向心力公式是什么?分别写出向心力与线速度、角速度
7、以及周期的关系式。力与线速度、角速度以及周期的关系式。(2)万有引力定律的内容是什么?万有引力定律的内容是什么?如何用公式表示?如何用公式表示?(3)重力和万有引力的关系?重力和万有引力的关系?重力是万有引力的一个分力,当忽视了地球的自转重力是万有引力的一个分力,当忽视了地球的自转时时,可认为重力在数值上就等于万有引力大小。可认为重力在数值上就等于万有引力大小。阿基米德在探讨杠杆原理后,曾经说过一句什么名言?阿基米德在探讨杠杆原理后,曾经说过一句什么名言?“给我一个支点,给我一个支点,我可以撬动球。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
8、们一个杠杆那给我们一个杠杆(天平天平)是否是否就可以称量地球的质量了呢?就可以称量地球的质量了呢?答案是答案是:否定的否定的.一、一、“科学真是迷人科学真是迷人”地球的质量不行能用天地球的质量不行能用天平称量平称量.但是万有引力定律是否但是万有引力定律是否能赐予我们供应帮助呢能赐予我们供应帮助呢?重力是万有引力的一个分力,当忽视了地球的自转时重力是万有引力的一个分力,当忽视了地球的自转时,可可认为重力在数值上就等于万有引力大小。认为重力在数值上就等于万有引力大小。其次课时其次课时若不考虑地球自转的影响,地面上物体的重力等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引力。于地球对它的引
9、力。M 其中其中g、R在卡文迪许之前已经知道,而卡文迪许测出在卡文迪许之前已经知道,而卡文迪许测出G后,就后,就意味着我们也测出了地球的质量。卡文迪许把他自己的试验说成是意味着我们也测出了地球的质量。卡文迪许把他自己的试验说成是“称量地球的重量称量地球的重量”是不无道理的。是不无道理的。一、一、“科学真是迷人科学真是迷人”通过万有引力定律称量地球的质量,这不能不说是一个奇迹。就连一个外行人、著名文学家马克吐温满怀激情地说:“科学真是迷人。依据零星的事实,增加一点猜想,竟能赢得那么多收获!”这话虽然出自一位外行人之口,却道出了科学发觉的精髓。一、一、“科学真是迷人科学真是迷人”二、计算天体的质量
10、二、计算天体的质量1、地球公转实际轨道是什么形态?为了解决问题的便利,、地球公转实际轨道是什么形态?为了解决问题的便利,我们通常可以认为地球在绕怎样的轨道做什么运动?我们通常可以认为地球在绕怎样的轨道做什么运动?思索:思索:应用万有引力可算出地球的质量,能否算出太阳的应用万有引力可算出地球的质量,能否算出太阳的质量呢质量呢?分析问题:近似近似1、地球实际作何运动?而我们通常可以认为做什么运动?、地球实际作何运动?而我们通常可以认为做什么运动?地球实际轨道是椭圆,通常可以认为地球绕太阳做匀地球实际轨道是椭圆,通常可以认为地球绕太阳做匀速圆周运动速圆周运动 二、计算天体的质量二、计算天体的质量1、
11、地球实际轨道是什么形态?为了解决问题的便利,我们、地球实际轨道是什么形态?为了解决问题的便利,我们通常可以认为地球在绕怎样的轨道做什么运动?通常可以认为地球在绕怎样的轨道做什么运动?2、地球作圆周运动的向心力是由什么力来供应的?、地球作圆周运动的向心力是由什么力来供应的?思索:思索:应用万有引力可算出地球的质量,能否算出太阳的应用万有引力可算出地球的质量,能否算出太阳的质量呢质量呢?通常可以认为地球绕太阳做匀速圆周运动通常可以认为地球绕太阳做匀速圆周运动2、地球作圆周运动的向心力是由什么力来供应的?、地球作圆周运动的向心力是由什么力来供应的?rMmF地球作圆周运动的向心力是由太阳对地球的万有引
12、力来供应的地球作圆周运动的向心力是由太阳对地球的万有引力来供应的 二、计算天体的质量二、计算天体的质量1、地球实际轨道是什么形态?为了解决问题的便利,我们、地球实际轨道是什么形态?为了解决问题的便利,我们通常可以认为地球在绕怎样的轨道做什么运动?通常可以认为地球在绕怎样的轨道做什么运动?2、地球作圆周运动的向心力是由什么力来供应的?、地球作圆周运动的向心力是由什么力来供应的?思索:思索:应用万有引力可算出地球的质量,能否算出太阳的应用万有引力可算出地球的质量,能否算出太阳的质量呢质量呢?通常可以认为地球绕太阳做匀速圆周运动通常可以认为地球绕太阳做匀速圆周运动地球作圆周运动的向心力是由太阳对地球
13、的万有引力来供应的地球作圆周运动的向心力是由太阳对地球的万有引力来供应的 地球公转角速度地球公转角速度 不能不能干脆测出干脆测出,但我们知道地球但我们知道地球公转的周期公转的周期 .地球作圆周运动的向心力是由太阳对地球的万有引力来供应的地球作圆周运动的向心力是由太阳对地球的万有引力来供应的该表达式与地球(环行天体)质量该表达式与地球(环行天体)质量m有没有关系?有没有关系?总结推广总结推广求解思路:求解思路:环行天体的向心力由中心天体对其万有引力独家供应环行天体的向心力由中心天体对其万有引力独家供应具体方法:具体方法:特点:特点:须知道待求天体(须知道待求天体(M)的某一环行天体的运行规律,且
14、)的某一环行天体的运行规律,且与环行天体的质量(与环行天体的质量(m)无关)无关.中心天体M 环行天体m二、计算天体的质量二、计算天体的质量思维扩展思维扩展计算地球的质量,除了一起先计算地球的质量,除了一起先的方法外,还可以怎么求?的方法外,还可以怎么求?借助于月球,那么须要知道借助于月球,那么须要知道哪些量?哪些量?月球绕地球运行的周期月球绕地球运行的周期T=27.3天,天,月球与地球的平均距离月球与地球的平均距离r=3.84108mM=5.981024kg三、发觉未知天体三、发觉未知天体预见并发觉未知行星预见并发觉未知行星,是万有引力理论威力和价值的最生动例证是万有引力理论威力和价值的最生
15、动例证.在在1781年发觉的第七个行星年发觉的第七个行星天王星天王星的运动轨道,总是同依据万有引力定律的运动轨道,总是同依据万有引力定律计算出来的有确定偏离计算出来的有确定偏离.当时有人预料,当时有人预料,确定在其轨道外还有一颗未发觉的新星确定在其轨道外还有一颗未发觉的新星,这就是后来发觉的第八大行星这就是后来发觉的第八大行星海王星海王星.海王星 海王星的实际轨道由英国剑桥高校的学生亚当斯和法国年轻的天文爱好者勒维耶依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英国的亚当斯和法国的勒维耶18461846年年9 9月月2323日晚日晚,由德国的伽勒在柏由德国
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