1、1,第六章 萬有引力與航天,4 萬有引力理論的成就,2,知識(shí)回顧,萬 有 引 力 定 律,1、內(nèi)容： 自然界中任何兩個(gè)物體都相互吸引，引力的大小與物體的質(zhì)量m1和m2的乘積成正比，與它們之間距離r的二次方成反比。,2、公式：,3、條件: 質(zhì)點(diǎn)或均質(zhì)球體,3,阿基米德在研究杠桿原理后，曾經(jīng)說過一句什么名言？,“給我一個(gè)支點(diǎn)，我可以撬動(dòng)球?！?那我們又是怎么知道巨大的地球的質(zhì)量呢?,那給我們一個(gè)杠桿(天平)是否就可以稱量地球的質(zhì)量了呢？,答案是:否定的.,創(chuàng)設(shè)情境,4,卡文迪許 被稱為能稱出地球質(zhì)量的人,地球的質(zhì)量怎樣稱量?,自主學(xué)習(xí),閱讀課本“科學(xué)真是迷人” 思考問題：,5,“稱量地球的質(zhì)量”,

2、當(dāng)時(shí)已知： 地球的半徑R 地球表面重力加速度g 卡文迪許已測(cè)出的引力常量G,卡文迪許是如何 “稱量地球的質(zhì)量”的呢?,能否通過萬有引力定律來“稱量”?,合作探究,6,物體在天體(如地球)表面附近受到的重力近似等于萬有引力,“稱量地球的質(zhì)量”,問題歸納,物體在天體表面時(shí)受到的 重力近似等于萬有引力,?,萬有引力分解為兩個(gè)分力： 重力:G=mg 和m隨地球 自轉(zhuǎn)的向心力Fn:,結(jié)論：自轉(zhuǎn)向心力遠(yuǎn)小于重力 萬有引力近似等于重力 因此不考慮(忽略)地球自轉(zhuǎn)的影響,問題歸納,8,科學(xué)真是迷人。根據(jù)零星的事實(shí)，增加一點(diǎn)猜想，竟能贏得那么多的收獲！ 馬克吐溫,“稱量地球的質(zhì)量”,問題歸納,9,地球的質(zhì)量到底

3、有多大? 已知: 地球表面g=9.8m/s2， 地球半徑R=6400km， 引力常量G=6.671011Nm2/kg2。 請(qǐng)你根據(jù)這些數(shù)據(jù)計(jì)算地球的質(zhì)量。,“稱量地球的質(zhì)量”,M=6.01024kg,問題探究,10,1、物體在天體表面附近受到的 重力等于萬有引力,g-天體表面的重力加速度,R-天體的半徑,一、計(jì)算天體質(zhì)量的兩種方法,問題歸納,11,一宇航員為測(cè)量一星球的質(zhì)量，在 該星球表面上做自由落體運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)， 讓小球在高h(yuǎn)處自由下落，經(jīng)時(shí)間t 落地，已知星球的半徑為r，引力 常量G.試求星球的質(zhì)量。,反饋練習(xí),12,測(cè)出了某行星的公轉(zhuǎn)周期T、軌道半徑r 能不能由此求出太陽(yáng)的質(zhì)量M？,分析：

4、1.將行星的運(yùn)動(dòng)看成是 勻速圓周運(yùn)動(dòng),2.萬有引力提供向心力 F引=Fn.,只能求出中心天體的質(zhì)量！ 不能求出轉(zhuǎn)動(dòng)天體的質(zhì)量！,M=2.01030kg,思考：不同行星與太陽(yáng)的距離r和繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的周期T 都是不同的但是由不同行星的r、T計(jì)算出來的太陽(yáng)質(zhì) 量必須是一樣的！上面這個(gè)公式能保證這一點(diǎn)嗎？,問題探究,計(jì)算中心天體的質(zhì)量,已知: 地球半徑： R = 6400103m 月亮周期： T = 27.3天2.36106s 月亮軌道半徑: r 60R， 求：地球的質(zhì)量M？,F引=Fn,反饋練習(xí),計(jì)算中心天體的質(zhì)量,知道環(huán)繞天體的線速度v或角速度 及其軌道半徑r，能不能求出中心天體的質(zhì)量？,F引=Fn

5、,問題歸納,15,2、行星（或衛(wèi)星）做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的萬有引力提供向心力,一、計(jì)算天體質(zhì)量的兩種方法,只能求出中心天體的質(zhì)量！,問題歸納,二、天體密度的計(jì)算,問題歸納,二、天體密度的計(jì)算,問題歸納,18,請(qǐng)閱讀課本“發(fā)現(xiàn)未知天體”， 回答如下問題：,問題1：筆尖下發(fā)現(xiàn)的行星是 哪一顆行星？ 問題2：人們用類似的方法又 發(fā)現(xiàn)了哪顆星？,三、發(fā)現(xiàn)未知天體,問題歸納,19,背景： 1781年由英國(guó)物理學(xué)家威廉赫歇爾發(fā)現(xiàn)了天王星，但人們觀測(cè)到的天王星的運(yùn)行軌跡與萬有引力定律推測(cè)的結(jié)果有一些誤差,三、發(fā)現(xiàn)未知天體,問題歸納,20,海王星的軌道由英國(guó)的劍橋大學(xué)的學(xué)生亞當(dāng)斯和法國(guó)年輕的天文愛好者勒維耶各自

6、獨(dú)立計(jì)算出來。1846年9月23日晚，由德國(guó)的伽勒在勒維耶預(yù)言的位置附近發(fā)現(xiàn)了這顆行星,人們稱其為“筆尖下發(fā)現(xiàn)的行星” 。,三、發(fā)現(xiàn)未知天體,問題歸納,21,海王星發(fā)現(xiàn)之后，人們發(fā)現(xiàn)它的軌道也與理論計(jì)算的不一致于是幾位學(xué)者用亞當(dāng)斯和勒維列的方法預(yù)言另一顆新星的存在 在預(yù)言提出之后，1930年3月14日，湯博發(fā)現(xiàn)了這顆新星冥王星,三、發(fā)現(xiàn)未知天體,問題歸納,22,諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者-物理學(xué)家馮勞厄說： “沒有任何東西像牛頓引力理論對(duì)行星軌道的計(jì)算那樣，如此有力地樹立起人們對(duì)年輕的物理學(xué)的尊敬。從此以后，這門自然科學(xué)成了巨大的精神王國(guó) ”,三、發(fā)現(xiàn)未知天體,問題歸納,23,課堂小結(jié),兩種基本方法

7、,1、重力等于萬有引力,2、萬有引力提供向心力,24,中心天體M,轉(zhuǎn)動(dòng)天體m,明確各個(gè)物理量,天體半經(jīng)R,25,利用下列哪組數(shù)據(jù)可以計(jì)算出地球的質(zhì)量 （ ） A. 地球半徑R和地球表面的重力加速度g B. 衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的軌道半徑r和周期T C. 衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的軌道半徑r和角速度 D. 衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的線速度V和周期T,ABCD,反饋練習(xí),26,直擊高考,已知引力常量G、月球中心到地球 中心的距離r和月球繞地球運(yùn)行的 周期T。僅利用這三個(gè)數(shù)據(jù)，可以 估算出的物理量有（ ） A.月球的質(zhì)量 B.地球的質(zhì)量 C.地球的半徑 D.月球繞地球運(yùn)行速度的大小,2005年全國(guó)理綜,18題,BD,27,作

8、業(yè),P43: 1、3,28,國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)大會(huì)24日投票決定，不再將傳統(tǒng)九大行星之一的冥王星視為行星，而將其列入“矮行星”。許多人感到不解，為什么從兒時(shí)起就一直熟知的太陽(yáng)系“九大行星”概念如今要被重新定義，而冥王星又因何被“降級(jí)”？ “行星”這個(gè)說法起源于希臘語，原意指太陽(yáng)系中的“漫游者”。近千年來，人們一直認(rèn)為水星、金星、地球、火星、木星和土星是太陽(yáng)系中的標(biāo)準(zhǔn)行星。19世紀(jì)后，天文學(xué)家陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了天王星、海王星和冥王星，使太陽(yáng)系的“行星”變成了9顆。此后，“九大行星”成為家喻戶曉的說法。 不過，新的天文發(fā)現(xiàn)不斷使“九大行星”的傳統(tǒng)觀念受到質(zhì)疑。天文學(xué)家先后發(fā)現(xiàn)冥王星與太陽(yáng)系其他行星的一些不同之處。冥王星所處的軌道在海王星之外，屬于太陽(yáng)系外圍的柯伊伯帶，這個(gè)區(qū)域一直是太陽(yáng)系小行星和彗星誕生的地方。20世紀(jì)90年代以來，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)柯伊伯帶有更多圍繞太陽(yáng)運(yùn)行的大天體。比如，美國(guó)天文學(xué)家布朗發(fā)現(xiàn)的“2003UB313”，就是一個(gè)直徑和質(zhì)量都超過冥王星的天體。 布朗等人的發(fā)現(xiàn)使傳統(tǒng)行星定義遭遇巨大挑戰(zhàn)。國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)大會(huì)通過的新行星定義，意在彌合傳統(tǒng)的行星概念與新發(fā)現(xiàn)的差距。 大會(huì)通過的決議規(guī)定，“行星”指的是圍繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)、自身引力足以