高中物理必修二精品人教版高中物理必修2第7章第3節(jié)萬(wàn)有引力理論的成就課件

1、萬(wàn)有引力理論的成就人教版高中物理 必修2新知導(dǎo)入在初中，我們已經(jīng)知道物體的質(zhì)量可以用天平來(lái)測(cè)量，生活中物體的質(zhì)量常用電子秤或臺(tái)秤來(lái)稱(chēng)量。天平電子秤臺(tái)秤新知導(dǎo)入阿基米德曾說(shuō)過(guò)：“給我一個(gè)支點(diǎn)，我就能撬起整個(gè)地球?！?那么如果給你一個(gè)足夠長(zhǎng)的杠桿或足夠大的天平你是否就可以稱(chēng)量地球的質(zhì)量了呢？不可以。對(duì)于地球，我們?cè)鯓印胺Q(chēng)量”它的質(zhì)量呢？新知講解一、“稱(chēng)量”地球的質(zhì)量上一節(jié)我們學(xué)習(xí)了萬(wàn)有引力定律： ，這一節(jié)我們就來(lái)學(xué)習(xí)怎樣利用它來(lái)算出下面地球的質(zhì)量。思考討論：計(jì)算地球的質(zhì)量時(shí)，我們應(yīng)選擇哪個(gè)物體作為研究對(duì)象？運(yùn)用哪些物理規(guī)律？需要忽略的次要因素是什么？新知講解如圖以地球表面物體為研究對(duì)象，物體m在緯

2、度為的位置，萬(wàn)有引力指向地心,它可分解為兩個(gè)分力：m隨地球自轉(zhuǎn)圍繞地軸運(yùn)動(dòng)的向心力Fn和重力G。FnGmF引實(shí)際上隨地球自轉(zhuǎn)的物體向心力遠(yuǎn)小于重力，在忽略自轉(zhuǎn)的影響下萬(wàn)有引力大小近似等于重力大小。 新知講解不考慮地球自轉(zhuǎn)的影響，地面上質(zhì)量為 m 的物體所受的重力 mg 等于地球?qū)ξ矬w的引力，即： m 地是地球的質(zhì)量；R 是地球的半徑，也就是物體到地心的距離。由此解出:1、計(jì)算地球質(zhì)量新知講解已知重力加速度g=9.8m/s2，地球半徑R =6.4106m，引力常量G=6.6710-11 Nm2/kg2，試估算地球的質(zhì)量。解：答：地球的質(zhì)量約為61024kg新知講解地面的重力加速度 g 和地球半徑

3、 R 在卡文迪什之前就已知道，一旦測(cè)得引力常量 G，就可以算出地球的質(zhì)量m 地 。因此，卡文迪許把他自己的實(shí)驗(yàn)說(shuō)成是 “稱(chēng)量地球的重量”。 卡文迪許新知講解二、計(jì)算天體的質(zhì)量應(yīng)用萬(wàn)有引力可算出地球的質(zhì)量，能否算出太陽(yáng)的質(zhì)量呢?（2）萬(wàn)有引力充當(dāng)向心力 F引=Fn1、基本思路（1）簡(jiǎn)化模型：將行星繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)看成是勻速圓周運(yùn)動(dòng).rMmFrm太mF（3）依據(jù)萬(wàn)有引力定律和牛頓第二定律列出方程，從中解出太陽(yáng)的質(zhì)量。新知講解設(shè) m太是太陽(yáng)的質(zhì)量，m 是某個(gè)行星的質(zhì)量，r 是行星與太陽(yáng)之間的距離。解：萬(wàn)有引力充當(dāng)向心力：行星運(yùn)動(dòng)的角速度 不能直接測(cè)出，但可測(cè)出它的周期 T。把 和 T 的關(guān)系代入上式得到

4、:得：新知講解思考討論： 該表達(dá)式與環(huán)行天體質(zhì)量m有沒(méi)有關(guān)系？rMmFr中心天體m太環(huán)行天體mF測(cè)出行星的公轉(zhuǎn)周期 T 和它與太陽(yáng)的距離 r，就可以算出太陽(yáng)的質(zhì)量，與環(huán)行天體質(zhì)量m無(wú)關(guān)。只能求出中心天體的質(zhì)量。新知講解已知太陽(yáng)與地球間的平均距離約為 1.51011m，你能估算太陽(yáng)的質(zhì)量嗎？換用其他行星的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行估算，結(jié)果會(huì)相近嗎？為什么？思考討論解：換用其他行星的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行估算，結(jié)果會(huì)相近新知講解雖然不同行星與太陽(yáng)間的距離 r 和繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的周期 T各不相同，但是根據(jù)開(kāi)普勒第三定律，所有行星的 均相同，所以無(wú)論選擇哪顆行星的軌道半徑和公轉(zhuǎn)周期進(jìn)行計(jì)算，所得的太陽(yáng)質(zhì)量均相同。新知講解要計(jì)算

5、木星的質(zhì)量，對(duì)木星的衛(wèi)星進(jìn)行測(cè)量，只要測(cè)得一顆衛(wèi)星的軌道半徑和周期，就可計(jì)算木星的質(zhì)量。木星和它的衛(wèi)星思考討論：怎樣計(jì)算木星的質(zhì)量和月球的質(zhì)量？要計(jì)算月球的質(zhì)量，由于人類(lèi)發(fā)射的航天器會(huì)環(huán)繞月球運(yùn)行，只要測(cè)得航天器繞月運(yùn)行的軌道半徑和周期，就可計(jì)算月球的質(zhì)量。新知講解三、計(jì)算天體的密度1、已知太陽(yáng)某行星的公轉(zhuǎn)周期T、軌道半徑r，太陽(yáng)的半徑R，求太陽(yáng)的密度？解：由 得把代入得：新知講解2、已知地球的一顆近地衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期為 T1，已知引力常數(shù)為 G，則該天體的密度為多少？若這顆衛(wèi)星距軌道半徑r，測(cè)得在該處做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期為 T2，則地球的密度怎樣表示呢？解（1）則：地球的體積：新知講

6、解（2）由 得：新知講解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)動(dòng)軌道有些“古怪”：根據(jù)萬(wàn)有引力定律計(jì)算出來(lái)的軌道與實(shí)際觀測(cè)的結(jié)果總有一些偏差。1、海王星的發(fā)現(xiàn)四、發(fā)現(xiàn)未知天體理論軌道新知講解1945年英國(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(ài)好者勒維耶根據(jù)天王星的觀測(cè)資料，各自獨(dú)立地利用萬(wàn)有引力定律計(jì)算出這顆“新”行星的軌道各自獨(dú)立計(jì)算出來(lái)。1846 年 9 月 23 日晚，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(chēng)其為“筆尖下發(fā)現(xiàn)的行星”。后來(lái)，這顆行星被命名為海王星。筆尖下發(fā)現(xiàn)的行星海王星新知講解2、海王星的發(fā)現(xiàn)的意義海王星的發(fā)現(xiàn)過(guò)程充分顯示

7、了理論對(duì)于實(shí)踐的巨大指導(dǎo)作用，所用的“計(jì)算、預(yù)測(cè)和觀察”的方法指導(dǎo)人們尋找新的天體。近100 年來(lái)，人們?cè)谶@里發(fā)現(xiàn)了冥王星、鬩神星等幾個(gè)較大的天體。冥王星鬩神星知識(shí)拓展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(lái)，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(guò)冥王星的天體。 冥王星為什么被降級(jí)為矮行星“行星”指的是圍繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)、自身引力足以克服其剛體力而使天體呈圓球狀、能夠清除其軌道附近其他物體的天體。在太陽(yáng)系傳統(tǒng)的“九大行星”中，只有水星、

8、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星符合這些要求。冥王星由于其軌道與海王星的軌道相交，不符合新的行星定義，因此被自動(dòng)降級(jí)為“矮行星”。 知識(shí)拓展新知講解五、預(yù)言哈雷彗星回歸在牛頓之前，彗星被看作是一種神秘的現(xiàn)象。英國(guó)天文學(xué)家哈雷依據(jù)萬(wàn)有引力定律，他大膽預(yù)言，彗星周期約為 76 年，并預(yù)言它將于1758 年底或 1759 年初再次回歸。1759 年 3 月這顆彗星如期通過(guò)了近日點(diǎn)，它最近一次回歸是 1986 年，它的下次回歸將在2061 年左右。新知講解海王星的發(fā)現(xiàn)和哈雷彗星的“按時(shí)回歸”確立了萬(wàn)有引力定律的地位，也成為科學(xué)史上的美談。牛頓還用月球和太陽(yáng)的萬(wàn)有引力解釋了潮汐現(xiàn)象，用萬(wàn)有引

9、力定律和其他力學(xué)定律，推測(cè)地球呈赤道處略為隆起的扁平形狀。萬(wàn)有引力定律可以用于分析地球表面重力加速度微小差異的原因，以及指導(dǎo)重力探礦。課堂練習(xí)1隨著太空技術(shù)的飛速發(fā)展，人類(lèi)登陸其它星球成為可能。假設(shè)未來(lái)的某一天，宇航員登上某一星球后，測(cè)得該星球質(zhì)量是地球質(zhì)量的8倍，而該星球的平均密度與地球的相等，則該星球表面的重力加速度是地球表面重力加速度的（）A0.5倍 B2倍 C4倍 D8倍 B課堂練習(xí)2、（多選題）航天飛機(jī)在圍繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，下列關(guān)于宇航員的說(shuō)法中正確（ ）A.宇航員不再受重力作用B.宇航員受的重力提供其做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力C.宇航員處于完全失重狀態(tài)D.宇航員對(duì)座椅的壓力為

10、零BCD 課堂練習(xí)3、我國(guó)航天事業(yè)取得的巨大成就。已知地球的質(zhì)量為M，引力常量為G，設(shè)“神舟”飛船繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為r，則飛船在圓軌道上運(yùn)行的速率為（）A B C DA拓展提高1、2018年12月8日，我國(guó)發(fā)射的“嫦娥四號(hào)”探測(cè)器成功升空，并于2019年1月3日實(shí)現(xiàn)了人造探測(cè)器首次在月球背面軟著陸。在探測(cè)器逐漸遠(yuǎn)離地球，飛向月球的過(guò)程中（）A地球?qū)μ綔y(cè)器的引力增大 B地球?qū)μ綔y(cè)器的引力減小 C月球?qū)μ綔y(cè)器的引力減小 D月球?qū)μ綔y(cè)器的引力不變 B拓展提高2、2019年1月3日，“嫦娥四號(hào)”成功軟著陸在月球背面，并通過(guò)“鵲橋”中繼星傳回了世界第一張近距離拍攝的月背影像圖，揭開(kāi)了古老月背的神秘面紗。飛船在月球表面軟著陸之前，在靠近月球表面的軌道上運(yùn)行，若要估算月球的平均密度，唯一要測(cè)量的物理量是（）A飛船的軌道半徑 B月球的半徑 C飛船的飛行周期 D飛船的線速度 C拓展提高3、若地球半徑減小1%，而其質(zhì)量不變，則地球表面重力加速度g的變化情況是（填“增大”、“減小”、“不變”），增減的百