2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理必修2 第7章萬有引力與宇宙航行第3節(jié)萬有引力理論的成就(1)課件

萬有引力理論的成就

高一年級物理小故事赫歇爾望遠鏡小故事天王星海王星萬有引力定律牛頓一“稱量”地球的質(zhì)量天平電子秤思考：如何“稱量”地球的質(zhì)量問題1：該從什么角度思考這一問題？萬有引力角度問題2：應(yīng)選擇哪個物體作為研究對象？

選地面上的物體思考：如何“稱量”地球的質(zhì)量問題3：地面上的物體運動情況如何、

受力情況如何？

物體隨地球自轉(zhuǎn)做勻速圓周運動GF萬F向問題4：需要做怎樣的簡化？

不考慮自轉(zhuǎn)的影響，物體所受的重力等于地球?qū)ξ矬w的引力。思考：如何“稱量”地球的質(zhì)量問題5：如何推出地球質(zhì)量的表達式？地球的質(zhì)量為M地,地面上的物體質(zhì)量為m，地球的半徑為R，引力常量為G，地表的重力加速度為g思考：如何“稱量”地球的質(zhì)量

式中的量是否可以觀測？卡文迪什將利用扭秤裝置測定引力常量的實驗稱為“稱量地球的重量”卡文迪什著名文學(xué)家馬克·吐溫滿懷激情地說：“科學(xué)真是迷人。根據(jù)零星的事實，增添一點猜想，竟能贏得那么多收獲！”二計算天體的質(zhì)量如何“稱量”太陽的質(zhì)量？思考：如何“稱量”太陽的質(zhì)量問題1：該從什么角度思考這一問題？萬有引力、牛頓第二定律角度問題2：應(yīng)選擇哪個物體作為研究對象？

選太陽系行星（地球）思考：如何“稱量”太陽的質(zhì)量問題3：地球的運動情況如何、受力情況如何？需要做怎樣的簡化？

把地球繞太陽的運動簡化為勻速圓周運動，萬有引力提供它的向心力。思考：如何“稱量”太陽的質(zhì)量問題4：如何推出太陽質(zhì)量的表達式？（考慮式中的量可觀測）M太m

r是地球與太陽之間的距離，T是地球繞太陽的公轉(zhuǎn)周期金星凌日科學(xué)家們通過研究“金星凌日”這一現(xiàn)象，推算出太陽和地球間平均距離為1.5×1011m太陽的質(zhì)量換用太陽系其他行星的數(shù)據(jù)進行計算，會得到不同的結(jié)果嗎？根據(jù)開普勒第三定律選擇不同的行星計算的太陽質(zhì)量均相同思考1：利用剛才式子可求地球質(zhì)量嗎？M太m可求：中心天體的質(zhì)量思考2：如何計算地球的質(zhì)量？（不受自轉(zhuǎn)的影響）思考3：如何測量月球的質(zhì)量？思考4：如何測量未知天體的密度？r是軌道半徑R是中心天體的半徑*小探究

未來的某一天，你成了宇航員，搭乘“英雄”號火星探測器飛近火星，并進入靠近火星表面的圓形軌道進行預(yù)定的考察工作，你能不能僅用一只表通過測定時間來測定火星的密度？思路：火星的質(zhì)量火星的密度靠近火星表面的圓形軌道:

r=R(火星半徑）

一只表:可求探測器運行的周期T未知量太多布瓦爾（法）木星土星天王星理論軌道實際軌道天王星三發(fā)現(xiàn)未知的天體天王星的運動軌道出現(xiàn)偏差，是什么原因造成的？是天文觀測數(shù)據(jù)不準確？是萬有引力定律的準確性有問題？是天王星軌道外面還有一顆未發(fā)現(xiàn)的行星？……亞當斯（英）勒維耶（法）法國天文學(xué)家勒維耶，他是名字被刻在埃菲爾鐵塔的七十二位法國科學(xué)家與工程師之一。

“請您把你們的望遠鏡指向黃徑326°寶瓶座內(nèi)的橫道上的一點，您將在離此約1°的區(qū)域發(fā)現(xiàn)一顆光度相當于9等的新行星，它的圓面略可依稀分辨?！?/p>

——勒維耶伽勒筆尖下發(fā)現(xiàn)的行星：海王星勒維耶位置海王星亞當斯位置科學(xué)的研究方法發(fā)現(xiàn)問題大膽猜想理論推導(dǎo)實踐檢驗天王星“古怪”的軌道各種猜想亞當斯、勒維耶計算新行星的軌道伽勒在預(yù)言位置觀測到海王星冥王星1930年，湯博發(fā)現(xiàn)了冥王星雙星球狀星團四預(yù)言哈雷彗星回歸哈雷彗星是地球上唯一能用裸眼看見的短周期彗星。英國天文學(xué)家哈雷成功預(yù)言這顆彗星回歸時間。哈雷彗星哈雷彗星軌道的半長軸r1約等于地球繞太陽公轉(zhuǎn)半徑r2的18倍，請你估算哈雷彗星的周期？解：根據(jù)開普勒第三定律哈雷（英）哈雷解釋了1531年、1607年和1682年出現(xiàn)的彗星，實際是同一顆彗星的三次回歸。他預(yù)言彗星將于1759年再次回歸。在1986年回歸時，哈雷彗星成為第一顆被宇宙飛船詳細觀察的彗星。我們期待2061年的回歸！“沒有任何東西像牛頓引力理論對行星軌道的計算那樣，如此有力地樹立起人們對年輕的物理學(xué)的尊敬。從此以后，這門自然科學(xué)成了巨大的精神王國……”——諾貝爾獎獲得者物理學(xué)家勞厄五其他應(yīng)用潮汐牛頓應(yīng)用萬有引力定律對白晝的潮和半月一次的大潮作了解釋?！伴僮优c檸檬”之爭牛頓推測地球呈赤道處略為隆起的扁平形狀。笛卡兒預(yù)言，地球應(yīng)是兩極伸長的扁球