高中物理-萬有引力理論的成就教學課件設(shè)計

第六章萬有引力與航天第4節(jié)：萬有引力理論的成就1.內(nèi)容：2.公式：(1)m1、m2──兩物體的質(zhì)量(2)r

──兩物體間的距離(3)G

──比例系數(shù)，叫引力常量，適用于任何物體，G

的國際單位N·m2/kg2，萬有引力定律自然界中任何兩個物體都相互吸引，引力的方向在它們的連線上，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。

萬有引力定律揭示了天體運動的規(guī)律，是研究天體運動的重要理論基礎(chǔ)。萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)對天文學的發(fā)展起到了巨大的推動作用，尤其在天體物理學計算、天文觀測、衛(wèi)星發(fā)射和回收等天文活動中，萬有引力定律可稱為最有力的工具。

衛(wèi)星在飛行的過程中，地面工作人員根據(jù)衛(wèi)星離地面的高度，就可以判斷衛(wèi)星的飛行速度。思考：你知道他們是怎么計算出的嗎？θGFnF引R萬有引力與重力萬有引力F引

重力G=mg向心力赤計算赤道表面重1kg的物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心力物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心力很小,則萬有引力大小近似等于重力。θGFnF引R一、地球質(zhì)量的測量一百多年前，英國人卡文迪許用他自己設(shè)計的扭秤，“第一次稱出了地球的質(zhì)量”。rFrFmm′mm′卡文迪許為什么說自己的實驗是“稱量地球的重量

(質(zhì)量)”，請你解釋一下原因。不考慮地球自轉(zhuǎn)的影響M是地球質(zhì)量，r

是物體距地心的距離，即地球半徑R

背景：重力加速度g

和地球半徑R

在卡文迪許之前就知道了，一旦測得引力常量G，則可以算出地球質(zhì)量M。稱量地球的重量例1.設(shè)地面附近的重力加速度g=9.8m/s2，地球半徑R=6.4×106m，引力常量G=6.67×10─11N?m2/kg2，試估算地球的質(zhì)量?？茖W真是迷人

在實驗室里測量幾個鉛球之間的作用力，就可以稱量地球，這不能不說是一個科學奇跡。難怪一位外行人、著名文學家馬克·吐溫滿懷激情地說：“科學真是迷人，根據(jù)零星的事實，增添一點猜想，就能贏得那么多收獲！”探究2：地球作勻速圓周運動的向心力是由什么力來提供的？rMmF地球作圓周運動的向心力是由太陽對地球的萬有引力來提供的。探究1：太陽質(zhì)量如何測量？二、計算天體的質(zhì)量二、計算天體的質(zhì)量需要條件：地球線速度

v地球軌道半徑r

需要條件：地球角速度

ω地球軌道半徑r

需要條件：地球公轉(zhuǎn)周期T地球軌道半徑r

建立模型：設(shè)質(zhì)量為m的地球繞質(zhì)量為M的太陽做半徑為r的勻速圓周運動。例2.把地球繞太陽的公轉(zhuǎn)看作是勻速圓周運動，軌道半徑r約為1.5×1011km，已知引力常量

G=6.67×10－11N·m2/kg2，則可估算出太陽的質(zhì)量約為

kg。解：地球繞太陽運轉(zhuǎn)周期:T=365×24×60×60s=3.15×107s地球繞太陽做勻速圓周運動的向心力由萬有引力提供。1.物體在天體表面時受到的重力等于萬有引力g:天體表面的重力加速度R:天體的半徑方法總結(jié)：計算天體質(zhì)量的兩條基本思路交流思考：你能求出天體的密度嗎？2.行星（或衛(wèi)星）做勻速圓周運動，萬有引力提供所需的向心力求出中心天體的質(zhì)量！方法總結(jié)：計算天體質(zhì)量的兩條基本思路得，或或交流談?wù)摚耗隳芮蟪鲋行奶祗w的密度嗎？

暢想一下，假如2050年你被選為宇航員被送到月球上，給你的任務(wù)之一是測量月球的質(zhì)量，請你設(shè)計一份能完成這次任務(wù)的實施方案?；顒犹骄?：例3.宇航員站在一個星球表面上的某高處

h自由釋放一小球，經(jīng)過時間

t落地，該星球的半徑為r，你能求解出該星球的質(zhì)量嗎？解：由星球表面附近重力等于萬有引力得解得：釋放小球后小球做勻加速運動故星球質(zhì)量為三、天體運行的各物理量與軌道半徑的關(guān)系模型建立：設(shè)質(zhì)量為m的天體繞另一質(zhì)量為M的中心天體做半徑為r的勻速圓周運動。以上結(jié)論可總結(jié)為“一定四定，越遠越慢”。交流討論：通過以上公式，你可以得出什么樣的結(jié)論？1.(多選)如圖所示，飛船從軌道1變軌至軌道2。若飛船在兩軌道上都做勻速圓周運動，不考慮質(zhì)量變化，相對于在軌道1上，飛船在軌道2上的A.速度大

B.向心加速度大C.運行周期長

D.角速度小圖3（CD）

海王星的軌道由英國的劍橋大學的學生亞當斯和法國年輕的天文愛好者勒維耶各自獨立計算出來。1846年9月23日晚，由德國的伽勒在勒維耶預言的位置附近發(fā)現(xiàn)了這顆行星，人們稱其為“筆尖下發(fā)現(xiàn)的行星”。四、發(fā)現(xiàn)未知天體——海王星、冥王星的發(fā)現(xiàn)科學史上的一段佳話

當時有兩個青年——英國的亞當斯和法國的勒維耶在互不知曉的情況下分別進行了整整兩年的工作。1845年亞當斯先算出結(jié)果，但格林尼治天文臺卻把他的論文束之高閣。1846年9月18日，勒維耶把結(jié)果寄到了柏林，卻受到了重視。柏林天文臺的伽勒于1846年9月23日晚就進行了搜索，并且在離勒維耶預報位置不遠的地方發(fā)現(xiàn)了這顆新行星。海王星的發(fā)現(xiàn)使哥白尼學說和牛頓力學得到了最好的證明。海王星的發(fā)現(xiàn)

海王星發(fā)現(xiàn)之后，人們發(fā)現(xiàn)它的軌道也與理論計算的不一致。有人推測在天王星外邊肯定還有一顆未發(fā)現(xiàn)的行星，它對天王星的吸引使其軌道產(chǎn)生了偏離。于是幾位學者用亞當斯和勒維耶的方法預言另一顆行星