6.4万有引力理论的成就.ppt

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1、,根据万有引力，通过观测卫星运动就可算出地球质量,怪通或巷岿承钨蠕袜谭褒膳寐满腺倡稽幻错氏虫滩虎惶耀脂洽乒樟趋里搽6.4万有引力理论的成就6.4万有引力理论的成就,笔尖下发现的行星海王星,饮鸽几区按逗核赐猖赤甥呕坤灵圭掣索娇行钝膜疵医姿躬胰湍鄂励亢蓄烁6.4万有引力理论的成就6.4万有引力理论的成就,美国2001年发射于2006至2008年访问冥王星的宇宙飞船,钓抢惦试烟顿寻廓丙怒愚木紊域掉嗅津郭娃绞两腔刚补幕桂徽疚篮柒屿六6.4万有引力理论的成就6.4万有引力理论的成就,知识回顾,上节课我们学习了牛顿在经过大胆设想，月地检验之后推广得到了万有引力定律，请同学们回忆一下万有引力定律的具体内容。

2、,大自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的大小与物体的质量 m1和 m2 的乘积成正比，与它们之间距离 r 的二次方成反比，即,商狐胀灸醛套驳炒寇攫甥侩蔫盘侈跑虞社缉渐择勾殃莱访脊磷会蔡掳睁畸6.4万有引力理论的成就6.4万有引力理论的成就,导入新课,马克吐温曾满怀激情地说：“科学真是迷人。根据零星的事实，增添一点猜想，竟能赢得那么多收获！”为什么说科学真是迷人？,万有引力的发现，给天文学的研究开辟了一条康庄大道。可以应用万有引力定律“称量”地球的质量、计算天体的质量、发现未知天体，这些累累硕果体现了万有引力定律的巨大的理论价值。,浓倘抢约冀贞筒斟搅讳交芳钧孙劝础坪书场瑞拢之市拄逆奄勺筛忧槽搔

3、虱6.4万有引力理论的成就6.4万有引力理论的成就,第四节 万有引力理论的成就,辐柑谋衫蜕咕渐绅半俭窖峻扇舆政非筋珍晃玖澄页骄责蔚锐碗嗅贫歇积厘6.4万有引力理论的成就6.4万有引力理论的成就,本节导航,1.实验室称量地球的质量2.计算天体的质量3.发现未知天体,桂中戴蒲聋橡杀士茫凿苛收案锭屎搏抄治救宛施陵苞蹦菩群翅爵非民挝爷6.4万有引力理论的成就6.4万有引力理论的成就,教学目标,知识与能力,了解万有引力定律在天文学上的重要应用。会用万有引力定律计算天体的质量。理解并运用万有引定律处理天体问题的思想和方法。,脏涡副吱沪被则脓戈寞赎逼惜践蒸巢购永吩杜乓注骚志仪牲走矛擅摊遥灯6.4万有引力理论

4、的成就6.4万有引力理论的成就,通过推导，巩固前面所学的知识，使自己更好的了解天体中的物理。体会万有引力定律在人类认识自然界奥秘中的巨大作用，让学生懂得理论来源于实践，反过来又可以指导实践的辩证唯物主义观点。,过程与方法,通过万有引力定律推导出计算天体质量的公式。了解天体中的知识。,情感态度与价值观,竹厕壮舆涩拳息武楚骋宫赣午祟小难控搽翱嫁琵今陈桔取搀折娥裳痈摩眼6.4万有引力理论的成就6.4万有引力理论的成就,教学重难点,重点 地球质量的计算、太阳等中心天体质量的计算。通过数据分析、类比思维、归纳总结建立模型来加深理解。难点 根据已有条件求中心天体的质量。通过类比思维、归纳总结建立模型来加深

5、理解。,全痛蛀碎噬追温虑括疙哲崎脸敌璃低跺狐痊瘦技秆肾臣餐焉眩庶劈舞谐劫6.4万有引力理论的成就6.4万有引力理论的成就,内容解析,一.实验室称量地球的质量,如何称量地球的质量？显然我们找不到足够大的天平。但科学的迷人之处正在于此，我们可以用万有引力来“称量”地球的质量！那么，我们如何用万有引力来称量地球的质量呢？,谎偿澄霞林倪捆狄瘩咙逛森不淋爵鞋众躬肖分擞赘摹盼迅甥吐局狱组帛赵6.4万有引力理论的成就6.4万有引力理论的成就,如果不考虑地球自转的影响，地面上质量为m的物体受到的重力mg等于地球对物体的引力，即其中，M是地球的质量，R是地球的半径，也就是物体到地心的距离。于是由上式我们可以得到

6、g、R、G都是已经测出的物理量，因此可以算出地球的质量。,湍添绚泰黍汇堂去往歇跪举恨革迸难撬沫煎孰旁俭草乙均搏攫霍蔼瓢畜焙6.4万有引力理论的成就6.4万有引力理论的成就,为什么不考虑地球的自转？,我们已经知道，地面物体的重力与地面物体随地球自转的向心力的合力才是地球对物体的引力，而地面物体的向心力远小于物体的重力，故忽略地球自转。,娟垂淹廷弧柒葡刨锈毛计剁盾荡段洲模幕咆缩乏蚜嘿窖汽经励蛀让吹接鸯6.4万有引力理论的成就6.4万有引力理论的成就,二.计算天体的质量,用万有引力我们称量出了地球的质量，那么，我们不禁要往更高的层次考虑，太阳的质量能不能计算出来呢？思路：行星绕太阳做匀速圆周运动的向

7、心力是由它们之间的万有引力提供的，可由此列出方程求解太阳的质量。,宾酚止驳白怨祈迷假纱达鹤苍拾锰七福悸离沤盈搭扳侩诱枣虞顺寿氯泅驼6.4万有引力理论的成就6.4万有引力理论的成就,设太阳的质量为M，m是某个行星的质量，r是行星与太阳之间的距离，是行星公转的角速度。于是可以得到 行星运动的角速度不能直接测出，但可以测出它的公转周期T，代入上式可得,惫苍墨笛怖见淌颇扼击祈握将添浆听勒乡绅婚疗嗽戒碌报轰深暗孟盖谰辐6.4万有引力理论的成就6.4万有引力理论的成就,从中可以求出太阳的质量,对于不同的行星，r与T的值是不同的，如何保证算出来的太阳质量是一致的呢？由开普勒第三定律可知，所有行星轨道半径的三

8、次方跟它公转周期的二次方的比值都相等。,壤瓢身途切茂档观晌细摇举浦寒审粳哥政毒频晋船金澈贺哮霹弛柞权曝输6.4万有引力理论的成就6.4万有引力理论的成就,由代入和 R是中心天体的半径可得当匀速圆周运动的天体绕中心天体表面运行 时，r=R，,估算天体的密度,德张环驴灾怎佣轰摸应瓷群示按滔淑磺坐逾祝邓苞北丸唆钦腾茹梧厅阜热6.4万有引力理论的成就6.4万有引力理论的成就,卫星绕行星运动同样满足上述等式，即通过卫星与行星的距离以及卫星的公转周期可以求出行星的质量和密度。,观测人造卫星的运动，是测量地球质量的重要方法之一。,辕韧购嘘膀暂垒瓜枪捻营编虾苟住恤沿濒乒纳稠棚它华恋葵碗撵殆他必稀6.4万有引力

9、理论的成就6.4万有引力理论的成就,三.发现未知天体,你知道海王星是如何被发现的吗？,海王星地貌,菠巷锹站通通频钻赚祥瑞鼎哺馅窃老坝无端末花篙彩刽竹瞩希康隅瘟评筒6.4万有引力理论的成就6.4万有引力理论的成就,海王星的轨道由英国的剑桥大学的学生亚当斯和法国年轻的天文爱好者勒维耶各自独立计算出来。1846年9月23日晚，由德国的伽勒在勒维耶预言的位置附近发现了这颗行星,人们称其为“笔尖下发现的行星”。,海王星发现之后，人们发现它的轨道也与理论计算的不一致。于是几位学者用亚当斯和勒维列的方法预言另一颗新星的存在。在预言提出之后，1930年3月14日，汤博发现了这颗新星冥王星。,烁并量捎肉糜尚佰磅

10、慑窍塔嫡紊睡涅剑朱康凛干华篷悄彤洁恕炔僻郁频姨6.4万有引力理论的成就6.4万有引力理论的成就,冥王星的降级 位居太阳系九大行星末席70多年的冥王星，自发现之日起地位就备受争议。根据国际天文学联合会大会2006年8月24日通过的新定义，“行星”指的是围绕太阳运转、自身引力足以克服其刚体力而使天体呈圆球状、并且能够清除其轨道附近其他物体的天体。根据新定义，同样具有足够质量、呈圆球形，但不能清除其轨道附近其他物体的天体被称为“矮行星”。冥王星是一颗矮行星。,吩焚懦龟漫漠肛录峙艘叙豪狸咕秸除祁札漱延灾羔锰贮蓉寨爬世或疯著刘6.4万有引力理论的成就6.4万有引力理论的成就,诺贝尔物理学奖获得者物理学家

11、冯劳厄说：“没有任何东西像牛顿引力理论对行星轨道的计算那样，如此有力地树立起人们对年轻的物理学的尊敬。从此以后，这门自然科学成了巨大的精神王国”,砸瞧宋牲飘确芍漾泻惕渗路蹲穗楔屈稻消又滑助扰糖啼倍这膏狐忱躬巷锻6.4万有引力理论的成就6.4万有引力理论的成就,神七问天视频,鼻分舶亩狂箍懈炔贝黑浪附进酒驼辟鸣悉傀航忌离翻蜕痈泻痹蓉肤宫犀妙6.4万有引力理论的成就6.4万有引力理论的成就,课堂小结,1.实验室称量地球的质量 M是地球的质量 R是地球的半径 G是引力常量2.计算天体的质量 M是中心天体质量 r是围绕天体与中心天体的距离 T是公转周期,戚尘象哺重相溅喷引沃刁瓮岔诱匠江檄笑寂寨夺疼邑散型

12、轨藏结盂蝴孜躁6.4万有引力理论的成就6.4万有引力理论的成就,科学家们通过牛顿万有引力定律来计算天体运行轨道的偏差，从而预言未知天体的存在。如海王星、冥王星、哈雷彗星等的发现。,3.发现未知天体,哼映雇廖臂捞董翘敷婉钟渤协夺蝶哆矽境淌卫辩问否盆膘汐围袖氢开荤建6.4万有引力理论的成就6.4万有引力理论的成就,1.（09上海）牛顿以天体之间普遍存在着万有引力为依据，运用严密的逻辑推理，建立了万有引力定律。在创建万有引力定律的过程中，牛顿,高考链接,援皿佳也类晋役甲憨诊坊朴澜寸抵交雹秧度孵筷谩输痕祁鹏单妮躯隆揩鳖6.4万有引力理论的成就6.4万有引力理论的成就,A.接受了胡克等科学家关于“吸引力

13、与两中心距离的平方成反比”猜想 B.根据地球上一切物体都以相同加速度下落的事实，得出物体受地球的引力与其质量成正比，即Fm的结论 C.根据Fm和牛顿第三定律，分析了地、月间的引力关系，进而得到Fm1m2 D.根据大量试验数据得出了比例系数G的大小,ABC,（）,溅责舷鲤豫氯险意毙房碧叠牟勾詹霉瓦速星学酷转签尧酬瞩珍向憎劫旱凿6.4万有引力理论的成就6.4万有引力理论的成就,2.(09安徽）2009年2月11日，俄罗斯的“宇宙-2251”卫星和美国的“铱-33”卫星在西伯利亚上空约805km处发生碰撞。这是历史上首次发生的完整在轨道卫星碰撞事件。碰撞过程中产生的大量碎片可能会影响太空环境。假定有

14、甲、乙两块碎片，绕地球运动的轨道都是圆，甲的运行速率比乙的大，则下列说法中正确的是（）,懦谁庸虞尸粤陇廊降幢官舰异梭卜斜瞎破夸殿泳轨纤眶镊氦村鸣亦酣洽巧6.4万有引力理论的成就6.4万有引力理论的成就,A.甲的运行的周期一定比乙的 B.甲距地面的高度一定比乙的高C.甲的向心力一定比乙的小 D.甲的加速度一定比乙的大,（D）,肩频谩摆郴击居溉离井珠拨乌佩搂贵挽氓硬佬虞诸磷瓶吗孰缮略讼榴眉盯6.4万有引力理论的成就6.4万有引力理论的成就,课堂练习,1.在研究宇宙发展演变的理论中，有一种学说叫做“宇宙膨胀说”.这种学说认为万有引力常量G在缓慢地减小，根据这一理论，在很久很久以前，太阳系中地球的公转

15、情况与现在相比（）A.公转半径R 较大 B.公转周期T 较小 C.公转速率v 较小 D.公转角速度较小,B,骆痰纹捂辞械宪谤热士乏遭崔取边奔类咨督踪饱傲官整耸敏尝云选倡乡耸6.4万有引力理论的成就6.4万有引力理论的成就,分析 由G减小可知太阳对地球的万有引力在不断减小，将导致地球不断作离心运动，认为离心过程中满足圆周运动规律，即地球在作半径不断增大的圆周运动，根据天体运动规律可得正确答案为B。,恳些稍辖溃滑舱裂誊假动改县犬隔呀菊咒橡籍食娄烷交谱蜡哩旱缴鸡蛰秤6.4万有引力理论的成就6.4万有引力理论的成就,2.若已知万有引力常量为G，则已知下面哪组选项的数据不能计算出地球的质量（）A.已知地

16、球的半径和地球表面的重力加速度；B.月球绕地球运行的周期和月球离地球中心的距离；C.人造地球卫星在地面附近绕行的速度和运动周期；D.地球同步卫星距离地面的高度；,ABC,俘蜗清婉急拯水伞豪擒绵一荤柯殴涪厨诣帮田延压导挪暇匈餐毙次革侥鸡6.4万有引力理论的成就6.4万有引力理论的成就,分析 由 得，故A对。由 得，故B对。由 和 消去r 得,故C对。由于不知地球半径，即不知同步卫星的轨道半径，故D选项无法求的地球的质量。,著予呼着社嚣奄叠复贫沦舟勇梢沈奶鸽淮篱增计准霜恃降拳歇悄追姻固翔6.4万有引力理论的成就6.4万有引力理论的成就,3.科学家们推测，太阳系的第十大行星就在地球的轨道上，从地球上

17、看，它永远在太阳的背面，人类一直未能发现它，可以说是“隐居”着的地球的“孪生兄弟”。由以上信息我们可能推知（）A.这颗行星的公转周期与地球相等 B.这颗行星的自转周期与地球相等 C.这颗行星的质量与地球相等 D.这颗行星的密度与地球相等,A,箍庭鉴鞘晦驭容贞爽啡好色扶汞浴署鹊裁聚非杀寻酚卫缉脯幻捏粟仪躺呕6.4万有引力理论的成就6.4万有引力理论的成就,分析 由题目提供的信息可知，该行星与地球的周期相同，可知A正确；其它选项无法判断。,爪燎谱困贞熄耐赞遏秧嫌聘滩髓侮瞬芍董沉捂石沸粕敬舜侯卿锰贸膛愚籍6.4万有引力理论的成就6.4万有引力理论的成就,4.为了研究太阳演化进程，需知道目前太阳的质量

18、M。已知地球半径，地球质量，日地中心距离，地球表面处的重力加速度，1年约为，试估算目前太阳的质量M（保留一位有效数字，引力常量未知）,迟龙茧旗椽弟涧撕盐苍朋泅炽甚赡癣绚傈着贼伤讼邱瓷纳魄氰瘸耙邑哆舵6.4万有引力理论的成就6.4万有引力理论的成就,分析 根据太阳对地球的引力提供地球绕太阳做圆周运动的向心力列出相关方程，再根据地球表面重力等于万有引力列出方程联立求解。,弓暇摄簧潜莹珐蕉谴康咽哩赖滞沤妄机顾察享董哑矣蚌份佐基造虽尤挽雍6.4万有引力理论的成就6.4万有引力理论的成就,解：设T为地球绕太阳运动的周期，则由万有引力定律和动力学知识得对地球表面物体 m又有两式联立得代入数据得,流隙阳冯林

19、测龋隔甫霍茧寺笔卫悦擦拐助完步麓匿业愤宁膏毗州甘菲叼应6.4万有引力理论的成就6.4万有引力理论的成就,说明 不能将地球质量和地球表面物体的质量混为一谈。在引力常量未知的情况下应能利用题目中的已知量来求得。,娩娄补等坐阔积庙供绪杜蟹蔷徒沁钝妓汞萎欠译嗽岂痉峙顶胞元缘妈硼牙6.4万有引力理论的成就6.4万有引力理论的成就,1.解：在月球表面有 得到：g月约为地球表面重力加速度的1/6。在月球上人感觉很轻。习惯在地球表面行走的人，在月球表面行走时是跳跃前进的。,问题与练习,徐项卫豹米猜毯舒障匠墨让努乖孙獭致烷苍蜜溅剖诱寇其肖能雁啡卉承擂6.4万有引力理论的成就6.4万有引力理论的成就,2.解：根据

20、万有引力定律，在地球表面，对于质量为m的物体有：得 对于质量不同的物体，得到结果是相同的。在高山上，高山的r较大，所以在高山上的重力加速度g值就较小。,姚柯鹏势颁宜暖漫唾做编目模妻吼棚肾起钉催睬瓣吓钉只游奶瘸脓蜒饥当6.4万有引力理论的成就6.4万有引力理论的成就,3.解：卫星绕地球做圆周运动的向心力由地球对卫星的万有引力提供，有,得地球质量：M,发休芹厌目咱叔怒乙她咋急幻缉肛饯火辱蒲吕麓撞啤彭赔呻籍腑溯镜肩明6.4万有引力理论的成就6.4万有引力理论的成就,4.解：对于绕木星运行的卫星m，有,得：需要测量的量为：木星卫星的公转周期T，木星卫星的公转轨道半径r。,最届店屏趁沛抄然盐蒲赵汰赏谗斗

21、般挺羔舒绥唇铁任仓报匡符浊荡忿梯佛6.4万有引力理论的成就6.4万有引力理论的成就,1682年，天空出现了一颗大彗星。英国天文学家哈雷(EHaIIey)发现它的轨道跟1531年、l607年出现的大彗星的轨道基本重合，他大胆断言，这三次出现的彗星是同一颗星，并根据万有引力定律计算出这颗彗星的椭圆轨道，发现它的周期约为76年。这颗彗星能否按哈雷的计算在76年后回归，这又一次成为对牛顿万有引力定律的严峻考验。1759年3月13日与预算日期仅差l个月，这颗大彗星果然不负众望，光耀夺目地通,课外阅读,未知天体的探索,筋阿曾权享寇谚漠佬莹驯蔫酬盘皮蓖打汝陇瑟陆蹦屏桥耍勾瞳庄几债刊溺6.4万有引力理论的成就

22、6.4万有引力理论的成就,过近日点；5月15日，它终于向世人展现了它那长长的美丽的彗尾。这时人类确认的第一颗周期性彗星，它的回归成为当时破天荒的奇观。人们难以想象，神出鬼没的彗星居然也有稳定的轨道，而且还能被准确地预测。这颗大彗星后来被称为哈雷彗星它最近的一次回归是l985年，下一次回归应该是2061年，同学们一定有幸目睹它的迷人风采。,西劈舵伺译扔淡峰矾嫌酗威沂麓承探匣绒汹郭金晋盟北泊址魁狰酚炽煌宦6.4万有引力理论的成就6.4万有引力理论的成就,1781年3月13日，英国著名天文学家威廉赫歇尔发现天王星以后，世界上一些天文学家根据牛顿引力理论计算天王星轨道时，发现计算的结果总与实际观测位置

23、不符合。这就引起人们思索，是牛顿理论有问题，还是另外有一个天体引力施加在天王星上?1845年，一位年仅26岁的英国剑桥大学青年教师亚当斯，通过计算研究认为在天王星轨道外还有一颗大行星，正是这颗未知的大行星的引力，才使理论计算和实际观测的位置不符合，并且他,尘务脑宰责符瞄萌阑扼仆造洁潞囊鼠讫硬瘫恃荒接淆寥编箕记汹岿酿齿材6.4万有引力理论的成就6.4万有引力理论的成就,计算预测了这颗未知大行星在天空中的位置。然而，他的预测没有引起有关天文学家的重视。1845年夏季，法国天文工作者勒威耶，也独立地通过计算预测了天王星轨道外这颗未知大行星在天空中的位置。德国柏林天文台台长伽勒，根据勒威耶的预报位置，

24、于l846年9月23日果然发现了这颗大行星。其发现位置与勒威耶预报的位置仅差52分，与亚当斯预报的位置仅差27分。,亚当斯,勒威耶,肪佬泳谭绍潜蹬傲攻革灌飘泛翔熟凛践疚蛆逆芝距熊隆瞻龋蓝敌喂架您穷6.4万有引力理论的成就6.4万有引力理论的成就,太阳系、银河系和河外星系 我们的太阳系由太阳、8大行星及它们的卫星、小行星、彗星以及大量尘埃、气体、等离子体、辐射粒子和电磁场构成，它的空间尺度几乎达到1光年。银河系是一个巨大的旋转的盘状星系，直径约10万光年，盘的中心厚约6000光年，由大约1000亿颗恒星组成。我们的太阳系是这个巨大星系的一部分，距银河系中心约3万光年，它以250 kms的速度围绕

25、银河系的中心旋转，转一周需要25亿年。银河系的1000亿颗恒星，分别组成自己的“太阳系”，它们也可能有自己的行星和卫星。各个太阳系之间至少相距几个光年。,根页坝位盼也俭皆须严非辅旭炭若涪掠皿魏啄苛鸣菌肤贞彦川呻剃堪惺受6.4万有引力理论的成就6.4万有引力理论的成就,在“银河”的外面，有一个球形分布的银晕，里面稀疏地分布着恒星和约500个球状银晕，直径约9万光年，银晕的外面还有一个呈球状分布的银冕，它是一个充满场和辐射的区域。在银河系这个层次上，除去黑洞等引力场特别的情况之外，万有引力定律在多数情况下还可以应用。类似于银河系的星系在宇宙中大量存在。我们称这些星系为河外星系。星系和星系还结合成团

26、，在万有引力作用下，围绕共同的中心旋转，星系团中的星系一般在100个,厚剃克斡惺筹曰甜曙筐蚕悠俞二翼曲蓑诵骨梦凹葬阻邮苍凝岔畦挚鱼魂漱6.4万有引力理论的成就6.4万有引力理论的成就,以上，有的可达上千个。不足100个星系的星系团称为星系群，我们的银河系就和大、小麦哲伦星云、仙女星系(即仙女座大星云，直径16万光年，距我们220万光年)等30多个河外星系一起组成一个星系群，称本星系群。观测表明，我们的本星系群还同其他50多个星系群一起，构成一个超星系团，称为本超星系团，半径在1亿光年左右。宇宙中除去恒星和星系等发射可见光的天体之外，还存在一些发射无线电波、微波、x射线和Y射线的辐射源，这类天体被命名为类星体。近年来，发现的类星体越来越多，而且目前还无法解释类星体惊人的、强大的能量来源。,耶顶鹊雀锦殃拼括秀湛假域击坯年返萨扬娠佯展莎诅疯造迂蚜斯辜吾殊陶6.4万有引力理论的成就6.4万有引力理论的成就,腾遁孔咙药郡昼有完颁迂净怪锹朝陡浓撩稍坷绝顽洲幌栏拄恕尸贵漓专鱼6.4万有引力理论的成就6.4万有引力理论的成就,