高中物理人教版 (2019)必修 第二册3 万有引力理论的成就教学演示ppt课件

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第二册3 万有引力理论的成就教学演示ppt课件，共45页。PPT课件主要包含了“称量”地球的质量，计算天体的质量，大胆猜想，G重F引，特别说明，计算中心天体的密度，发现未知天体，典例分析，课堂小结，ABCD等内容，欢迎下载使用。
疑惑：地球质量约为6×1024kg，设杠杆支点距离地球1m，阿基米德在另一端能产生的作用力为600N，根据杠杆原理可知杠杆大约长1亿光年。阿基米德能做到吗？
给我一个支点，我可以撬动地球。 ——阿基米德
如果有人说他能称出地球的质量，你信吗？
“称量”地球质量时，我们应该选择哪个物体作为研究对象？运动哪些物理规律？需要忽略哪些次要因素？
物体m在纬度为θ的位置，万有引力指向地心，分解为两个分力：m随地球自转围绕地轴运动的向心力和重力。
因此,重力是万有引力的一个分力。
实际上随地球自转的物体向心力远小于重力，在忽略自转的影响下万有引力大小近似等于重力大小。
第一个称出地球质量的人
若不考虑地球自转的影响，地面上质量为m的物体所受的重力mg等于地球对物体的引力，即
地面的重力加速度 g 和地球半径 R 在卡文迪什之前就已知道，一旦测得引力常量 G，就可以算出地球的质量M 。因此，卡文迪什被称为“第一个称出地球质量的人”。
算一算：设地面附近的重力加速度g=9.8m/s2，地球半径R =6.4×106m，引力常量G=6.67×10-11 N·m2/kg2，试估算地球的质量。
方法一：重力加速度法(g、R）
想一想：还有其他方法吗？
算一算：已知月球绕地球周期T=27.3天，月地平均距离r=3.84×108m，引力常量G=6.67×10-11 N·m2/kg2，试估算地球的质量。
方法二：环绕法（T、r）
忽略太阳及其他天体对月球的引力。
如果测出了某行星的公转周期T、轨道半径r，能不能由此求出太阳的质量M？
1、根据天体表面重力加速度求天体质量 ——重力加速度法(g、R法)或自力更生法
R-----中心天体的半径
g-----中心天体表面的重力加速度
注意:（1）此法适用于无卫星的天体或虽有卫星，但不知道其有关参量。（2）有时没有直接告诉天体表面的重力加速度，但可以间接求出，也适用此方法。
物体在天体表面附近受到的重力近似等于万有引力
【例题】把地球绕太阳的公转看作是匀速圆周运动，已知轨道半径约为1.5×1011 m，引力常量G=6.67×10－11 N·m2/kg2，估算太阳的质量。
注意：环绕法只能求出中心天体的质量。
【例题】一宇航员为了估测一星球的质量，他在该星球的表面做自由落体实验：让小球在离地面h高处自由下落，他测出经时间t小球落地，又已知该星球的半径为R，试估算该星球的质量。
质量为m的小球在星球表面
2、根据行星或卫星做圆周运动的向心力由万有引力提供求中心天体质量
——“环绕法（T、r）” 或“借助外援法”
行星（或卫星）做匀速圆周运动，万有引力提供所需的向心力
以月球绕地球做匀速圆周运动为例（已知引力常量G），若：
已知条件：月球线速度 v 月球轨道半径 r
已知条件：月球角速度 ω 月球轨道半径 r
已知条件：月球公转周期 T 月球轨道半径r
★其他环绕天体围绕中心天体做匀速圆周运动时，求解中心天体质量的方法类似。
（1）只能求出中心天体的质量M，不能求出环绕天体的质量m。
（2）地球的公转周期（365天）、地球自转周期（1天）、月球绕地球的公转周期（27.3天）等，在估算天体质量时，常作为已知条件。
（3）有些题目中，引力常量G不是已知条件，但已知地球表面重力加速度g和地球半径R，地球质量M等（地球质量M有时也不告诉），处理方法：
假设有一质量为m’的物体在地球表面（忽略地球自转，G=F引）
GM=gR2 （地球质量未知，利用黄金代换式整体代换）
【例题】登月密封舱在离月球表面h处的空中沿圆形轨道运行，周期是T，已知月球的半径是R，万有引力常数是G，据此试计算月球的质量。
解：登月密封舱相当于月球的卫星，则有：
r = R +h
1、重力加速度法(g、R法)或自力更生法
2、“环绕法（T、r）” 或“借助外援法”
同理:可用v-r、ω-r、v-T等求质量的方法求天体的密度。
利用一块手表测量星球密度
【例题】假设在半径为R的某天体上发射一颗该天体的卫星，已知引力常量为G，忽略该天体自转.(1)若卫星距该天体表面的高度为h，测得卫星在该处做圆周运动的周期为T1，则该天体的密度是多少？(2)若卫星贴近该天体的表面做匀速圆周运动的周期为T2，则该天体的密度是多少？
解析：（1）设卫星质量为m，天体质量为M.卫星距天体表面的高度为h时，
到了18世纪，人们已经知道太阳系有7颗行星，其中1781年发现的第七颗行星 —— 天王星的运动轨道有些“古怪”：根据万有引力定律计算出来的轨道与实际观测的结果总有一些偏差。
英国剑桥 高中的学生亚当斯和法国年轻的天文学家勒维耶相信未知行星的存在。他们根据天王星的观测资料，各自独立地利用万有引力定律计算出这颗“新”行星的轨道。1846 年 9 月 23 日晚，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。
海王星的发现和名字的由来
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耶列的方法预言另一颗行星的存在。 在预言提出之后，1930年3月14日，汤博发现了这颗行星——冥王星。
哈雷依据万有引力定律，用一年时间计算了它们的轨道。发现 1531 年、1607 年和 1682 年出现的这三颗彗星轨道看起来如出一辙，他大胆预言，这三次出现的彗星是同一颗星（图 7.3-3），周期约为 76 年，并预言它将于 1758 年底或 1759 年初再次回归。1759 年 3 月这颗彗星如期通过了近日点，它最近一次回归是 1986 年，它的下次回归将在2061 年左右。
判断下列说法的正误.(1)地球表面的物体的重力必然等于地球对它的万有引力.( )(2)若只知道某行星绕太阳做圆周运动的半径，则可以求出太阳的质量.( )(3)已知地球绕太阳转动的周期和轨道半径，可以求出地球的质量.( )(4)天王星是依据万有引力定律计算的轨道而发现的.( )(5)牛顿根据万有引力定律计算出了海王星的轨道.( )(6)海王星、冥王星的发现表明了万有引力理论在太阳系内的正确性.( )
1.利用下列哪组数据可以计算出地球的质量 （ ）A. 地球半径R和地球表面的重力加速度gB. 卫星绕地球运动的轨道半径r和周期TC. 卫星绕地球运动的轨道半径r和角速度ωD. 卫星绕地球运动的线速度V和周期T
2、载人登月计划是我国的“探月工程”计划中实质性的目标。假设宇航员登上月球后，以初速度v0竖直向上抛出一小球，测出小球从抛出到落回原处所需的时间为t。已知引力常量为G，月球的半径为R，不考虑月球自转的影响，求：（1）月球表面的重力加速度大小 ；（2）月球的质量M；（3）飞船贴近月球表面绕月球做匀速圆周运动的周期T。
4、 进入21世纪，我国启动了探月计划——“嫦娥工程”。同学们也对月球有了更多的关注。（1）若已知地球半径为R，地球表面的重力加速度为g，月球绕地球运动的周期为T，月球绕地球的运动近似看作匀速圆周运动，试求出月球绕地球运动的轨道半径。（2）若宇航员随登月飞船登月后，在月球表面某处以速度v0竖直上抛一个小球，经过时间t小球落回抛出点。已知月球半径为r，引力常量为G，试求出月球的质量m。
5、宇航员站在某星球的一个斜坡上，以初速度v0水平扔出一个小球，经过时间t小球落在斜坡上，经测量斜坡倾角为θ，星球半径为R，引力常量为G，求星球的质量。