1、 学习目标定位学习目标定位1.1.掌握应用万有引力定律解决问题的基本思路掌握应用万有引力定律解决问题的基本思路3.3.会根据条件计算天体的密度会根据条件计算天体的密度2.2.掌握两种计算天体质量的方法掌握两种计算天体质量的方法4.4.了解发现未知天体的基本思路了解发现未知天体的基本思路一、一、“称量称量”地球的质量地球的质量二、计算天体的质量二、计算天体的质量三、发现未知天体三、发现未知天体四、预言哈雷彗星回归四、预言哈雷彗星回归1 1、万有引力定律的内容是什么？、万有引力定律的内容是什么？2 2、该定律的适用条件是什么？、该定律的适用条件是什么？3 3、比例系数、比例系数G G是怎样测量的？
2、是怎样测量的？复习回顾复习回顾关于万有引力的说明：关于万有引力的说明：（1 1）普遍性：普遍性：它是自然界中物质之间的基本的相互作用之一，它是自然界中物质之间的基本的相互作用之一，存在于任何客观存在的两部分有质量之间。存在于任何客观存在的两部分有质量之间。（2 2）相互性：相互性：两个物体相互作用的引力是一对作用力与反作两个物体相互作用的引力是一对作用力与反作用力。用力。（3 3）宏观性：宏观性：通常情况下，它非常小。只有在质量巨大的天通常情况下，它非常小。只有在质量巨大的天体间，它的存在才有宏观物理意义。体间，它的存在才有宏观物理意义。复习回顾复习回顾试求：试求：质量为质量为1kg的物体静止
3、在赤道上时的的物体静止在赤道上时的向心加速度。（已知地球半径向心加速度。（已知地球半径R=6.106m)答案：答案：a=0.034m/s2复习回顾复习回顾1 1）重力是万有引力的分力）重力是万有引力的分力万有引力万有引力自转向心力自转向心力重重 力力3 3）重力加速度）重力加速度g g的大小的大小2RMmGmg 在地表球面时在地表球面时离地面离地面h h高处高处2)(hRMmGmgh 在赤道时重力最小、两极时最大且等于万有引力。在赤道时重力最小、两极时最大且等于万有引力。2 2）重力加速度）重力加速度g g的变化的变化随纬度增大而增大，随高度增大而减小随纬度增大而增大，随高度增大而减小一、一、
4、“称量称量”地球的质量地球的质量高中物理地球的质量酒精如何测量？为什么把卡文迪许测量万有引地球的质量酒精如何测量？为什么把卡文迪许测量万有引力常量力常量G G说成是说成是“测量地球的质量测量地球的质量”？2RMmGmg2gRMGGM=gR2黄金代换式黄金代换式例例1：设地面附近的重力加速度设地面附近的重力加速度g9.8 m/s2，地球半径，地球半径R6.4106 m，引力常量，引力常量G6.671011 Nm2/kg2，试估算地球的质量，试估算地球的质量答案答案ME 忽略地忽略地球自转球自转应用万有引力可算出地球的质量，能否算出其他天体的质量呢?二、计算天体的质量二、计算天体的质量2222Mm
5、GmrmrrT（）2324rMGT22M mvGmrr2v rMG中心天体中心天体M环绕天体环绕天体m m明确各个物理量明确各个物理量轨道半径轨道半径r地球地球2324GTrM地月球月球r是地月轨道半径是地月轨道半径,T是月球的公转周期是月球的公转周期向引FF 中心天中心天体的半体的半径径R应用万有引力计算天体质量的基本思路：应用万有引力计算天体质量的基本思路：1.确定中心天体，找出绕该天体作匀速圆周运动的物体确定中心天体，找出绕该天体作匀速圆周运动的物体;2.建立天体运动的基本方程建立天体运动的基本方程;F万万=F向向3.明确方程中各物理量的涵义。明确方程中各物理量的涵义。总结总结 22rM
6、mGrmvGrvM2 需要条件：线速度需要条件：线速度v；轨道半径；轨道半径r。22rMmGrmGrM32 需要条件：角速度需要条件：角速度；轨道半径；轨道半径r 2224rMmGrTm2324GTrM 需要条件：公转周期需要条件：公转周期T；轨道半径；轨道半径r 上面三式中，因为线速度与角速度实际操作中不好测量，周期好测量，所以我们用得最多的公式将会是第三个 例2、回答下面3个小问题。如果以水星绕太阳做匀速圆周运动为研究对象，需要知道哪些量才能求得太阳的质量？需要知道水星做匀速圆周运动的公转周期T及公转半径 r水星和地球绕太阳做圆周运动的公转周 期T是不一样的，公转半径也是不一样的，那用公式
7、 求解出来的太阳的质量会是一样的吗？2324GTrM23TrkTrTr水水地地2323kGM24是一样的，根据开普勒第三定律，对于同一中心天体，所有环绕天体的值是有有一样的。所以你现在能证明开普勒第三定律kTr23中的k与中心天体有关吗？2244MGkkGM1天体质量及半径求出后，如何得到天体的平均密度？天体质量及半径求出后，如何得到天体的平均密度？答案答案 MV334334MMRR求出天体体积求出天体体积2(1)由天体表面的重力加速度由天体表面的重力加速度g和半径和半径R，求此天体的，求此天体的密度密度432GMmR34gGR432224=GMmmrrT(2)若天体的某个行星若天体的某个行星
8、(或卫星或卫星)的轨道半径为的轨道半径为r，运行周期，运行周期为为T，中心天体的半径为，中心天体的半径为R，3233 rGT R由由mg 和和M R3，得，得由由 和和M R3，得，得 注意注意R、r的意义不同，一的意义不同，一般地般地R指中心天指中心天体的半径，体的半径，r指指行星或卫星的轨行星或卫星的轨道半径，若绕近道半径，若绕近地轨道运行，则地轨道运行，则有有Rr，此时，此时 .23GT 不同星球表面的力学规律相同，只是重力加速度g不同，在解决其他星球表面上的力学问题时，若要用到重力加速度应该是该星球的重力加速度，如：竖直上抛运动、平抛运动、竖直平面内的圆周运动，都要用该星球的重力加速度
9、。三、发现未知天体三、发现未知天体预见并发现未知行星,是万有引力理论威力和价值的最生动例证.在1781年发现的第七个行星天王星的运动轨道，总是同根据万有引力定律计算出来的有一定偏离.当时有人预测，肯定在其轨道外还有一颗未发现的新星,这就是后来发现的第八大行星海王星.人们称其为“笔尖下发现的行星”。海王星英国的亚当斯和法国的勒维耶英国剑桥大学的学生，英国剑桥大学的学生，2323岁的亚当斯，他根据万有引力岁的亚当斯，他根据万有引力定律和天王星的真实轨道逆推，定律和天王星的真实轨道逆推，预言了新行星不同时刻所在的预言了新行星不同时刻所在的位置。位置。同年，法国的勒维列也同年，法国的勒维列也算出了同样
10、的结果，并把预言算出了同样的结果，并把预言的结果寄给了柏林天文学家加的结果寄给了柏林天文学家加勒。当晚（勒。当晚（1846.3.14），），加加勒勒把望远镜对把望远镜对准勒维列准勒维列预言的预言的位置，果然发现有一颗新的行位置，果然发现有一颗新的行星星就是就是海王星海王星.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耶的方法预言另一颗新行星的存在 在预言提出之后，1930年，汤博发现了太阳系的后来曾被称为第九大行星的冥王星冥王星和它的卫星冥王星和它的卫星美国宇航局（NASA）提供的冥王星（上者）与它的卫星的画面 九大行星成为了过去史 冥王星冥王星 国际天文学
11、联合会大会24日投票决定，不再将传统九大行星之一的冥王星视为行星，而将其列入“矮行星”。许多人感到不解，为什么从儿时起就一直熟知的太阳系“九大行星”概念如今要被重新定义，而冥王星又因何被“降级”？“行星”这个说法起源于希腊语，原意指太阳系中的“漫游者”。近千年来，人们一直认为水星、金星、地球、火星、木星和土星是太阳系中的标准行星。19世纪后，天文学家陆续发现了天王星、海王星和冥王星，使太阳系的“行星”变成了9颗。此后，“九大行星”成为家喻户晓的说法。不过，新的天文发现不断使“九大行星”的传统观念受到质疑。天文学家先后发现冥王星与太阳系其他行星的一些不同之处。冥王星所处的轨道在海王星之外，属于太
12、阳系外围的柯伊伯带，这个区域一直是太阳系小行星和彗星诞生的地方。20世纪90年代以来，天文学家发现柯伊伯带有更多围绕太阳运行的大天体。比如，美国天文学家布朗发现的“2003UB313”，就是一个直径和质量都超过冥王星的天体。布朗等人的发现使传统行星定义遭遇巨大挑战。国际天文学联合会大会通过的新行星定义，意在弥合传统的行星概念与新发现的差距。大会通过的决议规定，“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、能够清除其轨道附近其他物体的天体。在太阳系传统的“九大行星”中，只有水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星符合这些要求。冥王星由于其轨道与海王星的轨道相交，
13、不符合新的行星定义，因此被自动降级为“矮行星”。冥王星为什么会被冥王星为什么会被“降级降级”？统编版优秀公开课课件下载PPT课件人教版（2019版）高一物理必修二第七章第3节万有引力的成就（共38页）人教版部编版统编版优秀公开课课件下载PPT课件人教版（2019版）高一物理必修二第七章第3节万有引力的成就（共38页）人教版部编版差点KO人类的2019OK小行星，有办法KO它吗？我们又将如何自救？https:/ 在牛顿之前，彗星被看作是一种神秘的现象。英国天文学家哈雷从1337年到1698年的慧星记录中挑选了24颗彗星，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16
14、82年出现的这三颗粘星轨道看起来如出一辙，他大胆预言，这三次出现的梦星是同一颗星，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月这颗彎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。海王星的发现和哈雷售星的“按时回归”确立了万有引力定律的地位，也成为科学史上的美谈诺贝尔奖获得者物理学家劳厄说：“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工国”牛顿还用月球和太阳的万有引力解释了潮汐现象、用万有引力定律和其他力学定律，推测地球呈赤道处略为隆起的扁平形状
15、。万有引力定律可以用于分析地球表面重力加速度微小差异的原因，以及指导重力探矿除了上述成就外，万有引力定律的另重要应用将在下节讲述。统编版优秀公开课课件下载PPT课件人教版（2019版）高一物理必修二第七章第3节万有引力的成就（共38页）人教版部编版统编版优秀公开课课件下载PPT课件人教版（2019版）高一物理必修二第七章第3节万有引力的成就（共38页）人教版部编版统编版优秀公开课课件下载PPT课件人教版（2019版）高一物理必修二第七章第3节万有引力的成就（共38页）人教版部编版统编版优秀公开课课件下载PPT课件人教版（2019版）高一物理必修二第七章第3节万有引力的成就（共38页）人教版部编
16、版一、一、天体质量和密度的计算天体质量和密度的计算典例精析典例精析例例1 1地球表面的平均重力加速度为地球表面的平均重力加速度为g，地球半径为地球半径为R，引力常量为，引力常量为G，可估算，可估算地球的平均密度为地球的平均密度为()A34gRGA.B.C.D.234gR GgRG2gRGMV2MmGmgR2gRMG343VR2343gRGR34gRG统编版优秀公开课课件下载PPT课件人教版（2019版）高一物理必修二第七章第3节万有引力的成就（共38页）人教版部编版统编版优秀公开课课件下载PPT课件人教版（2019版）高一物理必修二第七章第3节万有引力的成就（共38页）人教版部编版例例2假设在
17、半径为假设在半径为R的某天体上发射一的某天体上发射一颗该天体的卫星若它贴近该天体的表面颗该天体的卫星若它贴近该天体的表面做匀速圆周运动的周期为做匀速圆周运动的周期为T1，已知万有引，已知万有引力常量为力常量为G.(1)则该天体的密度是多少？则该天体的密度是多少？(2)若这颗卫星距该天体表面的高度为若这颗卫星距该天体表面的高度为h，测得在该处做圆周运动的周期为测得在该处做圆周运动的周期为T2，则该，则该天体的密度又是多少？天体的密度又是多少？典例精析典例精析一、一、天体质量和密度的计算天体质量和密度的计算(1)设卫星质量为设卫星质量为m，天体质量，天体质量为为M，卫星贴近天体表面运动时，卫星贴近
18、天体表面运动时22214MmGmRRT=MV23214RMgT天体的体积为天体的体积为:343VR故该天体的密度为故该天体的密度为MV统编版优秀公开课课件下载PPT课件人教版（2019版）高一物理必修二第七章第3节万有引力的成就（共38页）人教版部编版统编版优秀公开课课件下载PPT课件人教版（2019版）高一物理必修二第七章第3节万有引力的成就（共38页）人教版部编版例例2假设在半径为假设在半径为R的某天体上发射一的某天体上发射一颗该天体的卫星若它贴近该天体的表面颗该天体的卫星若它贴近该天体的表面做匀速圆周运动的周期为做匀速圆周运动的周期为T1，已知万有引，已知万有引力常量为力常量为G.(1)
19、则该天体的密度是多少？则该天体的密度是多少？(2)若这颗卫星距该天体表面的高度为若这颗卫星距该天体表面的高度为h，测得在该处做圆周运动的周期为测得在该处做圆周运动的周期为T2，则该，则该天体的密度又是多少？天体的密度又是多少？典例精析典例精析一、一、天体质量和密度的计算天体质量和密度的计算MV(2)卫星距天体表面为卫星距天体表面为h时，忽时，忽略自转有略自转有22224()()MmGmRhRhT+23224()RhMGT32323()RTMhRVG=统编版优秀公开课课件下载PPT课件人教版（2019版）高一物理必修二第七章第3节万有引力的成就（共38页）人教版部编版统编版优秀公开课课件下载PP
20、T课件人教版（2019版）高一物理必修二第七章第3节万有引力的成就（共38页）人教版部编版本课本课小结小结（当卫星在天体表面（当卫星在天体表面做近地飞行呢？）做近地飞行呢？）RGgVM43（1 1）某星体）某星体m m围绕围绕中心天体中心天体M M做圆周做圆周运动的周期为运动的周期为T T，半径为半径为r r （3）中心中心天体密度天体密度GgRM2（2 2）已知中）已知中心天体的半径心天体的半径R R和表面和表面g gGM=gR2黄金代换式黄金代换式22MmGmrr23G T统编版优秀公开课课件下载PPT课件人教版（2019版）高一物理必修二第七章第3节万有引力的成就（共38页）人教版部编版
21、统编版优秀公开课课件下载PPT课件人教版（2019版）高一物理必修二第七章第3节万有引力的成就（共38页）人教版部编版万万有有引引力力定定律律的的应应用用测天体的质量、密度行星、卫星的运动宇宙速度同步卫星思路一：天体表面重力近似等于万有引力思路二：天体运动中，万有引力提供物体圆周运动向心力重力加速度重力加速度g统编版优秀公开课课件下载PPT课件人教版（2019版）高一物理必修二第七章第3节万有引力的成就（共38页）人教版部编版统编版优秀公开课课件下载PPT课件人教版（2019版）高一物理必修二第七章第3节万有引力的成就（共38页）人教版部编版自我检测区自我检测区123统编版优秀公开课课件下载P
22、PT课件人教版（2019版）高一物理必修二第七章第3节万有引力的成就（共38页）人教版部编版统编版优秀公开课课件下载PPT课件人教版（2019版）高一物理必修二第七章第3节万有引力的成就（共38页）人教版部编版1(天体质量的计算天体质量的计算)“嫦娥三号嫦娥三号”探月卫探月卫星于星于2013年年12月月2日凌晨在西昌卫星发射日凌晨在西昌卫星发射中心发射，实现了中心发射，实现了“落月落月”的新阶段若的新阶段若已知引力常量为已知引力常量为G，月球绕地球做圆周，月球绕地球做圆周运动的半径为运动的半径为r1、周期为、周期为T1，“嫦娥三号嫦娥三号”探月卫星做圆周运动的环月轨道半径为探月卫星做圆周运动的
23、环月轨道半径为r2、周期为、周期为T2，不计其他天体的影响，根，不计其他天体的影响，根据题目条件可以据题目条件可以()A求出求出“嫦娥三号嫦娥三号”探月卫星的质量探月卫星的质量B求出月球的质量求出月球的质量C得出得出D求出地球的密度求出地球的密度123两个模型：两个模型：32321122:rTrT2122114GM mmrrT月月地月月月月231214MrGT地可求中心天体质量可求中心天体质量同同理理232224MrGT月2222224GM mmrrT月卫卫周期定律表达形式周期定律表达形式条件：中心天体相同条件：中心天体相同统编版优秀公开课课件下载PPT课件人教版（2019版）高一物理必修二第
24、七章第3节万有引力的成就（共38页）人教版部编版统编版优秀公开课课件下载PPT课件人教版（2019版）高一物理必修二第七章第3节万有引力的成就（共38页）人教版部编版1(天体质量的计算天体质量的计算)“嫦娥三号嫦娥三号”探月卫探月卫星于星于2013年年12月月2日凌晨在西昌卫星发射日凌晨在西昌卫星发射中心发射，实现了中心发射，实现了“落月落月”的新阶段若的新阶段若已知引力常量为已知引力常量为G，月球绕地球做圆周，月球绕地球做圆周运动的半径为运动的半径为r1、周期为、周期为T1，“嫦娥三号嫦娥三号”探月卫星做圆周运动的环月轨道半径为探月卫星做圆周运动的环月轨道半径为r2、周期为、周期为T2，不计
25、其他天体的影响，根，不计其他天体的影响，根据题目条件可以据题目条件可以()A求出求出“嫦娥三号嫦娥三号”探月卫星的质量探月卫星的质量B求出月球的质量求出月球的质量C得出得出D求出地球的密度求出地球的密度两个模型：两个模型：B32321122:rTrT2122114GM mmrrT月月地月月231214MrGT地可求中心天体质量可求中心天体质量周期定律表达形式周期定律表达形式条件：中心天体相同条件：中心天体相同=MV地地343VR地地123统编版优秀公开课课件下载PPT课件人教版（2019版）高一物理必修二第七章第3节万有引力的成就（共38页）人教版部编版统编版优秀公开课课件下载PPT课件人教版（2019版）高一物理必修二第七章第3节万有引力的成就（共38页）人教版部编版
