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1、,第六章 万有引力与航天,4 万有引力理论的成就,知识回顾,万有引力定律,1、内容：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。,2、公式：,3、条件:质点或均质球体,阿基米德在研究杠杆原理后，曾经说过一句什么名言？,“给我一个支点，我可以撬动球。”,那我们又是怎么知道巨大的地球的质量呢?,那给我们一个杠杆(天平)是否就可以称量地球的质量了呢？,答案是:否定的.,创设情境,卡文迪许被称为能称出地球质量的人,地球的质量怎样称量?,自主学习,阅读课本“科学真是迷人”思考问题：,“称量地球的质量”,当时已知：地球的半径R地球表面重力加
2、速度g卡文迪许已测出的引力常量G,卡文迪许是如何“称量地球的质量”的呢?,能否通过万有引力定律来“称量”?,合作探究,物体在天体(如地球)表面附近受到的重力近似等于万有引力,“称量地球的质量”,问题归纳,物体在天体表面时受到的 重力近似等于万有引力,?,万有引力分解为两个分力：重力:G=mg 和m随地球自转的向心力Fn:,结论：自转向心力远小于重力 万有引力近似等于重力 因此不考虑(忽略)地球自转的影响,问题归纳,科学真是迷人。根据零星的事实，增加一点猜想，竟能赢得那么多的收获！马克吐温,“称量地球的质量”,问题归纳,地球的质量到底有多大?已知:地球表面g=9.8m/s2，地球半径R=6400
3、km，引力常量G=6.671011Nm2/kg2。请你根据这些数据计算地球的质量。,“称量地球的质量”,M=6.01024kg,问题探究,1、物体在天体表面附近受到的重力等于万有引力,g-天体表面的重力加速度,R-天体的半径,一、计算天体质量的两种方法,问题归纳,一宇航员为测量一星球的质量，在该星球表面上做自由落体运动实验，让小球在高h处自由下落，经时间t落地，已知星球的半径为r，引力常量G.试求星球的质量。,反馈练习,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？,分析：1.将行星的运动看成是 匀速圆周运动,2.万有引力提供向心力 F引=Fn.,只能求出中心天体的质量！不能
4、求出转动天体的质量！,M=2.01030kg,思考：不同行星与太阳的距离r和绕太阳公转的周期T都是不同的但是由不同行星的r、T计算出来的太阳质量必须是一样的！上面这个公式能保证这一点吗？,问题探究,计算中心天体的质量,已知:地球半径：R=6400103m 月亮周期：T=27.3天2.36106s 月亮轨道半径:r 60R，求：地球的质量M？,F引=Fn,反馈练习,计算中心天体的质量,知道环绕天体的线速度v或角速度及其轨道半径r，能不能求出中心天体的质量？,F引=Fn,问题归纳,2、行星（或卫星）做匀速圆周运动所需的万有引力提供向心力,一、计算天体质量的两种方法,只能求出中心天体的质量！,问题归
5、纳,二、天体密度的计算,问题归纳,二、天体密度的计算,问题归纳,请阅读课本“发现未知天体”，回答如下问题：,问题1：笔尖下发现的行星是 哪一颗行星？问题2：人们用类似的方法又 发现了哪颗星？,三、发现未知天体,问题归纳,背景：1781年由英国物理学家威廉赫歇尔发现了天王星，但人们观测到的天王星的运行轨迹与万有引力定律推测的结果有一些误差,三、发现未知天体,问题归纳,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”。,三、发现未知天体,问题归纳,海王星发现
6、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,三、发现未知天体,问题归纳,诺贝尔物理学奖获得者-物理学家冯劳厄说：“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”,三、发现未知天体,问题归纳,课堂小结,两种基本方法,1、重力等于万有引力,2、万有引力提供向心力,中心天体M,转动天体m,明确各个物理量,天体半经R,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
7、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D.卫星绕地球运动的线速度V和周期T,ABCD,反馈练习,直击高考,已知引力常量G、月球中心到地球中心的距离r和月球绕地球运行的周期T。仅利用这三个数据，可以估算出的物理量有（）A.月球的质量 B.地球的质量C.地球的半径 D.月球绕地球运行速度的大小,2005年全国理综,18题,BD,作业,P43:1、3,国际天文学联合会大会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
8、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，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“降级”？,
