人教版高中物理(必修2)_6.4 万有引力理论的成就_课件

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6.4 万有引力理论的成就—人教版高中物理必修二课件(机构专用)(共36张PPT)

6.4 万有引力理论的成就—人教版高中物理必修二课件(机构专用)(共36张PPT)
01 前 情 回 顾

02 要 点 解 析
03 题 型 演 练

04 课 程 总 结
05 课 后 作 业

Part One
前情回顾

万有引力定律
内容
自然界中任何两个物体都相互吸引,引力的方向在它们的连线 上,引力的
大小与 物体的质量
的乘积 成正比,与它们之间距离r的二次方 成
反比
适用条件: 万有引力定律只适用于 质点 之间引力大小的计算
变形
黄金代换公式
星球表面重力加速度
星球半径
注意:此公式是在重力近似等于万有引力的条件下得到, 当讨论万有引力和重力的微小关系时,此式不能使用
某个行星的质量是m,行星与太阳之间的距离是r,行星公转的周期是T,那么 太阳的质量M是多少?
行星绕太阳做匀速圆周运动 万有引力提供向心力
测出行星的公转周期T和它与太阳的距离r 就可以算出太阳的质量
【例2】(多选)火星直径约为地球的一半,质量约为地球的十分之一,它绕太阳公转 的轨道半径约为地球公转半径的1.5倍.根据以上数据,以下说法正确的是( AB ) A. 火星表面重力加速度的数值比地球表面小 B. 火星公转的周期比地球的长 C. 火星公转的线速度比地球的大 D. 火星公转的向心加速度比地球的大
设恒星的半径为R 对宇宙飞船,有:
恒星的质量:
只需测得近地 恒星的密度: 卫星的周期T
若此题中,宇宙飞船不贴近恒星表面飞行,上面的结果还适用吗? 不适用,此时宇宙飞船的环绕半径不等于恒星的星球半径
计算天体密度的方法 ①利用星球表面重力等于万有引力
②利用近地星体万有引力提供向心力(周期)
中心天体半径
求星球密度的几种方法

新人教版高中物理必修二《6.4 万有引力理论的成就》课件(共14张PPT)

新人教版高中物理必修二《6.4 万有引力理论的成就》课件(共14张PPT)

3.太阳光经500s到达地球,地球的半径是 6.4×103km,试估算太阳质量与地球质量的比 直?(取一位有效数字) 2hR2/Gt2
5.地球表面处重力加速度g取10m/s2,地 球的半径R取6400km,引力常数G为 6.67×10-11Nm2/kg2,由上述条件,可推 得地球平均密度得表达式是 3g
4GR
把上述数据代入,可算得其直为 5.6×103
kg/m3
• 小结:
• 1、地球表面,不考虑(忽略)地球自转的

影响,物体的重力近似等于重力 地球质量 M gR 2
mg G Mm R2
G
• 2、建立模型求中心天体质量
• 围绕天体做圆周运动的向心力为中心天体对 围绕天体的万有引力,通过围绕天体的运动 半径和周期求中心天体的质量。
2×1030kg
5.一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。
3×105 :1
4.已知在月球表面以10m/s的初速度竖直上抛一物体, 物体能上升的最大高度是30m,又已知月球的半径位 1740km,试计算月球的质量。 7.6×1022kg
第四节
万有引力理论的成就
地球表面物体的重力与地球对物体的万有引力的 关系。 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 。
结论:向心力远小于重力, 万有引力大小近似等于重 力。
“科学真是迷人”
一.测量天体的质量
1.测量地球的质量 • 思考: (1)根据所学的知识你能解释为什么
If I'd gone alone, I couldn't have seen nearly as much, because I wouldn't have known my way about.

人教版高中物理必修2第六章第4节万有引力理论的成就(共38张PPT)

人教版高中物理必修2第六章第4节万有引力理论的成就(共38张PPT)
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 地球的公转情况与现在相比( B )
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ω较小
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。
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 M gR2 G
g、R、G都是已经测出的物理量,因此可以
算出地球的质量。
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。
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。
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
F G m1m2 r2
第四节 万有引力理论的成就
C.
根据F∝m和牛顿第三定律,分析了地、月间的
引力关系,进而得到F∝m1m2 D.根据大量试验数据得出了比例系数G的大小
2. 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( )

高中物理人教版必修二 6.4万有引力理论的成就 (共32张PPT)

高中物理人教版必修二 6.4万有引力理论的成就 (共32张PPT)

一、实验室称量地球的质量
万有引力定律怎样称 量地球的质量呢?
若不考虑地球自转的影响,地面上的物体的重力等 于地球对它的引力。
Mm mg=G 2 R
gR M= G
2
其中g、R在卡文迪许之前已经知道,而卡文迪许
测出G后,就意味着我们也测出了地球的质量。卡文 迪许把他自己的实验说成是“称量地球的重量”是 不无道理的。
T都是各不相同的。但是不同行星的r、T计算
出来的太阳质量必须是一样的!上面的公式
能否保证这一点? 分析
r3 根据开普勒第三定律: 2 = k T
所以,上面的公式能否保证这一点,而且我 们还可以知道常数k只和中心天体(太阳) 的质量有关。
4p r 讨论 M = 2 GT
2 3
木星是太阳系中最大的行星, 它有众多卫星。通过卫星的运 动可以精确测得木星的质量。
第六章 万有引力与航天
4.万有引力理论的成就
请同学们欣赏一张图片
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,我可以撬动地球。”
讨论能通过杠杆原理(天平)测量地球的质量吗? 那我们如何测量巨大的天体质量?万有引力给我们提供了帮助。
万有引力定律就是 “一台”称量天体质量的
最好“天平”
用这个方法测得行星的质量,
是否需要知道卫星的质量? 分析 G Mm = m 4p2 r 2
2
r
T
与行星质量m无关只能测得中心天体的质量(把被 测得天体放在圆心的位置)
练习 计算地球的质量,除了一 开始的方法外,还可以怎 么求? 借助于月球,那么需要 知道哪些量? 月球绕地球运行的周期T=27.3天, 月球与地球的平均距离r=3.84×108m

人教版高中物理必修2-6.4 万有引力理论的成就- 课件(共16张PPT)

人教版高中物理必修2-6.4 万有引力理论的成就- 课件(共16张PPT)

(4)当r 0 (或 r )时,从物理学的
度看,公式成立吗?
阿基米德在研究杠杆原理后,曾经说过一句名言:
“给我一个支点,我可以撬动地球。”
卡文迪许 称量地球质量的人
生活中物体质量的测量?
你能测出我的质量吗?
一、称量地球的质量
mM mg0 G R2
M g0R2 G
g0
GM R2
思考1:地球表面重力加速度随纬度如何变化?
思考2:为什么要不考虑地球自转的影响?
N
ω
r
F向
m
M
θF引
G
R=6400KM
可见向心力 远远小于重力
地球对你的万有引力?
马克·吐温: 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!
g0
GM R2

黄金替换式
二、计算地球的质量 月球绕地球周期T=27.3天, 月地平均距离r=3.84×108m
现代航天技术
1、重力等于万有引力

mg
G
Mm R2
M gR2 G

基 2、万有引力提供向心力
本 思 G
Mm r2
ma向
m
v2 r
mr 2
2
mr( T
)2

M
4 2r3
GT2
mg0 G
mM R2
M g0R2 G
已知月球绕地球做匀速圆周运动
的周期T,月地平均距离为r,根据
万有引力提供向心力,即

绕 法
G
Mm r2
m
4 2
T2
r
M
4 2r3
GT2
归纳结论
思考3:能测量地球的密度吗? 若能,如何测量?

新人教版高中物理必修二 课件6.4《万有引力理论的成就》

新人教版高中物理必修二 课件6.4《万有引力理论的成就》

6400103
N0.0337
N
由于物体随地球自转的向心力很小, 则万有引力大 小近似等于重力。
Mm G R2 mg
gR 2 M
G
一、科学真是迷人
一百多年前,英国人卡文迪许用他自己设计的扭 秤,“第一次称出了地球的质量”。

F rm
mF

r
称量地球的重量
卡文迪许为什么说自己的实验是“称量地球的重量 ( 质 量 )”,请你解释一下原因。
科学史上的一段佳话
当时有两个青年——英国的亚当斯和法国的勒维 耶在互不知晓的情况下分别进行了整整两年的工作。 1845 年亚当斯先算出结果,但格林尼治天文台却把他 的论文束之高阁。1846 年 9 月18 日,勒维耶把结果寄 到了柏林,却受到了重视。柏林天文台的伽勒于 1846 年 9月 23 日晚就进行了搜索,并且在离勒维耶预报位 置不远的地方发现了这颗新行星。 海王星的发现使哥 白尼学说和牛顿力学得到了最好的证明。
M g R 2 9 .8 (6 .4 1 0 6)2k g 6 1 0 2 4k g G 6 .6 7 1 0 1 1
科学真是迷人
在实验室里测量几个铅球之间的作用力,就可以 称量地球,这不能不说是一个科学奇迹。难怪一位外 行人、著名文学家马克·吐温满怀激情地说:“科学 真是迷人,根据零星的事实,增添一点猜想,就能赢 得那么多收获!”
• 14、Thank you very much for taking me with you on that splendid outing to London. It was the first time that I had seen the Tower or any of the other famous sights. If I'd gone alone, I couldn't have seen nearly as much, because I wouldn't have known my way about.

人教版物理必修二课件6.4万有引力理论的成就(共32张)ppt

人教版物理必修二课件6.4万有引力理论的成就(共32张)ppt

一、“自然科学真是迷人”
英国科学家卡文迪许 被称为第一个称出地球质量
的人
你知道怎样称出地球
的质量吗?
5
一、“自然科学真是迷人”
地球上的任何物体都要受到地球的 引力作用,前面我们学习重力时对重力 的定义是:由于地球的吸引而使物体受 到的力叫做重力。
那么重力是不是就是地球对物体的万有引力呢?
提出问题:
度?
解:
G
Mm r2

m

2
T
2

r
得:M

4 2r3
GT 2
球体体积公式:
V 4 R3
3
解得:

M V
3r 3
GT 2R3
当卫星在行星表面做近地 运行时,可近似认为
R=r


3
GT
2
明确各个物理量
转动天体m
轨道半经r
天体半径R
中心天体M
F引 F合
G Mm mg R2
中心天体密度的计算
若已知中心天体的半径为R,则体积为:
V 4 R3
3
其密度为:


M中 V

3M中
4R3
只能求出中心天体的质量和密度! 不能求出环绕天体的质量和密度!
2、能否用类似的方法求地球的质量和密度? 需要知道哪些物理量?需要选谁作为研究对象 ?请列出表达式?
例:已知地球的一颗人造卫星的运行周期为T、轨 道半径为r,地球的半径R,求地球的质量和密
)2
r
作业:
1、教材43页3、4题 2、请完成导学案上的课外探究1-4题
谢谢大家!
1、应用万有引力定律求解天体质量的基本思 路是什么?

高中物理必修二人教版6.4 万有引力理论的成就 (共31张PPT)

高中物理必修二人教版6.4 万有引力理论的成就 (共31张PPT)
二、天体质量的计算
应用万有引力可算出地球的质量,能否算出 太阳的质量呢?
思考:1、地球实际轨道是什么形状?为了 解决问题的方便,我们通常可以认为地球在 绕怎样的轨道做什么运动? 通常可以认为地球绕太阳做匀速圆周运动
2、地球作圆周运动的向心力是由什么力来提供的?
地球做圆周运动的向心力是由太阳对地 球的万有引力来提供的
GT 2
利用 F引 F向 求解问题时,该式与环绕体质量m无关,与中心体质量M有关。
高中物理必修二人教版6.4 万有引力理论的成就 (共31张PPT)
高中物理必修二人教版6.4 万有引力理论的成就 (共31张PPT)
地球作圆周运动的向心力是由太阳对地球的万有引力来提供的
F引 Fn
T
r
M
F引
G
Mm r2
Fn
m
4π2 T2
r
F
m
v
该表达式与地球 (环绕天体)质量
m有没有关系?
高中物理必修二人教版6.4 万有引力理论的成就 (共31张PPT)
答案是:否定的.
那我们又是怎么知道巨大的地球的质量呢?
一、称量地球的质量
地球的质量不可能用 天平称量.
但是万有引力定律是 否能给予我们提供帮助 呢?


思 亨利·卡文迪许为什么被誉
考 与 讨
为第一个称量地球质量的人? 为什么求引力常量的实验被
论 称为称地球重量的实验?
一、称量地球的质量
若不考虑地球自转的影响,地面上物体的重力
高中物理必修二人教版6.4 万有引力理论的成就 (共31张PPT)
例1 宇航员站在一个星球表面上的 某高 处h自由释放一小球,经过时间t 落 地,该星球的半径为r,你能求解 出该星球的质量吗?
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思考:如何测月球的质量?
Mm 4 2 G 2 m 2 r 得: r T 2 3
练习:已知引力常量G和下列各组数据,能 计算出地球质量的是( BCD ) A.地球绕太阳运行的周期及地球离太阳 的距离 B.月球绕地球运行的周期及月球离地球 的距离 C.人造地球卫星在地面附近绕行的速度 和运行周期 D.若不考虑地球自转,已知地球的半径 及重力加速度
6.4 万有引力理论的成就
知识回顾:
万有引力定律的公式:
Mm F G 2 r
M、m、r、G的含义各是什么?
1789年,英国物理学家卡文 迪许在实验室利用扭秤实验 测出了引力常量。
卡文迪许
同时向外界宣称“我测量出 了地球的质量”。
万有引力与重力: F支
Hale Waihona Puke 已知:地球半径6400km
F向
F引 mg
二、发现未知天体 海王星的发现 冥王星的发现 哈雷彗星回归周期计算——哈雷(英)
科学真是迷人
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! ——马克· 吐温
这节课你有什么收获?
作业1:某星球自转的周期为T,在它的两极处用弹 簧秤称得某物重为W,在赤道上称得该物重为W′, 求该星球的平均密度.
求一个1kg的物体放在地 球表面的最大向心力?
结论:由于地球自转对物体 的影响很小,我们可以不考 虑地球自转的影响,近似认 为地面上物体的重力就等于 地球与物体间的万有引力。 即:F引=mg
思考:
已知地球半径和万有引力常量,现有下列器材: 弹簧秤、天平。 请设计称量地球质量的实验方案。
探究:
有些天体目前还不能到其表面测物体的 重力,例如火星,甚至还有些天体将来也 不可能到达,例如太阳,人们用什么方法 测它的质量?
例、太阳光到达地球表面所需的时间为 t=500s, 地球绕太阳运行一周的时间为T=365天,试估算 出太阳的质量(取一位有效数字)。
解:由
4 r M 2 GT 2 8 3 4 (500 3 10 ) kg 11 2 6.67 10 (365 24 3600 ) 2 10 30 k g
作业2:如图所示为宇宙中有一个恒星系
的示意图,A为该星系的一颗行星,它 绕中央恒星O运行轨道近似为圆,天文 A O 学家观测得到A行星运动的轨道半径为 R0,周期为T0. (1)中央恒星O的质量是多大? (2)长期观测发现,A行星实际运动的轨道与圆轨 道总存在一些偏离,且周期性地每隔t0时间发生一次 最大的偏离,天文学家认为形成这种现象的原因可能 是A行星外侧还存在着一颗未知的行星B(假设其运 行轨道与A在同一平面内,且与A的绕行方向相同), 它对A行星的万有引力引起A轨道的偏离.根据上述 现象及假设,请你计算未知行星B的运动周期和轨道 半径.
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