万有引力的理论成就.ppt

第四节 万有引力理论的成就 问题1、卡文迪许是如何测出地球质量的（写出推导过程）？地球质量的表达式是在什么条件下得到的？（第1组）3分 问题2、在求太阳质量的过程中我们把行星的运动看成是什么样的运动？向心力有什么力来提供？（第2组）2分 问题3、若为太阳的质量，为行星的质量，为行星绕太阳的半径，为行星的公转周期，由以上条件推导太阳质量的表达式。（第3组）3分 问题4、海王星的发现是万有引力定律在天文学上应用的一个突出成果，简述怎样由万有引力定律发现未知天体？（第4组）2分 一、科学真是迷人 忽略地球自转，地面上质量为m的物体所受重力等于地球对物体的引力，即： 二、计算天体的质量 1．分析思路： 　　根据围绕天体运行的行星（或卫星）的运动情况，近似看成是匀速圆周运动，而向心力是由万有引力提供的． 　　这样，利用万有引力定律和圆周运动的知识，可列出方程，导出计算中心天体（太阳或行星）的质量的公式． 2．计算表达式 　　如果测出行星绕太阳公转周期T ，它们之间的距离r ，就可以算出太阳的质量． 例题：某宇航员驾驶航天飞机到某一星球，他使航天飞机贴近该星球附近飞行一周，测出飞行时间为4.5?103s，则该星球的平均密度是多少？（第5组） 二、发现未知天体 １、海王星的发现 ２、冥王星的发现 　　　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行星的存在．　 万有引力与重力 : 重力加速度的变化: 重力加速度与高度的变化:若物体静止在距离地面高为h的高空 重力加速度与纬度的关系: 小结： １、处理天体运动问题的关键是：万有引力提供做匀速圆周运动所需的向心力． 应用:计算月球质量的方法 设想在月球表面上,航天员测出小物块自由下落h高度所用的时间为t。当飞船在靠近月球表面圆轨道上飞行时，测得其环绕周期为T，已知万有引力常量为G。根据上述各量试求：（第6组） （１）月球表面的重力加速度。 （２）月球的质量。 应用2：双星问题 * * 项城二高 张雷 地球质量 设太阳的质量M，m是某个行星的质量，r是它们之间的距离，T是行星绕太阳公转的周期，那么行星做匀速圆周运动所需向心力为： 而行星运动的向心力是由万有引力提供的，所以 由此可以解出 　　同样，根据月球绕地球的运转周期和轨道半径，就可以算出地球的质量． 注意：用测定环绕天体（如卫星）的轨道半径和周期方法测量，不能测定其自身的质量． 　解析：航天飞机绕星球飞行，万有引力提供向心力，所以 贴地飞行时， 该星球的平均密度为： 联立上面三式得： 代入数值： 可得： 　　英国剑桥大学的学生，23岁的亚当斯，经过计算，提出了新行星存在的预言．他根据万有引力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位置． 　　同年，法国的勒维列也算出了同样的结果，并把预言的结果寄给了柏林天文学家加勒． 当晚（1846.3.14），加勒把望远镜对准勒维列预言的位置，果然发现有一颗新的行星——就是海王星. 海王星 海王星地貌 　　在预言提出之后，1930年，汤博（Tom baugh）发现了这颗行星——冥王星．冥王星的实际观测轨道与理论计算的一致，所以人们确认 了冥王星的存在． 冥王星与其卫星 美国2001年发射，并于2006至2008年访问冥王星的宇宙飞船 重力、万有引力和向心力之间的关系 F G F向 F万 G F万 G F向 r 两极: F万=G 赤道: F万=G+F向 重力和向心力是万有引力的两个分力 （1）静止在地面上的物体，若考虑地球自转的影响 （2）静止在地面上的物体，若不考虑地球自转的影响 黄金代换式 （3）若物体是围绕地球运转，则有万有引力来提供向心力 G r 2 m M m a （1）忽略地球自转,则物体在地球表面受重力等于地球对物体的万有引力。 （2）考虑地球自转。物体随地球自转所需向心力 F向=mω2R，由万有引力的一个分力提供，另一分力即重力。 但由于地球自转很慢，F向比起引力来讲很小，因此重力与万有引力无论大小还是方向都相差不多。因此通常运算时，可认为重力等于万有引力，但概念上是不同的。 ２、忽略地球自转,物体所受重力等于地球对物体的引力. G r 2 m M F向 册39页11题