《万有引力定律的应用演示教学.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《万有引力定律的应用演示教学.ppt（24页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、万有引力定律的应用万有引力定律的应用 回顾所学内容回顾所学内容(1)物体做圆周运动的向心力公式是什么？分别写物体做圆周运动的向心力公式是什么？分别写出向心力与线速度、角速度以及周期的关系式。出向心力与线速度、角速度以及周期的关系式。(2)万有引力定律的内容是什么？如何用公式表示？万有引力定律的内容是什么？如何用公式表示？(3)重力和万有引力的关系？重力和万有引力的关系？FnRMGmwrF引引讨论讨论:地球表面物体的重力与地球对物体的万有引力的关系。地球表面物体的重力与地球对物体的万有引力的关系。物体物体m在纬度为在纬度为的位置，万有引的位置，万有引力指向地心，分解为两个分力：力指向地心，分解为
2、两个分力：m随随地球自转围绕地轴运动的地球自转围绕地轴运动的向心力向心力和和重重力力。实际上随地球自转的物体实际上随地球自转的物体向心力向心力远小于远小于重重力力，在忽略自转的影响下，在忽略自转的影响下万有引力大小万有引力大小近似近似等于等于重力大小重力大小。因此因此,重力重力是万有引力的是万有引力的一个一个分力分力。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，给我一个支点，我可以撬动球。我可以撬动球。”那给我们一个杠杆那给我们一个杠杆(天平天平)是是否就可以称量地球的质量了否就可以称量地球的质量了呢？呢？答案是答案是:否定的否定的.一、称量地球的质量一、称量地球的质量地球
3、的质量不可能用天地球的质量不可能用天平称量平称量.但是万有引力定律是否但是万有引力定律是否能给予我们提供帮助呢能给予我们提供帮助呢?一、称量地球的质量一、称量地球的质量若不考虑地球自转的影响，地面上物体的重力等若不考虑地球自转的影响，地面上物体的重力等于地球对它的引力。于地球对它的引力。M 其中其中g、R在卡文迪许之前已经知道，而卡文迪许测在卡文迪许之前已经知道，而卡文迪许测出出G后，就意味着我们也测出了地球的质量。后，就意味着我们也测出了地球的质量。亨利卡文迪许一、生平简介一、生平简介 卡文迪许卡文迪许(Henry Cavendish,1731.10.10.1810.3.10.)英国化学家、
4、物理学家。他的实验研究持英国化学家、物理学家。他的实验研究持续达续达50年之久。年之久。二、主要科学贡献二、主要科学贡献 推算地球质量和密度推算地球质量和密度：卡文迪许测量地球的密卡文迪许测量地球的密度是从求牛顿的度是从求牛顿的万有引力定律中的常数万有引力定律中的常数着手，再推着手，再推算出地球密度。他的指导思想极其简单，用两个大算出地球密度。他的指导思想极其简单，用两个大铅球使它们接近两个小球。从悬挂小球的金属丝的铅球使它们接近两个小球。从悬挂小球的金属丝的扭转角度，测出这些球之间的相互引力。根据万有扭转角度，测出这些球之间的相互引力。根据万有引力定律，可求出常数引力定律，可求出常数G。根据
5、卡文迪许的多次实。根据卡文迪许的多次实验，测算出地球的平均密度是水密度的验，测算出地球的平均密度是水密度的5.481倍（现倍（现在的数值为在的数值为5.517，误差为，误差为14%左右），并确定了万左右），并确定了万有引力常数有引力常数,计算出了地球的质量。计算出了地球的质量。被誉为第一被誉为第一个称量地球的人个称量地球的人。卡文迪许验证万有引力定。卡文迪许验证万有引力定律的实验采用自己设计的律的实验采用自己设计的“扭秤扭秤”为工具，后人称为为工具，后人称为著名的著名的“卡文迪许实验卡文迪许实验”。例例1 宇航员站在一个星球表面上的某高宇航员站在一个星球表面上的某高 处处h自由释放一小球，经过
6、时间自由释放一小球，经过时间t落落 地，该星球的半径为地，该星球的半径为r，你能求解，你能求解 出该星球的质量吗？出该星球的质量吗？解：解：得得得 二、天体质量的计算二、天体质量的计算1、地球公转实际轨道是什么形状？为了解决问题、地球公转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？什么运动？思考：思考：应用万有引力定律可算出地球的质量，能否算出太应用万有引力定律可算出地球的质量，能否算出太阳的质量呢阳的质量呢?分析问题：近似近似 地球实际轨道是椭圆，通常可以认为地球绕太阳做匀速圆地球实际轨道是椭圆，通常可以认
7、为地球绕太阳做匀速圆周运动周运动 万有引力理论的成就2、地球作圆周运动的向心力是由什么力来提供的？、地球作圆周运动的向心力是由什么力来提供的？rMmF 地球作圆周地球作圆周运动的向心力运动的向心力是由太阳对地是由太阳对地球的球的万有引力万有引力来提供的。来提供的。思考：思考：创设情境创设情境 大胆猜想大胆猜想1 1、若已知地球绕太阳做匀速圆周运动的线速度、若已知地球绕太阳做匀速圆周运动的线速度V V和轨道半径和轨道半径r r3、若已知月球绕地球做匀速圆周运动的周期、若已知月球绕地球做匀速圆周运动的周期T和轨道半径和轨道半径 r2、若已知月球绕地球做匀速圆周运动的角速度、若已知月球绕地球做匀速圆
8、周运动的角速度和轨道半径和轨道半径 r r 求太阳质量求太阳质量M（地球质量为（地球质量为m）G 注意：注意：只可求出中心天体的质量，求不出环绕天体的质量只可求出中心天体的质量，求不出环绕天体的质量!二、计算天体的质量二、计算天体的质量思维扩展思维扩展计算地球的质量，除了一开始计算地球的质量，除了一开始的方法外，还可以怎么求？的方法外，还可以怎么求？借助于月球，那么需要知道借助于月球，那么需要知道哪些量？哪些量？月球绕地球运行的周期月球绕地球运行的周期T=27.3天，天，月球与地球的平均距离月球与地球的平均距离r=3.84108mM=5.981024kg三、计算天体的密度三、计算天体的密度若若
9、环绕天体环绕天体m m接近接近中心天体中心天体M M表面飞行则密度多少？表面飞行则密度多少？r=R例：已知地球的一颗人造卫星的运行例：已知地球的一颗人造卫星的运行周期为周期为 T、轨道半轨道半径为径为 r，地球的半径地球的半径 R，求地球密度？，求地球密度？四、发现未知天体四、发现未知天体预见并发现未知行星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是万有引力理论威力和价值的最生动例证.在在1781年发现的第七个行星年发现的第七个行星天王星天王星的运动轨道，总是同根据万有引力定律的运动轨道，总是同根据万有引力定律计算出来的有一定偏离计算出来的有一定偏离.当时有人预测，当时有人预测，
10、肯定在其轨道外还有一颗未发现的新星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这就是后来发现的第八大行星海王星海王星.海王星 海王星的实际轨道由英国剑桥大学海王星的实际轨道由英国剑桥大学的学生亚当斯和法国年轻的天文爱好者的学生亚当斯和法国年轻的天文爱好者勒维耶根据天王星的观测资料各自独立勒维耶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来的地利用万有引力定律计算出来的.海王星的发现海王星的发现英国的亚当斯和法国的勒维耶英国的亚当斯和法国的勒维耶 海王星发现之后，海王星发现之后，人们发现它的轨道也人们发现它的轨道也与理论计算的不一致。与理论计算的不一致。于是于是几位学者
11、用亚当几位学者用亚当斯和勒维耶的方法斯和勒维耶的方法预预言另一颗新行星的存言另一颗新行星的存在在 在预言提出之后，在预言提出之后，19301930年，汤博发现了年，汤博发现了太阳系的后来太阳系的后来曾经曾经被被称为第九大行星的冥称为第九大行星的冥王星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 冥王星与彗星冥王星与彗星行星”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
12、相交，不符合新的行星定义，因此被自动降级为“矮行星”。冥王星为什么会被冥王星为什么会被“降级降级”？四、发现未知天体四、发现未知天体 海王星的发现和海王星的发现和1705年英国天文学家哈雷根据万有引力定年英国天文学家哈雷根据万有引力定律正确预言了哈雷彗星的回归最终确立了万有引力定律的地位，律正确预言了哈雷彗星的回归最终确立了万有引力定律的地位，也成为科学史上的美谈。也成为科学史上的美谈。诺贝尔物理学奖获得者，物理学家冯诺贝尔物理学奖获得者，物理学家冯劳厄说：劳厄说：“没有任何东西向牛顿引力理论对行星轨道的计算那样，如此有力地树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”总结回顾总结回顾 1.1.中心天体质量的计算，一般有两条思路：中心天体质量的计算，一般有两条思路：(2)环绕天体所需的环绕天体所需的向心力向心力由中心天体对环绕天体由中心天体对环绕天体的的万有引力万有引力提供提供(1)(1)地面（或某星球表面）的物体的地面（或某星球表面）的物体的重力重力近似等于近似等于万有引力万有引力2.发现未知天体发现未知天体M下课！结束结束