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1、第第7 7章章 万有引力与航天万有引力与航天第三节第三节 万有引力理论的成就万有引力理论的成就1.理解“称量地球质量”的基本思路，了解万有引力定律在天文学上的重要应用（重点重点）。2.理解计算太阳质量的基本思路，能将天体问题中的对象和过程转换成相关模型后进行求解（难点难点）。3.认识万有引力定律的科学成就，进一步认识运动与相互作用观念。学习目标及重点R一、“称量”地球质量二、计算天体质量地表：若若不考虑地球自转不考虑地球自转的的影响，地面上质量为影响，地面上质量为m m的物体的物体所受的重力所受的重力mg mg 等于等于地球对物地球对物体的引力，即体的引力，即地球密度地球密度：r=R绕星：把把
2、地球绕太阳地球绕太阳的公转看作是匀速圆周运动，的公转看作是匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力根据万有引力提供向心力(牛顿第二定律牛顿第二定律)求解太阳求解太阳质量质量中心天体质量环绕天体周期环绕天体距中心天体的距离中心天体密度中心天体密度：环绕天体轨道半径RrF想求土星质量怎么办？几个重要的关系式对于r、v、T、an五个量“一定四定”，“一变四变”质量为m的天体绕质量为M 的中心天体做半径为r的匀速圆周运动：地球地球 例例1 1、设地球表面重力加速度为、设地球表面重力加速度为g g0 0，物体在距离，物体在距离地心地心4R4R（R R是地球的半径）处，由于地球的作用是地球的半径）处，由于地球
3、的作用而产生的加速度为而产生的加速度为g g，则，则g/gg/g0 0为多少？为多少？例例2 2、某个行星质量是地球质量的一半，半径、某个行星质量是地球质量的一半，半径也是地球的一半，那么一个物体在此行星上的重也是地球的一半，那么一个物体在此行星上的重力加速度是地球上的重力加速度的多少倍？力加速度是地球上的重力加速度的多少倍？典典例例练练习习 思考：某个行星的质量是地球质量的思考：某个行星的质量是地球质量的一半，半径也是地球的一半，某人在地球一半，半径也是地球的一半，某人在地球上能举起上能举起100kg100kg的重物，若在该行星上最的重物，若在该行星上最多能举起质量为多少千克的物体？（地球多
4、能举起质量为多少千克的物体？（地球表面的重力加速度表面的重力加速度g g取取9.8m/s9.8m/s2 2)应应用用提提升升三、发现未知天体到了18世纪，人们已经知道太阳系有7颗行星，其中1781年发现的第七颗行星天王星的运动轨道有些“古怪”：根据万有引力定律计算出来的轨道与实际观测的结果总有一些偏差。天王星天王星天王星笔尖下的行星英国剑桥大学的学生亚当斯和法国年轻的天文学家勒维耶相信未知行星的存在。他们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这颗“新”行星的轨道。1846年9月23日晚，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”海王星。(英英
5、)亚当斯亚当斯 (法法)勒维耶勒维耶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耶列的方法预言另一颗行星的存在。在预言提出之后，1930年3月14日，汤博发现了冥王星。预见并发现未知行星预见并发现未知行星,是万有引力是万有引力理论威力和价值的最生动例证理论威力和价值的最生动例证.预言哈雷彗星回归哈哈雷雷依依据据万万有有引引力力定定律律，用用一一年年时时间间计计算算了了它它们们的的轨轨道道。发发现现 1531 1531 年年、1607 1607 年年和和 1682 1682 年年出出现现的的这这三三颗颗彗彗星星轨轨道道看看起起来来如如出出一一辙辙，
6、他他大大胆胆预预言言，这这三三次次出出现现的的彗彗星星是是同同一一颗颗星星（图图 7.3-37.3-3），周周期期约约为为 76 76 年年，并并预预言言它它将将于于 1758 1758 年年底底或或 1759 1759 年年初初再再次次回回归归。1759 1759 年年 3 3 月月这这颗颗彗彗星星如如期期通通过过了了近近日日点点，它它最最近近一一次回归是次回归是 1986 1986 年，它的年，它的下次回归将在下次回归将在2061 2061 年左右。年左右。国际天文学联合会大会国际天文学联合会大会2424日投票决定，不再将传统九大行星之一的冥王星视为行星，而将其日投票决定，不再将传统九大行
7、星之一的冥王星视为行星，而将其列入列入“矮行星矮行星”。许多人感到不解，为什么从儿时起就一直熟知的太阳系。许多人感到不解，为什么从儿时起就一直熟知的太阳系“九大行星九大行星”概念如今概念如今要被重新定义，而冥王星又因何被要被重新定义，而冥王星又因何被“降级降级”？“行星行星”这个说法起源于希腊语，原意指太阳系中的这个说法起源于希腊语，原意指太阳系中的“漫游者漫游者”。近千年来，人们一直认为。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。水星、金星、地球、火星、木星和土星是太阳系中的标准行星。1919世纪后，天文学家陆续发现了世纪后，天文学家陆续发现了天王星、海王
8、星和冥王星，使太阳系的天王星、海王星和冥王星，使太阳系的“行星行星”变成了变成了9 9颗。此后，颗。此后，“九大行星九大行星”成为家喻户晓的成为家喻户晓的说法。说法。不过，新的天文发现不断使不过，新的天文发现不断使“九大行星九大行星”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，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。这个区域一直是太阳系小行星和彗星诞生的地方。2020世纪世纪9
9、090年代以来，天文学家发现柯伊伯带有年代以来，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”“2003UB313”，就是一个直径和质，就是一个直径和质量都超过冥王星的天体。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，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。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，大会通过的决议规定，“行星行星”指的是围绕
10、太阳运转、自身引力足以克服其刚体力而使天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“九大行星九大行星”中，只有水星、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，因此被自动降级为轨道相交，不符合新的行星定义，因此被自动降级为“矮行星矮行星”。冥王星为什么会被冥王星为什么会被“降级降级”？1.20201.2
11、020年我们班的某同学驾驶着神州号宇年我们班的某同学驾驶着神州号宇宙飞船飞近某一不知名的行星宙飞船飞近某一不知名的行星,并进入靠近该并进入靠近该行星表面的圆形轨道运行行星表面的圆形轨道运行,对该行星进行观测对该行星进行观测需要测定该行星的密度请同学们帮他想想办需要测定该行星的密度请同学们帮他想想办法法2.2.木星是绕太阳公转的行星之一木星是绕太阳公转的行星之一,而木星周围而木星周围又有卫星绕它转动如果要测木星的质量需要测又有卫星绕它转动如果要测木星的质量需要测量哪些量量哪些量?思思考考与与讨讨论论万有引力理论的其他成就万有引力理论的其他成就 万有引力定律揭示了天体运动的规律，在天文学上和万有引
12、力定律揭示了天体运动的规律，在天文学上和宇宙航行计算方面有着广泛的应用。宇宙航行计算方面有着广泛的应用。它为实际的天文观测提供它为实际的天文观测提供了一套计算方法了一套计算方法，可以只凭少数观测资料，就能算出长周期运，可以只凭少数观测资料，就能算出长周期运行的天体运动轨道，科学史上哈雷彗星、海王星、冥王星的发行的天体运动轨道，科学史上哈雷彗星、海王星、冥王星的发现，都是应用万有引力定律取得重大成就的例子。利用万有引现，都是应用万有引力定律取得重大成就的例子。利用万有引力公式，开普勒第三定律等还可以计算太阳、地球等无法直接力公式，开普勒第三定律等还可以计算太阳、地球等无法直接测量的天体的质量。测量的天体的质量。牛顿还解释了月亮和太阳的万有引力引起牛顿还解释了月亮和太阳的万有引力引起的潮汐现象的潮汐现象。他依据万有引力定律和其他力学定律，。他依据万有引力定律和其他力学定律，对地球两对地球两极呈扁平形状的原因和地轴复杂的运动极呈扁平形状的原因和地轴复杂的运动，也成功的做了说明。，也成功的做了说明。课堂小结理论成就测天体的密度发现未知天体预言哈雷彗星回归测天体的质量 感谢观看，今天你进步了嘛？