高中物理人教版 (2019)必修 第二册3 万有引力理论的成就精品课件ppt

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疑惑：地球质量约为6×1024kg，设杠杆支点距离地球1m，阿基米德在另一端能产生的作用力为600N，根据杠杆原理可知杠杆大约长1亿光年。阿基米德能做到吗？
给我一个支点，我可以撬动地球。 ——阿基米德
如果有人说他能称出地球的质量，你信吗？
第一部分：“称量”地球的质量
一、第一个称出地球质量的人
若不考虑地球自转的影响，地面上质量为m的物体所受的重力mg等于地球对物体的引力，即
地面的重力加速度 g 和地球半径 R 在卡文迪什之前就已知道，一旦测得引力常量 G，就可以算出地球的质量M 。因此，卡文迪什被称为“第一个称出地球质量的人”。
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
设地面附近的重力加速度g=9.8m/s2，地球半径R =6.4×106m，引力常量G=6.67×10-11 N·m2/kg2，试估算地球的质量。
重力加速度法(g、R）
三、环绕法称量地球质量（T、r法）
忽略太阳及其他天体对月球的引力。
已知月球绕地球周期T=27.3天，月地平均距离r=3.84×108m，引力常量G=6.67×10-11 N·m2/kg2，试估算地球的质量。
如果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？
第二部分：计算太阳的质量和密度
一、称量太阳的质量（g、R法）
把地球绕太阳的公转看作是匀速圆周运动，已知轨道半径约为1.5×1011 m，引力常量G=6.67×10－11 N·m2/kg2，估算太阳的质量。
二、环绕法称量太阳质量（v、r法）
若知道地球绕太阳的公转线速度v和轨道半径r，能否估算太阳的质量？
三、环绕法称量太阳质量（ω、r）
若知道地球绕太阳的公转角速度ω和轨道半径r，能否估算太阳的质量？
说明：环绕法只能求出中心天体的质量
四、环绕法称量太阳质量（v、T）
若知道地球绕太阳的公转线速度v和公转周期T，能否估算太阳的质量？
同理:可用v-r、ω-r、v-T等求质量的方法求天体的密度。
第三部分：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。
疑问：是天文观测数据不准确？是万有引力定律的准确性有问题？还是天王星轨道外面还有一颗未发现的行星？
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。
四、海王星的发现和名字的由来
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，汤博发现了这颗行星——冥王星。
哈雷依据万有引力定律，用一年时间计算了它们的轨道。发现 1531 年、1607 年和 1682 年出现的这三颗彗星轨道看起来如出一辙，他大胆预言，这三次出现的彗星是同一颗星（图 7.3-3），周期约为 76 年，并预言它将于 1758 年底或 1759 年初再次回归。1759 年 3 月这颗彗星如期通过了近日点，它最近一次回归是 1986 年，它的下次回归将在2061 年左右。
七、几个重要的关系式子
对于r、v、ω、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：
关于引力常量，下列说法正确的是（　　）A．在国际单位制中，引力常量在数值上等于两个质量是1kg的质点相距1m时万有引力的大小B．在不同的单位制中，引力常量的数值是相同的C．计算不同物体间相互作用的万有引力时，引力常量的值是不同的D．著名的“月—地检验”是在已知引力常量的数值后才进行的
【练习1】在科学发展历程中，许多科学家做出了杰出贡献，下列叙述符合物理学史实的是（　　）A．开普勒以行星运动定律为基出总结出万有引力定律B．牛顿提出了万有引力定律，并通过实验测出了引力常量C．伽利略通过月一地检验发现地球与苹果间的引力跟天体之间的引力是同一种力D．1781年发现的天王星的轨迹有些“古怪”，海王星是运用万有引力定律在“笔尖”下发现的行星
【练习2】2022年10月15日，我国在西昌卫星发射中心使用“长征二号”丁运载火箭，成功将“遥感三十六号”卫星顺利送入预定轨道，发射任务获得圆满成功。该卫星绕地球做匀速圆周运动，运行的周期为T，运行轨道离地球表面的高度为h，地球的半径为R，引力常量为G，则地球的质量可表示为（　　）A． B．C． D．
【练习3】如图所示，“天问一号”在环火星的椭圆轨道上运行，其中“天问一号”在近火点265km附近探测2小时、在远火点11945.6km附近探测1小时、再在途中进行288分钟的探测。已知我国空间站在距离地球表面400km的轨道上运行，绕地球的运行周期约为90分钟，地球直径为，火星直径为。设地球的质量为M，根据以上数据可以求出火星的质量最接近（　　）A．100M B．0.1MC．0.001M D．1000M
【练习4】2021年12月14日，我国成功将天链二号02卫星送入预定轨道，发射任务取得圆满成功。假设该卫星绕地球做匀速圆周运动，轨道半径为地球半径的1.5倍。已知地球半径为R，表面处的重力加速度大小为g，引力常量为G，忽略地球的自转，根据以上信息下列选项中不能求出的是（　　）A．地球的质量 B．卫星绕地球转动的角速度C．卫星所受的万有引力D．卫星所在处重力加速度大小
【练习5】2022年1月20日，中国国家航天局发布了由环绕火星运行的天问一号探测器及其正在火星表面行走的祝融号火星车发送回来的一组包含探测器与火星合影新图像引起了西方媒体的广泛关注。已知天问一号探测器绕火星运动的周期为T，火星的半径为R，“祝融号”火星车的质量为m，在火星表面的重力大小为G1，万有引力常量为G，忽略火星的自转，则下列不正确的是（　　）A．火星表面的重力的加速度为B．火星的质量为C．火星的平均密度为D．天问一号距火星地面的高度为
【练习6】某飞船在某小行星表面为返回地球而竖直起飞，起飞前在行星表面上的重力G0=1×104N，飞船起飞时的加速度大小a1=5m/s2，飞船上升的高度等于小行星半径时的加速度大小a2=10m/s2，若飞船上升时受到的推力不变，小行星的半径R=96km，不计其他星体及该行星表面气体的影响，下列说法正确的是（　　）A．飞船起飞时推力为F=1.5×104NB．飞船起飞时推力为F=1.75×104NC．飞船质量为m=1×103kgD．飞船质量为m=2.5×103kg
【练习7】（多选）科学家计划在2025年将首批宇航员送往火星进行考察。一质量为m的物体，假设在火星两极宇航员用弹簧测力计测得的读数为F1，在火星赤道上宇航员用同一个弹簧测力计测得的读数为F2，通过天文观测测得火星的自转角速度为 ，引力常量为G，将火星看成是质量分布均匀的球体，则火星的密度和半径分别为（　　）A． B．C． D．
【练习8】宇航员站在某星球的一个斜坡上，以初速度v0水平扔出一个小球，经过时间t小球落在斜坡上，经测量斜坡倾角为θ，星球半径为R，引力常量为G，求星球的质量。