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4萬(wàn)有引力理論的成就回憶所學(xué)內(nèi)容(1)物體做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力公式是什么?分別寫出向心力與線速度、角速度以及周期的關(guān)系式。(2)萬(wàn)有引力定律的內(nèi)容是什么?如何用公式表示?(3)重力和萬(wàn)有引力的關(guān)系?θFnRMGmwrF引爭(zhēng)論:地球外表物體的重力與地球?qū)ξ矬w的萬(wàn)有引力的關(guān)系。
物體m在緯度為θ的位置,萬(wàn)有引力指向地心,分解為兩個(gè)分力:m隨地球自轉(zhuǎn)圍繞地軸運(yùn)動(dòng)的向心力和重力。θFnRMGmwrF引爭(zhēng)論:地球外表物體的重力與地球?qū)ξ矬w的萬(wàn)有引力的關(guān)系。物體m在緯度為θ的位置,萬(wàn)有引力指向地心,分解為兩個(gè)分力:m隨地球自轉(zhuǎn)圍繞地軸運(yùn)動(dòng)的向心力和重力。因此,重力是萬(wàn)有引力的一個(gè)分力。實(shí)際上隨地球自轉(zhuǎn)的物體向心力遠(yuǎn)小于重力,在無(wú)視自轉(zhuǎn)的影響下萬(wàn)有引力大小近似等于重力大小?;貞浰鶎W(xué)內(nèi)容(1)物體做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力公式是什么?分別寫出向心力與線速度、角速度以及周期的關(guān)系式。(2)萬(wàn)有引力定律的內(nèi)容是什么?如何用公式表示?(3)重力和萬(wàn)有引力的關(guān)系?重力是萬(wàn)有引力的一個(gè)分力,當(dāng)無(wú)視了地球的自轉(zhuǎn)時(shí),可認(rèn)為重力在數(shù)值上就等于萬(wàn)有引力大小。阿基米德在爭(zhēng)論杠桿原理后,曾經(jīng)說(shuō)過(guò)一句什么名言?“給我一個(gè)支點(diǎn),我可以撬動(dòng)球?!?/p>
那我們又是怎么知道巨大的地球的質(zhì)量呢?那給我們一個(gè)杠桿(天平)是否就可以稱量地球的質(zhì)量了呢?答案是:否認(rèn)的.一、稱量地球的質(zhì)量地球的質(zhì)量不行能用天平稱量.但是萬(wàn)有引力定律是否能賜予我們供給幫助呢?重力是萬(wàn)有引力的一個(gè)分力,當(dāng)無(wú)視了地球的自轉(zhuǎn)時(shí),可認(rèn)為重力在數(shù)值上就等于萬(wàn)有引力大小。一、稱量地球的質(zhì)量假設(shè)不考慮地球自轉(zhuǎn)的影響,地面上物體的重力等于地球?qū)λ囊Α?/p>
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其中g(shù)、R在卡文迪許之前已經(jīng)知道,而卡文迪許測(cè)出G后,就意味著我們也測(cè)出了地球的質(zhì)量??ㄎ牡显S把他自己的試驗(yàn)說(shuō)成是“稱量地球的重量”是不無(wú)道理的。一、稱量地球的質(zhì)量通過(guò)萬(wàn)有引力定律稱量地球的質(zhì)量,這不能不說(shuō)是一個(gè)奇跡。就連一個(gè)外行人、著名文學(xué)家馬克·吐溫滿懷激情地說(shuō):“科學(xué)真是迷人。依據(jù)零星的事實(shí),增加一點(diǎn)猜測(cè),竟能贏得那么多收獲!”這話雖然出自一位外行人之口,卻道出了科學(xué)覺(jué)察的精華。二、天體質(zhì)量的計(jì)算1、地球公轉(zhuǎn)實(shí)際軌道是什么外形?為了解決問(wèn)題的便利,我們通常可以認(rèn)為地球在繞怎樣的軌道做什么運(yùn)動(dòng)?思考:應(yīng)用萬(wàn)有引力可算出地球的質(zhì)量,能否算出太陽(yáng)的質(zhì)量呢?分析問(wèn)題:近似1、地球?qū)嶋H作何運(yùn)動(dòng)?而我們通常可以認(rèn)為做什么運(yùn)動(dòng)?地球?qū)嶋H軌道是橢圓,通??梢哉J(rèn)為地球繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)二、天體質(zhì)量的計(jì)算1、地球?qū)嶋H軌道是什么外形?為了解決問(wèn)題的便利,我們通??梢哉J(rèn)為地球在繞怎樣的軌道做什么運(yùn)動(dòng)?2、地球作圓周運(yùn)動(dòng)的向心力是由什么力來(lái)供給的?思考:應(yīng)用萬(wàn)有引力可算出地球的質(zhì)量,能否算出太陽(yáng)的質(zhì)量呢?通??梢哉J(rèn)為地球繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)2、地球作圓周運(yùn)動(dòng)的向心力是由什么力來(lái)供給的?rMmF地球作圓周運(yùn)動(dòng)的向心力是由太陽(yáng)對(duì)地球的萬(wàn)有引力來(lái)供給的二、天體質(zhì)量的計(jì)算1、地球?qū)嶋H軌道是什么外形?為了解決問(wèn)題的便利,我們通常可以認(rèn)為地球在繞怎樣的軌道做什么運(yùn)動(dòng)?2、地球作圓周運(yùn)動(dòng)的向心力是由什么力來(lái)供給的?思考:應(yīng)用萬(wàn)有引力可算出地球的質(zhì)量,能否算出太陽(yáng)的質(zhì)量呢?通??梢哉J(rèn)為地球繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)地球作圓周運(yùn)動(dòng)的向心力是由太陽(yáng)對(duì)地球的萬(wàn)有引力來(lái)供給的地球作圓周運(yùn)動(dòng)的向心力是由太陽(yáng)對(duì)地球的萬(wàn)有引力來(lái)供給的rMmF地球公轉(zhuǎn)角速度不能直接測(cè)出,但我們知道地球公轉(zhuǎn)的周期.該表達(dá)式與地球〔環(huán)行天體〕質(zhì)量m有沒(méi)有關(guān)系?rMmFvT總結(jié)推廣求解思路:環(huán)行天體的向心力由中心天體對(duì)其萬(wàn)有引力獨(dú)家供給具體方法:特點(diǎn):須知道待求天體〔M〕的某一環(huán)行天體的運(yùn)行規(guī)律,且與環(huán)行天體的質(zhì)量〔m〕無(wú)關(guān).中心天體M環(huán)行天體m二、計(jì)算天體的質(zhì)量思維擴(kuò)展計(jì)算地球的質(zhì)量,除了一開頭的方法外,還可以怎么求?借助于月球,那么需要知道哪些量?月球繞地球運(yùn)行的周期T=27.3天,月球與地球的平均距離r=3.84×108mM=5.98×1024kg三、覺(jué)察未知天體預(yù)見(jiàn)并覺(jué)察未知行星,是萬(wàn)有引力理論威力和價(jià)值的最生動(dòng)例證.在1781年覺(jué)察的第七個(gè)行星—天王星的運(yùn)動(dòng)軌道,總是同依據(jù)萬(wàn)有引力定律計(jì)算出來(lái)的有肯定偏離.當(dāng)時(shí)有人猜測(cè),確定在其軌道外還有一顆未覺(jué)察的新星,這就是后來(lái)覺(jué)察的第八大行星—海王星.海王星海王星的實(shí)際軌道由英國(guó)劍橋大學(xué)的學(xué)生亞當(dāng)斯和法國(guó)年輕的天好者勒維耶依據(jù)天王星的觀測(cè)資料各自獨(dú)立地利用萬(wàn)有引力定律計(jì)算出來(lái)的.英國(guó)的亞當(dāng)斯和法國(guó)的勒維耶1846年9月23日晚,由德國(guó)的伽勒在柏林天文臺(tái)用望遠(yuǎn)鏡在勒維耶預(yù)言的位置四周覺(jué)察了這顆行星——海王星柏林天文臺(tái)海王星的覺(jué)察海王星覺(jué)察之后,人們覺(jué)察它的軌道也與理論計(jì)算的不全都。于是幾位學(xué)者用亞當(dāng)斯和勒維耶的方法預(yù)言另一顆新行星的存在.在預(yù)言提出之后,1930年,湯博覺(jué)察了太陽(yáng)系的后來(lái)曾被稱為第九大行星的冥王星冥王星和它的衛(wèi)星美國(guó)宇航局〔NASA〕供給的冥王星〔上者〕與它的衛(wèi)星的畫面冥王星與彗星
國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)大會(huì)24日投票打算,不再將傳統(tǒng)九大行星之一的冥王星視為行星,而將其列入“矮行星”。很多人感到不解,為什么從兒時(shí)起就始終熟知的太陽(yáng)系“九大行星”概念如今要被重新定義,而冥王星又因何被“降級(jí)”?
“行星”這個(gè)說(shuō)法起源于希臘語(yǔ),原意指太陽(yáng)系中的“漫游者”。近千年來(lái),人們始終認(rèn)為水星、金星、地球、火星、木星和土星是太陽(yáng)系中的標(biāo)準(zhǔn)行星。19世紀(jì)后,天文學(xué)家間續(xù)覺(jué)察了天王星、海王星和冥王星,使太陽(yáng)系的“行星”變成了9顆。此后,“九大行星”成為家喻戶曉的說(shuō)法。
不過(guò),新的天文覺(jué)察不斷使“九大行星”的傳統(tǒng)觀念受到質(zhì)疑。天文學(xué)家先后覺(jué)察冥王星與太陽(yáng)系其他行星的一些不同之處。冥王星所處的軌道在海王星之外,屬于太陽(yáng)系外圍的柯伊伯帶,這個(gè)區(qū)域始終是太陽(yáng)系小行星和彗星誕生的地方。20世紀(jì)90年月以來(lái),天文學(xué)家覺(jué)察柯伊伯帶有更多圍繞太陽(yáng)運(yùn)行的大天體。比方,美國(guó)天文學(xué)家布朗覺(jué)察的“2023UB313”,就是一個(gè)直徑和質(zhì)量都超過(guò)冥王星的天體。
布朗等人的覺(jué)察使傳統(tǒng)行星定義患病巨大挑戰(zhàn)。國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)大會(huì)通過(guò)的新行星定義,意在彌合傳統(tǒng)的行星概念與新覺(jué)察的差距。
大會(huì)通過(guò)的決議規(guī)定,“行星”指的是圍繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)、自身引力足以抑制其剛體力而使天體呈圓球狀、能夠去除其軌道四周其他物體的天體。在太陽(yáng)系傳統(tǒng)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這些要求。冥王星由于其軌道與海王星的軌道相交,不符合新的行星定義,因此被自動(dòng)降級(jí)為“矮行星”。冥王星為什么會(huì)被“降級(jí)”?
三、覺(jué)察未知天體海王星的覺(jué)察和1705年英國(guó)天文學(xué)家哈雷依據(jù)萬(wàn)有引力定律正確預(yù)言了哈雷彗星的回歸最終確立了萬(wàn)有引力定律的地位,也成為科學(xué)史上的美談。諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者,物理學(xué)家馮·勞厄說(shuō):“沒(méi)有任何東西向牛頓引力理論對(duì)行星軌道的計(jì)算那樣,如此有力地樹起人們對(duì)年輕的物理學(xué)的敬重。從今以后,這門自然科學(xué)成了巨大的精神王國(guó)……”盡管冥王星外面太陽(yáng)光已經(jīng)特別的微弱,但是,黑暗嚴(yán)寒的太陽(yáng)系邊緣照舊牽動(dòng)著人們的心,搜尋工作從來(lái)沒(méi)有停頓過(guò)。美國(guó)20
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