7.3萬(wàn)有引力理論的成就課件高一下學(xué)期物理人教版3

第七章

萬(wàn)有引力與宇宙航行7.3萬(wàn)有引力理論的成就如何稱量物體的質(zhì)量？如果忽略地球自轉(zhuǎn)的影響，地球上不同位置的物體所受重力如何？地點(diǎn)緯度g()赤道0°9.780廣州23°06'9.788武漢30°33'9.794上海31°12'9.794東京35°43'9.798北京39°56'9.801紐約40°40'9.803莫斯科55°45'9.816北極90°9.832阿基米德曾說(shuō)過(guò)：“給我一個(gè)支點(diǎn)，我就能撬起整個(gè)地球?！蹦敲慈绻o你一個(gè)足夠長(zhǎng)的杠桿或足夠大的天平你是否就可以稱量地球的質(zhì)量了呢？不可以。對(duì)于地球，我們?cè)鯓印胺Q量”它的質(zhì)量呢？“稱量”地球的質(zhì)量有了萬(wàn)有引力定律，我們就能“稱量”地球的質(zhì)量!“稱量”地球的質(zhì)量時(shí)，我們應(yīng)選擇哪個(gè)物體作為研究對(duì)象?運(yùn)用哪些物理規(guī)律?需要忽略的次要因素是什么?

計(jì)算天體的質(zhì)量能用“稱量”地球質(zhì)量的方法“稱量”太陽(yáng)嗎?怎樣才能得到太陽(yáng)的質(zhì)量?行星繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，向心力是由它們之間的萬(wàn)有引力提供的，由此可以依據(jù)萬(wàn)有引力定律和牛頓第二定律列出方程，從中解出太陽(yáng)的質(zhì)量。

由此式可得測(cè)出行星的公轉(zhuǎn)周期T和它與太陽(yáng)的距離r，就可以算出太陽(yáng)的質(zhì)量。思考與討論：已知太陽(yáng)與地球間的平均距離約為1.5×1011m，你能估算太陽(yáng)的質(zhì)量嗎?換用其他行星的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行估算，結(jié)果會(huì)相近嗎?為什么?

如果已知衛(wèi)星繞行星運(yùn)動(dòng)的周期和衛(wèi)星與行星之間的距離，也可以算出行星的質(zhì)量。目前，觀測(cè)人造地球衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)，是測(cè)量地球質(zhì)量的重要方法之一。同樣的道理，要得到木星的質(zhì)量(圖7.3-1)，可以選擇對(duì)木星的衛(wèi)星進(jìn)行測(cè)量，只要測(cè)得一顆衛(wèi)星的軌道半徑和周期，就可計(jì)算木星的質(zhì)量。月球雖然沒有天然的衛(wèi)星，但人類發(fā)射的航天器會(huì)環(huán)繞月球運(yùn)行，只要測(cè)得航天器繞月運(yùn)行的軌道半徑和周期就可計(jì)算月球的質(zhì)量。發(fā)現(xiàn)未知天體到了18世紀(jì)，人們已經(jīng)知道太陽(yáng)系有7顆行星，其中1781年發(fā)現(xiàn)的第七顆行星——天王星的運(yùn)動(dòng)軌道有些“古怪”:根據(jù)萬(wàn)有引力定律計(jì)算出來(lái)的軌道與實(shí)際觀測(cè)的結(jié)果總有一些偏差。是天文觀測(cè)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確?是萬(wàn)有引力定律的準(zhǔn)確性有問(wèn)題?是天王星軌道外面還有一顆未發(fā)現(xiàn)的行星?英國(guó)劍橋大學(xué)的學(xué)生亞當(dāng)斯和法國(guó)年輕的天文學(xué)家勒維耶相信未知行星的存在。他們根據(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)算出這顆“新”行星的軌道。海王星的發(fā)現(xiàn)過(guò)程充分顯示了理論對(duì)于實(shí)踐的巨大指導(dǎo)作用，所用的“計(jì)算、預(yù)測(cè)和觀察”的方法指導(dǎo)人們尋找新的天體但是因?yàn)榫嚯x遙遠(yuǎn)，太陽(yáng)的光芒到達(dá)那里已經(jīng)十分微弱了，在地球附近很難看出究竟。盡管如此，黑暗寒冷的太陽(yáng)系邊緣依然牽動(dòng)著人們的心，探索工作從來(lái)沒有停止過(guò)。預(yù)言哈雷彗星回歸彗星在牛頓之前，彗星被看作是一種神秘的現(xiàn)象。英國(guó)天文學(xué)家哈雷從1337年到1698年的基星記錄中挑選了24顆彗星，依據(jù)萬(wàn)有引力定律，用一年時(shí)間計(jì)算了它們的軌道發(fā)現(xiàn)1531年、1607年和1682年出現(xiàn)的這三顆彗星軌道看起來(lái)如出一轍，他大膽預(yù)言，這三次出現(xiàn)的彗星是同一顆星(圖7.3-3)、周期約為76年，并預(yù)言它將于1758年底或1759年初再次回歸。1759年3月這顆些星如期通過(guò)了近日點(diǎn)，它最近一次回歸是1986年，它的下次回歸將在2061年左右。海王星的發(fā)現(xiàn)和哈雷些星的“按時(shí)回歸”確立了萬(wàn)有引力定律的地位，也成為科學(xué)史上的美談。學(xué)以致用-練習(xí)鞏固1．隨著太空技術(shù)的飛速發(fā)展，人類登陸其它星球成為可能。假設(shè)未來(lái)的某一天，宇航員登上某一星球后，測(cè)得該星球質(zhì)量是地球質(zhì)量的8倍，而該星球的平均密度與地球的相等，則該星球表面的重力加速度是地球表面重力加速度的（）A．0.5倍B．2倍C．4倍D．8倍B2.如圖所示，a、b、c是地球大氣層外圈圓形軌道上運(yùn)動(dòng)的三顆衛(wèi)星，a和b質(zhì)量相等，且小于c的質(zhì)量，則(

)A．b所需向心力最小B．b、c的周期相同且大于a的周期C．b、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度D．b、c的線速度大小相等，且小于a的線速度ABC3.天文學(xué)家已經(jīng)測(cè)出月球表面的加速度g、月球的半徑R和月球繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的周期T等數(shù)據(jù)，根據(jù)萬(wàn)有引力定律就可以“稱量”月球的質(zhì)量了。已知引力常量G，用M表示月球的質(zhì)量。關(guān)于月球質(zhì)量，下列正確的是A4.(多選)萬(wàn)有引力理論不僅能夠解釋已知的事實(shí)，更重要的是能夠預(yù)言未知的現(xiàn)象。下列說(shuō)法正確的是A.卡文