資源簡(jiǎn)介

(共45張PPT)
萬有引力理論的成就
高一年級(jí) 物理
小故事
赫歇爾
望遠(yuǎn)鏡
小故事
天王星
海王星
萬有引力定律
牛頓
一 “稱量”地球的質(zhì)量
天平
電子秤
思考：如何“稱量”地球的質(zhì)量
問題1：該從什么角度思考這一問題？
萬有引力角度
問題2：應(yīng)選擇哪個(gè)物體作為研究對(duì)象？
選地面上的物體
思考：如何“稱量”地球的質(zhì)量
問題3：地面上的物體運(yùn)動(dòng)情況如何、
受力情況如何？
物體隨地球自轉(zhuǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)
G
F萬
F向
問題4：需要做怎樣的簡(jiǎn)化？
不考慮自轉(zhuǎn)的影響，物體所受的重力等于地球?qū)ξ矬w的引力。
思考：如何“稱量”地球的質(zhì)量
問題5：如何推出地球質(zhì)量的表達(dá)式？
地球的質(zhì)量為M地,地面上的物體質(zhì)量為m，地球的半徑為R，引力常量為G，地表的重力加速度為g
思考：如何“稱量”地球的質(zhì)量
式中的量是否可以觀測(cè)？
卡文迪什將利用扭秤裝置測(cè)定引力常量的實(shí)驗(yàn)稱為“稱量地球的重量”
卡文迪什
著名文學(xué)家馬克·吐溫滿懷激情地說：“科學(xué)真是迷人。根據(jù)零星的事實(shí)，
增添一點(diǎn)猜想，竟能贏得那么多收獲！”
二 計(jì)算天體的質(zhì)量
如何“稱量” 太陽的質(zhì)量？
思考：如何“稱量”太陽的質(zhì)量
問題1：該從什么角度思考這一問題？
萬有引力、牛頓第二定律角度
問題2：應(yīng)選擇哪個(gè)物體作為研究對(duì)象？
選太陽系行星（地球）
思考：如何“稱量”太陽的質(zhì)量
問題3：地球的運(yùn)動(dòng)情況如何、受力情況如何？需要做怎樣的簡(jiǎn)化？
把地球繞太陽的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化為勻速圓周運(yùn)動(dòng)，萬有引力提供它的向心力。
思考：如何“稱量”太陽的質(zhì)量
問題4：如何推出太陽質(zhì)量的表達(dá)式？（考慮式中的量可觀測(cè)）
M太
m
r是地球與太陽之間的距離，
T是地球繞太陽的公轉(zhuǎn)周期
金星凌日
科學(xué)家們通過研究“金星凌日”這一現(xiàn)象，推算出太陽和地球間平均距離為1.5×1011m
太陽的質(zhì)量
換用太陽系其他行星的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，會(huì)得到不同的結(jié)果嗎？
根據(jù)開普勒第三定律
選擇不同的行星計(jì)算的太陽質(zhì)量均相同
思考1：利用剛才式子可求地球質(zhì)量嗎？
M太
m
可求：中心天體的質(zhì)量
思考2：如何計(jì)算地球的質(zhì)量？（不受自轉(zhuǎn)的影響）
思考3：如何測(cè)量月球的質(zhì)量？
思考4：如何測(cè)量未知天體的密度？
r是軌道半徑
R是中心天體的半徑
* 小探究
未來的某一天，你成了宇航員，搭乘
“英雄”號(hào)火星探測(cè)器飛近火星，并進(jìn)入
靠近火星表面的圓形軌道進(jìn)行預(yù)定的考
察工作，你能不能僅用一只表通過測(cè)定時(shí)
間來測(cè)定火星的密度？
思路：火星的質(zhì)量 火星的密度
靠近火星表面的圓形軌道: r =R (火星半徑）
一只表 : 可求探測(cè)器運(yùn)行的周期T
未知量太多
布瓦爾（法）
木星
土星
天王星
理論軌道
實(shí)際軌道
天王星
三 發(fā)現(xiàn)未知的天體
天王星的運(yùn)動(dòng)軌道出現(xiàn)偏差，是什么原因造成的？
是天文觀測(cè)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確？
是萬有引力定律的準(zhǔn)確性有問題？
是天王星軌道外面還有一顆未發(fā)現(xiàn)的行星？
……
亞當(dāng)斯（英）
勒維耶（法）
法國(guó)天文學(xué)家勒維耶，他是名字被刻在埃菲爾鐵塔的七十二位法國(guó)科學(xué)家與工程師之一。
“請(qǐng)您把你們的望遠(yuǎn)鏡指向黃徑326°寶瓶座內(nèi)的橫道上的一點(diǎn)，您將在離此約1°的區(qū)域發(fā)現(xiàn)一顆光度相當(dāng)于9等的新行星，它的圓面略可依稀分辨。”
—— 勒維耶
伽勒
筆尖下發(fā)現(xiàn)的行星：海王星
勒維耶位置
海王星
亞當(dāng)斯位置
科學(xué)的研究方法
發(fā)現(xiàn)問題
大膽猜想
理論推導(dǎo)
實(shí)踐檢驗(yàn)
天王星“古怪”的軌道
各種猜想
亞當(dāng)斯、勒維耶計(jì)算新行星的軌道
伽勒在預(yù)言位置觀測(cè)到海王星
冥王星
1930年，湯博發(fā)現(xiàn)了冥王星
雙星
球狀星團(tuán)
四 預(yù)言哈雷彗星回歸
哈雷彗星是地球上唯一能用裸眼看見的短周期彗星。
英國(guó)天文學(xué)家哈雷成功預(yù)言這顆彗星回歸時(shí)間。
哈雷彗星
哈雷彗星軌道的半長(zhǎng)軸r1約等于地球繞太陽公轉(zhuǎn)半徑r2的18倍，請(qǐng)你估算哈雷彗星的周期？
解：根據(jù)開普勒第三定律
哈雷（英）
哈雷解釋了1531年、1607年和1682年出現(xiàn)的彗星，實(shí)際是同一顆彗星的三次回歸。他預(yù)言彗星將于1759年再次回歸。
在1986年回歸時(shí)，哈雷彗星成為第一顆被宇宙飛船詳細(xì)觀察的彗星。
我們期待2061年的回歸！
“沒有任何東西像牛頓引力理論對(duì)行星軌道的計(jì)算那樣，如此有力地樹立起人們對(duì)年輕的物理學(xué)的尊敬。從此以后，這門自然科學(xué)成了巨大的精神王國(guó)……”
——諾貝爾獎(jiǎng)獲得者物理學(xué)家勞厄
五 其他應(yīng)用
潮汐
牛頓應(yīng)用萬有引力定律對(duì)白晝的潮和半月一次的大潮作了解釋。
“橘子與檸檬”之爭(zhēng)
牛頓推測(cè)地球呈赤道處略為隆起的扁平形狀。
笛卡兒預(yù)言，地球應(yīng)是兩極伸長(zhǎng)的扁球體。
重力勘探
根據(jù)萬有引力定律可以推斷出地球表面附近重力加速度的大致變化規(guī)律，還可進(jìn)一步根據(jù)重力加速度的異常，探測(cè)礦藏或地質(zhì)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。
P
O
地下
萬有引力理論成就非凡，魅力無窮！
小 結(jié)

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