6.4-万有引力理论的成就-优秀课件

知识回顾上节课我们学习了牛顿在经过大胆设想，月—地检验之后推广得到了万有引力定律，请同学们回忆一下万有引力定律的具体内容。221rmmGF马克·吐温曾满怀激情地说：“科学真是迷人。根据零星的事实，增添一点猜想，竟能赢得那么多收获！”为什么说科学真是迷人？万有引力的发现，给天文学的研究开辟了一条康庄大道。可以应用万有引力定律“称量”地球的质量、计算天体的质量、发现未知天体，这些累累硕果体现了万有引力定律的巨大的理论价值。根据万有引力，通过观测卫星运动就可算出地球质量美国2001年发射于2006至2008年访问冥王星的宇宙飞船6.4万有引力理论的成就如何称量地球的质量？显然我们找不到足够大的天平。但科学的迷人之处正在于此，我们可以用万有引力来“称量”地球的质量！那么，我们如何用万有引力来称量地球的质量呢？如果不考虑地球自转的影响，地面上物体受到的重力等于万有引力，g、R、G都是已经测出的物理量，因此可以算出地球的质量。2RmMGmgGgRM2一.实验室称量地球的质量用万有引力我们称量出了地球的质量，那么，我们不禁要往更高的层次考虑，太阳的质量能不能计算出来呢？设太阳的质量为M，行星的质量是m，r是行星与太阳之间的距离，ω是行星公转的角速度。于是可以得到行星运动的角速度ω不能直接测出，但可以测出它的公转周期T，代入上式可得rmrMmG22T2二.计算天体的质量和密度2324GTrM当匀速圆周运动的天体绕中心天体表面运行时，r=R，3233RGTr估算天体的密度VM343RV23GT和由R是中心天体的半径三.发现未知天体你知道海王星是如何被发现的吗？海王星地貌海王星的轨道由英国的剑桥大学的学生亚当斯和法国年轻的天文爱好者勒维耶各自独立计算出来。1846年9月23日晚，由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列的方法预言另一颗新星的存在.在预言提出之后，1930年3月14日，汤博发现了这颗新星——冥王星。位居太阳系九大行星末席70多年的冥王星，自发现之日起地位就备受争议。根据国际天文学联合会大会2006年8月24日通过的新定义，“行星”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、并且能够清除其轨道附近其他物体的天体。根据新定义，同样具有足够质量、呈圆球形，但不能清除其轨道附近其他物体的天体被称为“矮行星”。冥王星是一颗矮行星。冥王星的降级诺贝尔物理学奖获得者物理学家冯·劳厄说：“没有任何东西像牛顿引力理论对行星轨道的计算那样，如此有力地树立起人们对年轻的物理学的尊敬。从此以后，这门自然科学成了巨大的精神王国……”四.分析天体运动的方法1.一个模型：行星绕恒星的运动看成匀速圆周运动。2.两条思路：（1）不考虑恒星自转：（2）万有引力提供向心力：2RmMGmg222n2Mmv2Gmammrm()rrTr课堂小结GgRM22324GTrM1.实验室称量地球的质量2.计算天体的质量3.发现未知天体如海王星、冥王星、哈雷彗星等的发现。4.分析天体运动的方法课堂练习1.在研究宇宙发展演变的理论中，有一种学说叫做“宇宙膨胀说”.这种学说认为万有引力常量G在缓慢地减小，根据这一理论，在很久很久以前，太阳系中地球的公转情况与现在相比（）A.公转半径R较大B.公转周期T较小C.公转速率v较小D.公转角速度ω较小B2.若已知万有引力常量为G，则已知下面哪组选项的数据能计算出地球的质量（）A.已知地球的半径和地球表面的重力加速度；B.月球绕地球运行的周期和月球离地球中心的距离；C.人造地球卫星在地面附近绕行的速度和运动周期；D.地球同步卫星距离地面的高度；ABC3.科学家们推测，太阳系的第十大行星就在地球的轨道上，从地球上看，它永远在太阳的背面，人类一直未能发现它，可以说是“隐居”着的地球的“孪生兄弟”。由以上信息我们可能推知（）A.这颗行星的公转周期与地球相等B.这颗行星的自转周期与地球相等C.这颗行星的质量与地球相等D.这颗行星的密度与地球相等A1682年，天空出现了一颗大彗星。英国天文学家哈雷(E．HaIIey)发现它的轨道跟1531年、l607年出现的大彗星的轨道基本重合，他大胆断言，这三次出现的彗星是同一颗星，并根据万有引力定律计算出这颗彗星的椭圆轨道，发现它的周期约为76年。这颗彗星能否按哈雷的计算在76年后回归，这又一次成为对牛顿万有引力定律的严峻考验。1759年3月13日——与预算日期仅差l个月，这颗大彗星果然不负众望，光耀夺目地通过近日点；课外阅读未知天体的探索5月15日，它终于向世人展现了它那长长的美丽的彗尾。这是人类确认的第一颗周期性彗星，它的回归成为当时破天荒的奇观。人们难以想象，神出鬼没的彗星居然也有稳定的轨道，而且还能被准确地预测。这颗大彗星后来被称为哈雷彗星．它最近的一次回归是l985年，下一次回归应该是2061年，同学们一定有幸目睹它的迷人风采。1781年3月13日，英国著名天文学家威廉·赫歇尔发现天王星以后，世界上一些天文学家根据牛顿引力理论计算天王星轨道时，发现计算的结果总与实际观测位置不符合。这就引起人们思索，是牛顿理论有问题，还是另外有一个天体引力施加在天王星上?1845年，一位年仅26岁的英国剑桥大学青年教师亚当斯，通过计算研究认为在天王星轨道外还有一颗大行星，正是这颗未知的大行星的引力，才使理论计算和实际观测的位置不符合，并且他计算预测了这颗未知大行星在天空中的位置。然而，他的预测没有引起有关天文学家的重视。1845年夏季，法国天文工作者勒威耶，也独立地通过计算预测了天王星轨道外这颗未知大行星在天空中的位置。德国柏林天文台台长伽勒，根据勒威耶的预报位置，于l846年9月23日果然发现了这颗大行星。其发现位置与勒威耶预报的位置仅差52分，与亚当斯预报的位置仅差27分。亚当斯勒威耶太阳系、银河系和河外星系我们的太阳系由太阳、8大行星及它们的卫星、小行星、彗星以及大量尘埃、气体、等离子体、辐射粒子和电磁场构成，它的空间尺度几乎达到1光年。银河系是一个巨大的旋转的盘状星系，直径约10万光年，盘的中心厚约6000光年，由大约1000亿颗恒星组成。我们的太阳系是这个巨大星系的一部分，距银河系中心约3万光年，它以250km／s的速度围绕银河系的中心旋转，转一周需要2．5亿年。银河系的1000亿颗恒星，分别组成自己的“太阳系”，它们也可能有自己的行星和卫星。各个太阳系之间至少相距几个光年。在“银河”的外面，有一个球形分布的银晕，里面稀疏地分布着恒星和约500个球状银晕，直径约9万光年，银晕的外面还有一个呈球状分布的银冕，它是一个充满场和辐射的区域。在银河系这个层次上，除去黑洞等引力场特别的情况之外，万有引力定律在多数情况下还可以应用。类似于银河系的星系在宇宙中大量存在。我们称这些星系为河外星系。星系和星系还结合成团，在万有引力作用下，围绕共同的中心旋转，星系团中的星系一般在100个以上，有的可达上千个。不足100个星系的星系团称为星系群，我们的银河系就和大、小麦哲伦星云、仙女星系(即仙女座大星云，直径16万光年，距我们220万光年)等30多个河外星系一起组成一个星系群，称本星系群。观测表明，我们的本星系群还同其他50多个星系群一起，构成一个超星系团，称为本超星系团，半径在1亿光年左右。宇宙中除去恒星和星系等发射可见光的天体之外，还存在一些发射无线电波、微波、x射线和Y射线的辐射源，这类天体被命名为类星体。近年来，发现的类星体越来越多，而且目前还无法解释类星体惊人的、强大的能量来源。