高中物理6-4萬有引力理論的成就42張

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1781年3月13日，這是一個(gè)很平常的日子，晴朗而略帶寒意的夜晚(見下圖)．英國天文學(xué)家威廉·赫歇爾(1738——1822)跟往常一樣，在其妹妹加羅琳(1750——1848)的陪同下，用自己制造的口徑為16厘米、焦距為213厘米的反射望遠(yuǎn)鏡，對(duì)著夜空熱心地進(jìn)行巡天觀測(cè)．當(dāng)他把望遠(yuǎn)鏡指向雙子座時(shí)，他發(fā)現(xiàn)有一顆很奇妙的星星，乍一看像是一顆恒星，一閃一閃地發(fā)光，引起了他的懷疑．,經(jīng)過一段時(shí)間的觀測(cè)和計(jì)算之后，這顆一直被看作是“彗星”的新天體，實(shí)際上是一顆在土星軌道外面的大行星——天王星．,天王星被發(fā)現(xiàn)以后，天文學(xué)家們都想目睹這顆大行星的真面目，在人們觀測(cè)和計(jì)算中，發(fā)現(xiàn)天王星理論計(jì)算位置與實(shí)際觀測(cè)位置總有誤差，就是這一誤差，引起了人們對(duì)“天外星”的探究，并于1864年9月23日發(fā)現(xiàn)了太陽系的第八顆行星——海王星． 海王星被稱為“從筆尖上發(fā)現(xiàn)的行星”，原因就是計(jì)算出來的軌道和預(yù)測(cè)的位置跟實(shí)際觀測(cè)的結(jié)果非常接近，科學(xué)家在推測(cè)海王星的軌道時(shí)，應(yīng)用的物理規(guī)律有哪些？,1．地球上的物體具有的重力是由于__________而產(chǎn)生的，若不考慮地球自轉(zhuǎn)的影響，地面上的物體所受的重力等于物體受到的________________． 所以我們只需測(cè)出________和地球表面的__________即可求地球的質(zhì)量． 2．計(jì)算中心天體的質(zhì)量，首先觀測(cè)圍繞中心天體運(yùn)動(dòng)的______________r和____________，然后根據(jù)萬有引力提供________．由牛頓第二定律列出方程，求得中心天體的質(zhì)量M＝________________.,3．海王星是在________年________月________日德國的伽勒在勒維耶預(yù)言的位置附近發(fā)現(xiàn)的，發(fā)現(xiàn)的過程是：發(fā)現(xiàn)________的實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌道與______________________的軌道總有一些偏差，根據(jù)觀察到的偏差數(shù)據(jù)和萬有引力定律計(jì)算出__________________，并預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的時(shí)刻和位置；在預(yù)測(cè)的時(shí)間去觀察預(yù)測(cè)的位置． 海王星與冥王星的發(fā)現(xiàn)最終確立了___________，也成為科學(xué)史上的美談．,——地球質(zhì)量的稱量 (1)稱量條件：不考慮地球自轉(zhuǎn)的影響． (2)稱量原理：地面上物體所受的重力等于地球?qū)λ娜f有引力．mg＝GMm/R2 (3)稱量結(jié)果：M＝gR2/G＝5.96×1024kg.,1881年，科學(xué)家佐利設(shè)計(jì)了一個(gè)測(cè)量地球質(zhì)量的方法：首先，在長臂天平的兩盤放入質(zhì)量同為m的砝碼，天平處于平衡狀態(tài)；然后，在左盤正下方放入一質(zhì)量為M的大球，且球心與砝碼有一很小的距離d；接著又在右盤中加質(zhì)量為Δm的砝碼，使天平又恢復(fù)平衡狀態(tài)．試導(dǎo)出地球質(zhì)量M0的估算式________．(地球半徑為R),其中GM＝g′R2是在有關(guān)計(jì)算中常用到的一個(gè)替換關(guān)系，被稱為“黃金替換”．,我國2007年10月24日發(fā)射的“嫦娥一號(hào)”(如圖)，對(duì)月球進(jìn)行科學(xué)探測(cè)，進(jìn)行三維立體照相，分析月球土壤的成分；美、俄也計(jì)劃于2014年前重返月球．新的一輪月球探測(cè)已經(jīng)開始．通過繞月衛(wèi)星的運(yùn)行參數(shù)(軌道半徑r、周期T，線速度v)可進(jìn)行有關(guān)計(jì)算，下列說法正確的是( ),A．計(jì)算月球的質(zhì)量 B．計(jì)算月球的密度 C．計(jì)算月球的自轉(zhuǎn)周期 D．計(jì)算月球的公轉(zhuǎn)周期 答案：A,(1)1781年發(fā)現(xiàn)天王星的運(yùn)行軌道與根據(jù)萬有引力定律計(jì)算出來的軌道總有一些偏差． (2)預(yù)測(cè)在天王星的軌道外面還有一顆未發(fā)現(xiàn)的行星 (3)亞當(dāng)斯和勒維耶各自獨(dú)立地計(jì)算出這顆“新”星的運(yùn)行軌道． (4)1946年9月23日晚，德國的伽勒在預(yù)言的位置發(fā)現(xiàn)了這顆新星——海王星． (5)用類似的方法在1930年3月14日，人們發(fā)現(xiàn)了——冥王星．,(1)請(qǐng)判斷上面的結(jié)果是否正確，并說明理由，如不正確，請(qǐng)給出正確的解法和結(jié)果． (2)請(qǐng)根據(jù)已知條件再提出兩種估算地球質(zhì)量的方法并解得結(jié)果． 解析：考查天體運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)以及運(yùn)算能力．,答案：A,宇航員站在一星球表面上某高處，沿水平方向拋出一個(gè)小球，經(jīng)過時(shí)間t，小球落到星球表面，測(cè)得拋出點(diǎn)與落地點(diǎn)之間的距離為L，若拋出時(shí)的初速度增大為原來的2倍，其他條件不變，則拋出點(diǎn)與落地點(diǎn)之間的距離為L.已知兩落地點(diǎn)在同一水平面上，該星球的半徑為R，萬有引力常量為G，求該星球的質(zhì)量M.,某行星的平均密度是ρ，靠近行星表面的衛(wèi)星周期是T，試證明ρT2為一個(gè)常數(shù)． 證明：將行星看做一個(gè)球體，衛(wèi)星繞行星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由萬有引力提供．,1976年10月，劍橋大學(xué)研究生貝爾偶爾發(fā)現(xiàn)在星空中有一個(gè)奇怪的放射電源，它每隔1.337s發(fā)出一個(gè)脈沖訊號(hào)．貝爾和他的導(dǎo)師曾認(rèn)為他們和外星人接上了頭，后來大家認(rèn)識(shí)到，事情沒有那么浪漫，這類天體被定名為“脈沖星”，“脈沖星”的特點(diǎn)是脈沖周期短，且周期高度穩(wěn)定，這意味著脈沖星一定進(jìn)行準(zhǔn)確的周期運(yùn)動(dòng)，自轉(zhuǎn)就是一種很準(zhǔn)確的周期運(yùn)動(dòng)． (1)已知蟹狀星云的中心星PS0531是一顆脈沖星，其周期為0.331s，PS0531的脈沖現(xiàn)象來自自轉(zhuǎn)，設(shè)阻止該星離心瓦解的力是萬有引力，估計(jì)PS0531的最小密度．,(2)如果PS0531的質(zhì)量等于太陽質(zhì)量，該星的可能半徑最大是多少？(太陽質(zhì)量是M＝2×1030kg) 解析：脈沖星周期即為自轉(zhuǎn)周期．脈沖星高速自轉(zhuǎn)不瓦解的臨界條件為：該星球表面的某塊物質(zhì)m所受星體的萬有引力恰等于向心力．,答案：(1)1.3×1012kg/m3 (2)7.16×105m,點(diǎn)評(píng)：對(duì)于信息題，不少學(xué)生解題時(shí)往往大致看一下題目后，覺得這種題從沒見過就喪失信心，自動(dòng)放棄，不愿仔細(xì)閱讀、認(rèn)真分析，或者在沒有明確題意的情況下，草率完成題目．其實(shí)這類題完全是“大帽子”嚇人．帽子底下仍是同學(xué)們熟悉的老面孔．解答信息題的正確方法是：仔細(xì)閱讀，明確題意，弄清原因，善于提取題中的有用信息．本題中，脈沖星脈沖周期即為其自轉(zhuǎn)周期，星體上質(zhì)點(diǎn)隨其高速自轉(zhuǎn)的向心力是萬有引力，星體不離散的條件是萬有引力大于或等于向心力，這是關(guān)鍵信息．在此基礎(chǔ)上取星體表面一塊物質(zhì)為研究對(duì)象，建立勻速圓周運(yùn)動(dòng)模型，列出方程，再與一些輔助方程聯(lián)立即可求解．,(2011·白鷺洲中學(xué)高一檢測(cè))一艘宇宙飛船飛近某一新發(fā)現(xiàn)的行星，并進(jìn)入靠近該行星表面的圓形軌道繞行數(shù)圈后，著陸在行星上，宇宙飛船上備有以下實(shí)驗(yàn)儀器： A．精確秒表一只 B．已知標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量為m的物體一個(gè) C．彈簧測(cè)力計(jì)一個(gè) D．天平一架(附砝碼),已知宇航員在繞行和著陸后各做了一次測(cè)量，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，可求出該行星的半徑R和行星質(zhì)量M.(已知萬有引力常量為G) (1)第一次測(cè)量所選用的器材是：________(用序號(hào)表示)；測(cè)量的物理量是________． (2)第二次測(cè)量所選用的器材是：________(用序號(hào)表示)；測(cè)量的物理量是________． (3)用該數(shù)據(jù)推導(dǎo)出半徑R＝______，M＝________.,答案：(1)A 近行星表面飛行的周期T (2)BC 在星球表面上時(shí)用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量為m的物體的重力時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F,同學(xué)們,來學(xué)校和回家的路上要注意安全,同學(xué)們,來學(xué)校和回家的路上要注意安全,