第十三章宇宙

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1、第十三章宇宙本章学习提要1．万有引力定律及其发现过程。2．宇宙的基本结构。3．天体的演化，主要是恒星的演化过程。本章是物理基础型教材的最后一章，其内容综合了前面所学的很多知识。本章的重点是万有引力定律及其应用，本章的难点是从宇观层面上了解物质的特点。学习中不仅要学习和掌握万有引力定律，也要体会科学家们通过观察、推理等研究宇宙问题的思想方法。初步建立起科学的宇宙观。A万有引力定律一、学习要求知道行星运动的基本特点，理解万有引力定律。感受万有引力定律对天体运动研究的重要影响，知道万有引力恒量的测量中微小

2、量放大等科学方法；并通过查阅资料体会万有引力定律的发现对人类文明史的重大推动作用。二、要点辨析1．运用万有引力定律的注意点万有引力是存在于一切物体之间的一种基本相互作用力。但是牛顿的万有引力定律仅直接适用于两个质点的情况。当两个物体本身的线度远小于它们之间的距离时，可近似运用万有引力定律。对于一个质点存在于均匀球体附近的情况，也可运用万有引力定律。2．微小物理变化量的放大卡文迪什实验验证了万有引力定律．测定了引力常量。他在实验方法上巧妙地利用石英丝的扭转，并通过光学反射加以放大，使得极微小的万有引力

3、能够被观察和测量。这也是一重大的贡献。在物理学中经常要解决微小变化物理量的观测问题，如何使这些微小变化放大，往往是一个重要任务。在学习弹性形变时我们也掌握了用光学反射来放大桌面微小形变的方法。其实，放大镜、望远镜、显微镜、听诊器、扬声器、电路放大器等都是常用的放大微小变化量的手段。11/11三、例题分析【例1】地球中心和月球中心的距离大约是地球半径的60倍，试估算地球表面的同一物体，在靠近月球一侧和远离月球一侧时。该物体与月球间万有引力的比值。【分析】设地球半径为R，地球表面物体在靠近月球一侧时与月

4、球的距离为59R，在远离月球一侧时距离为61R，利用万有引力定律就可以求出其比值。【解答】设月球质量为m1，地球表面物体质量为m2。因此靠近月球一侧时该物体的万有引力大小远离地球一侧时的万有引力大小F1＝，远离地球一侧时的万有引力大小F2＝，因此，F1∶F2＝≈1.069。实际上，正是因为有这样微小的差距，才使地球表面产生了潮汐现象。【例2】一热气球上升到离地面20km处，如果地面重力加速度的值为9.8m/s2，求这一高度处的重力加速度。【分析】地球重力加速度的精确值与高度有关，如果已知地面加速度的

5、值，可由万有引力定律求解高空处的重力加速度。【解答】设这一高处的重力加速度为g′，高度为h，地球半径为R，地球质量为m1。质量为m2的物体在这一高度所受的重力就等于地球对它的万有引力，于是可以列出G＝m2g′，而质量为m2的物体在地面上所受的重力也等于地球对它的万有引力，不同之处仅在于距离是到地球的半径，于是可得G＝m2g，由上述两式相除可得＝代入数值，就可求出g′＝×9.8m/s2＝9.74m/s2。四、基本训练A组1．质量不同的两个物体，它们受到的地球引力的大小是D（）。（A）一定相等（B）一定

6、不相等11/11（C）质量大的物体受到的地球引力大（D）条件不够，无法判断1．卡文迪什实验的重大意义在于D（）。（A）发现了万有引力的存在（B）解决了微小距离的测定问题（C）开创了用实验研究物理的科学方法（D）验证了万有引力定律的正确性。2．假设地球吸引月球的万有引力在某一瞬时突然消失，则月球将C（）。（A）落到地球表面（B）静止在地球上空某一点不动（C）沿月亮轨道的切线方向飞出（D）沿地球和月亮的连线远离地球飞出3．请你用引力常量G、地球半径R和地面的重力加速度g，表示出地球的质量。4．在宇宙天体

7、中，大麦云的质量为太阳质量的1010倍，即2.0×1040kg，小麦云的质量为太阳质量的109倍，即2.0×1039kg，两者相距6.6×1014l．y．（1l．y．＝9.5×1015m），求两者之间的引力。（l．y．为光年符号6.8×107N）5．一个质子由两个u夸克、一个d夸克组成，一个夸克的质量是7.1×10-29kg，求两个夸克相距1.0×10-16m时的相互引力。（质子半径为1.0×10-15m3.36×10-35N）B组6．同桌的两个同学之间也应该有万有引力，若把人看作质点，估算这个引力

8、有多大，并说明为什么感觉不到这个引力的存在通过估算可以发现两个人之间的万有引力非常微小。7．月亮、地球中心间的距离大约是地球半径的60倍，如果地球表面的重力加速度是9.8m/s2。，请计算地球引力使月球具有的加速度2.7×10-3m/s2。8．计算月球表面的重力加速度，并说明图中登月宇航员在月球上能跳跃行走的原因。（已知月球的质量是地球的，月球半径是地球的1.6）9．某中子星的质量为4×1030kg，约等于太阳质量的2倍，而半径仅为10km，求1g质量的物体在其表面所