高中物理 备课资料4《万有引力理论的成就》 新人教版必修1.doc

人教版高一物理必修1备课资料4《万有引力理论的成就》一、哈雷彗星的预报1682年天空出现了一颗大彗星.英国天文学家哈雷（E.Halley）发现它的轨道跟1531年、1607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1个月这颗大彗星果然不负众望光耀夺目地通过近日点；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1985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.二、“橘子与柠檬”之争“许多自然科学的理论之所以被称为真理不但在于自然科学家们创立这些学说的时候而且在于为尔后的科学实验所证实的时候.”牛顿发现的万有引力定律开始只有一个假设也是在其后一百多年间由于不断被科学实验所证实才逐渐得到普遍承认.人类的家庭—地球对万有引力定律最有效的实验验证之一是关于地球形状的预测.16世纪初航海家麦哲伦（F.Magellan）率船队环球航行历时三年终于成功这足以证明地球为一球体.那么地球是不是一个半径处处相同的标准球体呢？在无法从地球之外观察地球全貌也无法在地面上进行实际测量的情况下只能借助某些现象作一些预测.牛顿通过用万有引力定律的理论计算大胆预言：由于地球的自转赤道部分的物质应向外隆起使地球成为两极稍扁的扁球体犹如一个橘子.笛卡儿根据涡旋假设作出预言地球应是两极伸长的扁球体犹如一个柠檬.这场“橘子与柠檬”之争持续了几十年直到1735年法国科学院派出两个测量队分赴赤道地区和高纬度地区测量后才一锤定音牛顿胜利了万有引力定律也胜利地经受住了考验.三、海王星的发现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1846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.四、太阳系、银河系和河外星系我们的太阳系由太阳、9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（如图所示）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250km/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多个河外星系一道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（团）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.在大于1亿光年的尺度上物质不再呈现成团结构而是在宇宙中均匀各向同性地分布着.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.