1、第 六 章,万有引力与航天,情 景 切 入 日出日落，斗转星移，神秘的宇宙壮丽璀璨 当我们远古的祖先惊叹星空的玄妙时，他们就开始试图破译日月星辰等天文现象的奥秘到了17世纪牛顿以他伟大的工作把天空中的现象与地面上的现象统一起来，成功地解释了天体运动的规律。 本章我们将学习对人类智慧影响极为深远、在天体运动中起着决定作用的万有引力定律，并了解它的发现历程和在人类开拓太空中的作用。,知 识 导 航 本章主要讲述了人们对天体运动规律的认识历程及自然界普遍遵循的规律之一万有引力定律。 本章内容可分为三个单元： 第一单元(第1节第3节)：回顾过去，即介绍万有引力定律的建立过程。 第二单元(第4节、第5节
2、)：展示现在，即列举万有引力理论的巨大成就。一是其理论成就“称量地球的质量”、“未知天体的发现”等，二是其实践成就，航天事业的发展及其巨大成果。 第三单元(第6节)：展望未来，指出万有引力定律与任何其他理论一样，有其局限性。 本章的重点是万有引力定律的发现过程和该定律的具体应用。难点是利用万有引力定律解决航空航天及天体运动的实际问题。,3航天正改变着我们的日常生活，从气象卫星到天气预报，从卫星定位系统到自动导航，从失重现象到微重力实验，从太空辐射到太空育种，认真关注科学跟生活、社会的紧密联系，体会物理学就在我们身边。,第一节 行星的运动,学 习 目 标,知 识 导 图,课 前 预 习,知识点
3、1 两种对立的学说,地球,地球,太阳,太阳,匀速圆周,第谷,知识点 2 开普勒行星运动定律,椭圆,椭圆,焦点,相等,相等,半长轴,公转周期,无关,行星的轨道与圆十分接近，在中学阶段的研究中我们按圆轨道处理，即： 1行星绕太阳运动的轨道十分接近圆，太阳处在_。 2对某一行星来说，它绕太阳做圆周运动的角速度(或线速度大小) _，即行星做_运动。,知识点 3 行星运动的一般处理方法,圆心,不变,匀速圆周,立方,平方,判一判 (1)太阳是整个宇宙的中心，其他天体都绕太阳运动。( ) (2)太阳系中所有行星都绕太阳做匀速圆周运动。( ) (3)太阳系中所有行星都绕太阳做椭圆运动，且它们到太阳的距离各不相
4、同。( ) (4)太阳系中所有行星都绕太阳在同一个平面内运动。( ) (5)太阳系中越是远离太阳的行星，运行周期就越大。( ),预习反馈,ABC,解析：地球绕太阳运行时，对于北半球的观察者而言，秋冬季节地球在近地点运动，经过CDA这段曲线；在春夏季节地球经过ABC这段曲线，根据开普勒第二定律，地球在秋冬季节比在春夏季节运动得快一些，时间相应就短一些。一年之内，春夏两季共184天，秋冬两季只有181天。,课 内 探 究,探究一 对开普勒行星运动定律的认识,A,B,减速,加速,2从速度大小认识 如图2所示，如果时间间隔相等，即t2t1t4t3，由开普勒第二定律，面积A等于面积B，可见离太阳越近，行
5、星在相等时间内经过的弧长越长，即行星的速率就越大。,图2,特别提醒：(1)开普勒三定律是对行星绕太阳运动的总结，实践表明该定律也适用于其他天体的运动，如月球绕地球的运动，卫星(或人造卫星)绕行星的运动。 (2)开普勒第二定律说的是同一行星在距太阳不同距离时的运动快慢的规律；开普勒第三定律说的是不同行星运动快慢的规律。,解题指导：正确理解开普勒三定律是解题关键。,C,解析：太阳位于木星运行轨道的一个焦点上，A项错误；火星与木星轨道不同，在运行时速度不可能始终相等，B项错误；“在相等的时间内，行星与太阳连线扫过的面积相等”是对于同一颗行星而言的，不同的行星，则不具有可比性，D项错误；根据开普勒第三
6、定律，对同一中心天体来说，行星公转半长轴的三次方与其周期的平方的比值为一定值，C项正确。,解析：由开普勒第一定律知所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上，A正确，B错误；由开普勒第三定律知所有行星的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等，而各个行星的公转周期不同，故它们的轨道半长轴不同，轨道不同，C错误，D正确。,AD,提示：将地球和火星绕太阳的运动看作是匀速圆周运动，由题图可知，地球到太阳的距离小于火星到太阳的距离，根据开普勒第三定律可得：火星的公转周期更长一些。,探究二 天体运动的规律及分析方法,1模型构建 天体虽做椭圆运动，但它们的轨道一般接近圆。中学阶段我
7、们在处理天体运动问题时，为简化运算，一般把天体的运动当做圆周运动来研究，并且把它们视为做匀速圆周运动，椭圆的半长轴即为圆半径。,解题指导：解决行星运动问题，地球公转周期是一个很重要的隐含条件，可以将太阳系中的其他行星和地球公转周期、公转半径相联系，再利用开普勒第三定律求解。 答案：2062年,B,素 养 提 升,1定性分析：行星靠近太阳时，速率增大；远离太阳时，速率减小。 2定量计算：在近日点、远日点行星的速率与行星到太阳的距离成反比。 3近似处理：行星的运行轨道看成圆时，行星做匀速圆周运动，速率不变。,开普勒第二定律的三种应用,解析：设卫星在A点时的速度为vA，在B点时的速度为vB。在A点附近截取一小段曲线，则此段曲线可看成是一个小段圆弧，半径为L，弧长为l1；同理，在B点附近也截取一小段曲线看成是以地球为圆心的一小段圆弧，半径为s，弧长为l2。分别将圆弧两端与地心相连。设在A点运动弧长l1和在B点运动弧长l2用时相等。,答案：s L 点评：此题做了近似处理，因为在椭圆上任取一小段，每一小段都可看成一个独立的圆周上的一段圆弧，所不同的是不同段的曲率半径不同。,
