第七章万有引力与航天(新人教版-必修2)

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1、 新课标人教版课件系列高中物理必修第七章万有引力与航天7.1行星的运动教学目标 vv知识与技能知识与技能v 1知道地心说地心说和日心说日心说的基本内容v 2知道所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳 处在处在 椭圆的一个焦点上椭圆的一个焦点上v 3知道所有行星的轨道的半长轴的三次方跟它的公所有行星的轨道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，转周期的二次方的比值都相等，且这个比值与行星的且这个比值与行星的 质量无关，但与太阳的质量有关质量无关，但与太阳的质量有关v 4理解人们对行星运动的认识过程是漫长复杂的， 真理是来之不易的v 过程与方法过

2、程与方法v 通过托勒密、哥白尼、第谷布拉赫、开普勒等几位 科学家对行星运动的不同认识，了解人类认识事物本 质的曲折性并加深对行星运动的理解vv情感、态度与价值观情感、态度与价值观v 1澄清对天体运动裨秘、模糊的认识，掌握人类认 识自然规律的科学方法v 2感悟科学是人类进步不竭的动力vv教学重点教学重点v 理解和掌握开普勒行星运动定律，认识行星的运动 学好本节有利于对宇宙中行星的运动规律的认识， 掌握人类认识自然规律的科学方法，并有利于对人造 卫星的学习vv教学难点教学难点v 对开普勒行星运动定律的理解和应用，通过本节的 学习可以澄清人们对天体运动神秘、模糊的认识vv教学方法教学方法v探究、讲授

3、、讨论、练习vv教具准备教具准备v 挂图、多媒体课件v思考：1.古代人对天体运动存在哪些看法？2.“地心说”和“日心说”的观点分别是什么？3.哪种学说统治时间更长？为什么?地心说：日心说：地球是宇宙的中心。地球是静止不动的， 太阳、月亮以及其它行星都绕地球运动。 符合人们的日常经验； 符合宗教地球是宇宙的中心的说法。统治很长时间的原因：太阳是静止不动的，地球和其它行星都绕 太阳转动 。地心说地心说是长期盛行于古代欧洲的宇宙学说。它最初由古希腊学者欧 多克斯在公元前三世纪提出，后来经托勒密（90-168）进一步发展 而逐渐建立和完善起来。托勒密的“地心说”体系地心模型亚里士多德地心说模型日心说哥

4、白尼的“日心说”体系约在公元前260年，古希腊天文学家阿利斯塔克最早提出了日心说的 观点。但真正发展并完善日心说的，是来自波兰的哥白尼哥白尼（1473- 1543）。日心说模型日心说模型哥白尼雕像（加沙）哥 白 尼 观 测 用 的 天 文 仪 器v十六世纪“日心说”创立之前的一千多年中 ，“地心说”一直占统治地位，并长期为教 会所利用，宣称恒星天上面是最高天，也 就是天神的住所。由于这一学说没有反映 行星运动的本质，经不起长时间的观测检 验，后来为哥白尼“日心说”所推翻。思考：v“日心说”的观点绝对正确吗？第 谷（丹麦）开普勒（德国）四年多的刻苦计算二十年的精心观测8分的误差 否定19 种假设

5、 行星轨道为椭圆若是匀速圆 周运动怎么回事 呢潜心研究所有的行星围绕太阳运动的轨道椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上。 开普勒第一定律（轨道定律）对于每一个行星而言，太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积。开普勒第二定律（面积定律）对于每一个行星而言，太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积。若tABAB= tCDCD = tEKEK ，则sABAB= sCDCD = sEKEK 开普勒第二定律SEKABCDEKSABSCD（周期定律）所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等。 即：R3 / T 2 = k开普勒第三定律K是一个只决定于被绕天体（中心天体）质量的物

6、理量R太阳系太阳系九大行星绕太阳运动的情景 想一想你能否例举一些事实或设计一个实验来说明：卫星绕行星运转，行星带着它们的卫星绕太阳运 转，整个太阳系绕银河系中心运转，银河系这个整体 也在运动。并不存在一个绝对的运动中心，运动本身 也是相对的。“太阳“不过是银河系中一千多亿颗恒星 中的一员罢了! 是地球绕太阳转动而不是太阳绕地球转动。 地球绕太阳转动是椭圆轨道而不是正圆轨道。课堂小结二、行星运动定律1、第一定律（轨道定律）2、第二定律（面积定律）3、第三定律（周期定律） R 3/ T2 =k （K是一个只与中心天体质量有关的物理量）地球是中心地球偏心 太阳是中心宇宙无限 （科学精神推动了认识发展

7、）一、地心说与日心说7.2太阳与 行星间的引力教学目标 知识与技能 理解太阳与行星间存在引力 根据开普勒定律和牛顿第三定律推导出太阳与行星之间的引力表达式 过程与方法 通过推导太阳与行星间的引力公式，体会逻辑推理在物理学中的重要 性。 情感态度与价值观 感受太阳与行星间的引力关系，从而体会大自然的奥秘 教学重点根据开普勒定律和牛顿第三定律推导出太阳与行星之间的 引力表达式 教学难点根据开普勒定律和牛顿第三定律推导出太阳与行星之间的 引力表达式温故而知新温故而知新开普勒行星运动定律 第一定律：所有行星绕太 阳的轨道都是椭圆， 太阳处在椭圆的一个焦点 上。 第二定律：对任意一个行 星来说，它与太阳

8、的 连线在相等的时间内扫过 相等的面积 第三定律：所有行星的椭 圆轨道的半长轴的三次 方跟它的公转周期的二 次方的比值都相等。即:k值与中心天体有关， 而与环绕天体无关什么力来维持行星绕太阳的运动呢？科学家们的足迹1 1、伽利略：、伽利略：一切物体都有合并的趋势，这种趋势导致物体做圆周运动一切物体都有合并的趋势，这种趋势导致物体做圆周运动 。2、开普勒：开普勒：受到了来自太阳的类似与磁力的作用。受到了来自太阳的类似与磁力的作用。3 3、笛卡儿：、笛卡儿：在行星的周围有旋转的物质在行星的周围有旋转的物质( (以太）作用在行星上，使得行以太）作用在行星上，使得行 星绕太阳运动。星绕太阳运动。4 4

9、、胡克、哈雷等、胡克、哈雷等: :受到了太阳对它的引力，证明了如果行星的轨道是圆受到了太阳对它的引力，证明了如果行星的轨道是圆 形的，其所受的引力大小跟行星到太阳的距离的二次方成反比，但形的，其所受的引力大小跟行星到太阳的距离的二次方成反比，但 没法证明在椭圆轨道规律也成立。没法证明在椭圆轨道规律也成立。5 5、牛顿：如果太阳和行星间的引力与距离的二次方成反比，则行星的 轨迹是椭圆.并且阐述了普遍意义下的万有引力定律。一、太阳对行星的引力1、设行星的质量 为m，速度为v ，行星到太阳 的距离为r，则 行星绕太阳做 匀速圆周运动 的向心力太阳 对行星的引力 来提供太阳对行星的引力即:太阳对不同行

10、星的引力，与行星的质 量成正比，与行星和太阳间的距离的二 次方成反比。二、行星对太阳的引力v太阳与行星间的引力大小为:G为比例系数，与太阳、行星的质量无关方向：沿着太阳和行星的连线课堂小结课堂小结1. 我们把行星绕太阳的椭圆运动椭圆运动简化为匀速圆周运动匀速圆周运动； 2. 我们一致认为行星绕太阳做匀速圆周运动需要向心力 ，这个向心力向心力是由太阳对行星的引力太阳对行星的引力提供的； 3. 我们预期太阳对行星的引力与太阳到行星的距离有关 ，希望通过行星绕太阳做匀速圆周运动需要的向心力 求出这个引力，通过两次数学代换得到了太阳对行星 的引力与太阳到行星的距离相关的数学表达式； 4. 通过类比类比

11、得到了行星对太阳的引力与太阳到行星的距 离相关的数学表达式； 5. 综合概括综合概括得到了太阳与行星间引力的数学表达式。7.3万有引力定律教学目标 v知识与技能体会物理研究中猜想与验证的魅力，能够踏着 牛顿的足迹了解月地检验。进一步大胆地推导得出万有引力定律。了解引力常量的测量及意义。v过程与方法通过月地检验感觉逻辑推理的严谨。感受牛顿在推导出万有引力定律过程中的魄力 。体会物理学中将微波形变放大的思想。v情感态度与价值观让学生体验感受物理研究过程中的严谨与魅 力，激发学生研究物理的兴趣。感受科学知识在生产生活中的巨大作用力。v教学重点v万有引力推导的过程。v万有引力公式的体会及应用。v引力常

12、量的有关知识。v教学难点v万有引力推导的过程。v万有引力公式的体会及应用。把行星绕太阳运动看作匀速圆周运动近似化如果认为行星绕太阳做匀速圆周运动，那么，太阳对 行星的引力F应为行星所受的向心力，即： F引= F向=m2rmv2/r因为： 2/T ； v=2r/T 得：F引=m(2r/T)2/r= 42mr/T2 怎么办 呢？如果认为行星绕太阳做匀速圆周运动，那么，太阳对 行星的引力F应为行星所受的向心力，即： F引= F向=m 2rmv2/r因为： 2/T ； v=2r/T 得：F引=m(2r/T)2/r= 42mr/T2 根据开普勒第三定律：r3/T2是常数kF引=42mr/T2= 42(r

13、3/T2) m/r2 有：F引=42km/r2所以可以得出结论：太阳对行星的引力跟行星的质量 成正比，跟行星到太阳的距离的二次方成反比。即：Fm/r2怎么办 呢？太阳对行星的引力 （F引）跟行星的质 量有关，F引与太阳质量有关吗？因为：F引=42km/r2K与太阳质量有关那么究竟F引与太阳质量有什么关系呢？牛顿根据牛顿第三定律大胆的猜想：既然太阳对行星的引力与行 星的质量成正比，也应该与太阳的质量成正比。F引 Mm/r2写成等式：F引= GMm/r2行星绕太阳运动遵守这个规律，那么在其他物体之间是否适用这个规 律呢？ 牛顿还研究了月球绕地球的运动，发现它们间的引力跟太阳与行星间 的引力遵循同样

14、规律。牛顿在研究了许多物体间遵循规律的引力之后，进一步把这个规律推广 到自然界中任何两个物体之间，于1687年正式发表了万有引力定律：万有引力定律：1.内容：自然界中任何两个物体都是相互吸引的，引力的大 小跟这两个物体的质量的乘积成正比，跟它们的距离的二次 方成反比。2.公式：Gm1m2 F=r23.G：是引力常数，适用于任何两个物体。其标准值为G=6.6725910-11Nm2/kg2通常情况下取G=6.6710-11Nm2/kg24.距离r的确定a.若两物体可看作质点，则为两质点间距；b.对于均匀的球体，应是两球心间距。5.万有引力定律的历史意义： 17世纪自然科学最伟大的成果之一，第一

15、次揭示 了自然界中的一种基本相互作用的 规律，在人类认识自然的历史上树立了一座 里程碑。 在文化发展史上的重大意义：使人们建立 了有能力理解天地间的各种事物的信心，解 放了人们的思想，在科学文化的发展史上起 了积极的推动作用。思考与讨论 我们人与人之间也一样存在万有引力，可是为 什么我们感受不到呢？假设质量均为60千克的两位同学，相距1米 ，他们之间的相互作用的万有引力多大？F=Gm1m2/r2 =6.6710-116060/12 =2.410-7(N)2.410-7N是一粒芝麻重的几千分之一 ，这么小的力人根本无法察觉到。 那么太阳与地球之间的万有引力又是多大呢 ？已知：太阳的质量为M=2.01030kg，地球质 量为m=5.81025kg，日地之间的距离为 R=1.51011kmF=GMm/R2 =6.6710-112.010306.01024/(1.51011)2 =3.51022(N)3.51022N非常大，能够拉断直径为9000km的钢柱。而太阳对质量为50kg的人，引力很小，不到 0.3N。当然我们感受不到太阳的引力。7.4万有引力理论 的成就教学目标 v1知识与技能：v(1)了解地球表面物体的万有引力两个分力的大小关系 ，计算地球质量；v(2)行星