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1、第三章 万有引力定律,(教师参考) 一、课程标准 1.内容标准 (1)通过有关事实了解万有引力定律的发现过程.知道万有引力定律.认识发现万有引力定律的重要意义,体会科学定律对人类探索未知世界的作用. (2)会计算人造卫星的环绕速度.知道第二宇宙速度和第三宇宙速度. (3)体会科学研究方法对人们认识自然的重要作用.举例说明物理学的进展对于自然科学的促进作用. 2.活动建议 (1)观看有关人造地球卫星、航天飞机、空间站的录像片. (2)收集我国和世界航天事业发展历史和前景的资料,写出调查报告.,二、高考内容及要求 1.万有引力定律及其应用.() 2.环绕速度.() 3.第二宇宙速度和第三宇宙速度.
2、() 三、教学建议 1.本章教材是应用牛顿运动定律对曲线运动的研究.牛顿把运动定律用于研究天体运动并结合开普勒定律建立了万有引力定律.牛顿运动定律和万有引力定律构成了牛顿力学的核心内容. 2.课时安排: (1)天体运动1课时 (2)万有引力定律1课时 (3)万有引力定律的应用2课时 (4)人造卫星 宇宙速度2课时,3.教学中注意以下两点: (1)万有引力定律的发现过程,歌颂了前辈科学家的研究精神,也展现了科学家们富有创造而严谨的科学思维,是发展思维能力难得的好材料.建议学生在认真阅读教材的同时查找一些有关哥白尼、第谷、开普勒、牛顿等科学家的材料,重温和体会科学大师的科学思维. (2)学习时一定
3、要积极参与,结合生活实例让学生去体验、分析.天气预报的卫星云图、卫星定位系统自动导航的汽车、太空辐射进行的太空育种等航天活动正在改变着我们的生活和社会,科学就在我们身边.,第1节 天体运动,自主学习,课堂探究,达标测评,自主学习 课前预习感悟新知,(教师参考) 目标导航,重点:开普勒第三定律的应用 难点:开普勒行星运动定律的理解,情境链接 如图所示为地球绕太阳公转的情境,请问地球绕太阳公转的轨道有什么特点?金星、木星等太阳的其他行星绕太阳公转的轨道呢?它们运动的快慢与什么有关?,信息 1.地球及其他行星的公转轨道都是椭圆. 2.行星运动的快慢与到太阳的距离有关.,教材梳理,一、地心说和日心说
4、1. 地心说 : 是宇宙的中心,是静止不动的,其他天体围绕地球转动.代表人物托勒密. 2.日心说:太阳是宇宙的中心,是静止的,地球和其他行星都绕太阳运动.代表人物哥白尼.,地球,想一想 地心说和日心说哪一种更完美? 答案:地心说和日心说都不完善,地球和太阳都是运动的.鉴于当时人们对自然科学的认识能力,日心说比地心说更完美地解释了天体的运动.,二、开普勒行星运动定律,焦点,面积,半长轴,公式: =k,k是一个与行星无关的常量,r3/T2,议一议 行星距太阳较近处与距太阳较远处相比,运动的速率何处较大?,答案:由开普勒第二定律可知,由于在相等时间内,行星与太阳的连线扫过相等的面积,显然相距较近处相
5、等时间经过的弧长较长,运动速率较大.,1.绕太阳运动的行星的轨道都是圆.( ) 2.围绕太阳运动的行星的速率是不变的.( ) 3.开普勒定律仅适用于行星绕太阳的运动.( ) 4.行星轨道的半长轴越长,行星的周期越长.( ) 5.地心说的代表人物是托勒密,日心说的代表人物是哥白尼.( ),思考判断,答案:1. 2. 3. 4. 5.,要点一,开普勒行星运动定律的理解,课堂探究 核心导学要点探究,【问题导学】 根据开普勒第二定律,地球与太阳连线和火星与太阳连线在相等时间内扫过的面积相等,对吗? 答案:不对,第二定律是针对同一行星而言的.,【要点归纳】 1.对开普勒第一定律的理解:行星的轨道都是椭圆
6、,不同行星轨道的半长轴不同,即各行星的椭圆轨道大小不同,但所有轨道都有一个共同的焦点,太阳在此焦点上.因此开普勒第一定律又叫轨道定律.变化. 2.对开普勒第二定律的理解:,(1)如图所示,如果时间间隔相等,即t2-t1=t4-t3,由开普勒第二定律,面积SA=SB,可见离太阳越近,行星在相等时间内经过的弧长越长,即行星的速率越大.因此开普勒第二定律又叫面积定律. (2)近日点、远日点分别是行星距离太阳的最近点、最远点,所以同一行星在近日点速率最大,在远日点速率最小.,3.对开普勒第三定律的理解 (1)行星公转周期跟轨道半长轴之间有对应关系,椭圆轨道半长轴越长的行星,其公转周期越长;反之,其公转
7、周期越短. (2)该定律不仅适用于行星,也适用于其他天体.例如,绕某一行星运动的不同卫星. (3)研究行星时,常数k与行星无关,只与太阳有关.研究其他天体时,常数k只与其中心天体有关.,【典例1】 (多选)关于行星绕太阳运动,下列说法正确的是( ) A.行星在椭圆轨道上绕太阳运动的过程中,其速度与行星和太阳之间的距离有关,距离小时速度小,距离大时速度大 B.所有行星在椭圆轨道上绕太阳运动,太阳在椭圆轨道的一个焦点上 C.所有行星绕太阳运动的周期都是相等的 D.行星之所以在椭圆轨道上绕太阳运动,主要是由于太阳对行星的引力作用,思路点拨 (1)由开普勒第二定律可知行星离太阳距离小时速度大,距离大时
8、速度小,才能在相等时间内扫过相等的面积. (2)由开普勒第三定律可知行星离太阳距离小时公转周期也小.,BD,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,B正确;由开普勒第二定律知行星离太阳距离小时速度大,距离大时速度小,A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,C错误;行星间的引力、行星与其他天体间的引力远小于行星与太阳间的引力,太阳的引力提供行星绕太阳运动的向心力,D正确.,规律方法 开普勒第二定律的应用,(教师备用) 例1-1:火星和木星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行,根据开普勒行星运动定律可知( ) A.太阳
9、位于木星运行轨道的中心 B.火星和木星绕太阳运行速度的大小始终相等 C.火星与木星公转周期之比的平方等于它们轨道半长轴之比的立方 D.相同时间内,火星与太阳连线扫过的面积等于木星与太阳连线扫过的面积,C,针对训练1-1 (多选)某行星绕太阳运动的轨道如图所示.则以下说法正确的是( ) A.太阳一定在椭圆的一个焦点上 B.该行星在a点的速度比在b,c两点的速度都大 C.该行星在c点的速度比在a,b两点的速度都大 D.行星与太阳的连线在相等时间内扫过的面积是相等的,解析:由开普勒第一定律知,太阳一定位于椭圆的一个焦点上,A正确;由开普勒第二定律知太阳与行星的连线在相等时间内扫过的面积是相等的,因为
10、a点与太阳的连线最短,b点与太阳的连线最长,所以行星在a点速度最大,在b点速度最小,选项B,D正确,C错误.,ABD,要点二 开普勒行星运动定律的应用 【问题导学】 若将行星的运动看成圆周运动,开普勒第三定律应怎样表述?,【要点归纳】 开普勒行星运动定律的又一表述 由于大多数行星绕太阳运动的轨道与圆十分接近,因此,在中学阶段的研究中可以按圆周运动处理,这样,开普勒三定律就可以这样表述: 1.开普勒第一定律 行星绕太阳运动的轨道十分接近圆,太阳处在圆心. 2.开普勒第二定律 对某一行星来说,它绕太阳做圆周运动的角速度(或线速度)不变,即行星做匀速圆周运动. 3.开普勒第三定律 所有行星轨道半径的
11、三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等,即 =k.,答案:行星轨道半径的三次方与公转周期的二次方的比值是一个常量.,特别提示 天体的运动遵循牛顿运动定律及匀速圆周运动规律,它的运动与一般物体的运动在应用这两个规律上没有区别.,【典例2】 (多选)太阳系中的第二大行星土星的卫星众多,目前已发现数十颗.下表是有关土卫五和土卫六两颗卫星的一些参数.则两卫星相比较,下列判断正确的是( ),A.土卫五的公转周期较小 B.土卫六的转动角速度较大 C.土卫六的向心加速度较小 D.土卫五的公转速度较大,ACD,思路点拨,规律方法 应用开普勒第三定律处理这类问题,在求解过程中要注意半长轴的概念.同时要善于利用
12、比值来列式.,(教师备用) 例2-1:我国发射“天宫一号”空间实验舱时,先将实验舱发送到一个椭圆轨道上,其近地点M距地面200 km,远地点N距地面362 km,如图所示.进入该轨道正常运行时,其周期为T1,通过M,N点时的速率分别是v1,v2.当某次通过N点时,地面指挥部发出指令,点燃实验舱上的发动机,使其在短时间内加速后进入离地面362 km的圆形轨道,开始绕地球做匀速圆周运动,周期为T2,这时实验舱的速率为v3.比较在M,N,P三点正常运行时(不包括点火加速阶段)的速率大小和加速度大小,及在两个轨道上运行的周期,下列结论正确的是( ),A,解析:根据开普勒第三定律(周期定律)可知,轨道半
13、径大的周期大,所以T1v2,v1v3,选项B错误,A正确;由a= 可知,a1a2,选项C错误.,针对训练2-1 地球和木星绕太阳运行的轨道都可以看做是圆形的.已知木星的轨道半径约为地球轨道半径的5.2倍,则木星与地球绕太阳运行的线速度之比约为( ) A.0.19 B.0.44 C.2.3 D.5.2,B,达标测评 随堂演练检测效果,1.(多选)关于天体的运动,以下说法中错误的是( ) A.天体的运动和地面上物体的运动遵循不同的规律 B.天体的运动是最完美、最和谐的匀速圆周运动 C.太阳从东边升起,从西边落下,所以太阳绕地球运动 D.太阳系中所有的行星都绕太阳运动,ABC,解析:天体的运动与地面
14、上物体的运动都遵循相同的物理规律,都遵循牛顿运动定律等,选项A错误;天体的运动轨道都是椭圆,而非圆,只是有时将椭圆当作圆处理,但椭圆毕竟不是圆,选项B错误;太阳从东边升起,又从西边落下,是地球自转的结果,选项C错误.只有D正确.,2.火星和木星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行,根据开普勒行星运动定律可知( ) A.火星与木星公转周期相等 B.火星和木星绕太阳运行速度的大小始终不变 C.太阳位于木星运行椭圆轨道的某个焦点上 D.相同时间内,火星与太阳连线扫过的面积等于木星与太阳连线扫过的面积,C,解析:根据开普勒第三定律, =k,k为常量,火星与木星公转的半径不等,所以火星与木星公转周期不相等,故A错
15、误;根据开普勒第二定律:对每一个行星而言,太阳与行星的连线在相等时间内扫过的面积相等,行星在此椭圆轨道上运行的速度大小不断变化,故B错误;太阳与行星的连线在相等时间内扫过的面积相等是对同一个行星而言,故D错误;根据开普勒第一定律:所有行星分别沿不同大小的椭圆轨道绕太阳运动,太阳处于椭圆的一个焦点上,故C正确.,3.(多选)把火星和地球绕太阳运行的轨道视为圆周,由火星和地球绕太阳运动的周期之比可求得( ) A.火星和地球的质量之比 B.火星和太阳的质量之比 C.火星和地球到太阳的距离之比 D.火星和地球绕太阳运行速度的大小之比,CD,4.两颗行星的质量分别为m1和m2,它们绕太阳运转轨道的半长轴分别为r1和r2.如果m1=2m2,r1=4r2,求它们的运行周期之比T1T2.,答案:81,(教师参考) 课堂小结,谢谢观赏！,
