学练考高中物理 第六章 万有引力与航天课件 新人教版必修2.ppt

1 行星的运动2 太阳与行星间的引力3 万有引力定律4 万有引力理论的成就专题课 人造卫星问题5 宇宙航行6 经典力学的局限性本章总结提升 第六章万有引力与航天 第六章万有引力与航天 1 行星的运动 1 行星的运动 1 行星的运动 教学目标 教学目标 1 了解人类对行星运动规律的认识过程 了解观察方法在认识行星运动规律中的作用 2 知道开普勒行星运动定律及其科学价值 了解开普勒第三定律中的k值的大小只与中心天体有关 3 体会科学家们的科学态度和科学精神 体会对描述自然追求简单和和谐是科学研究的动力之一 1 行星的运动 重点难点 重点 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 难点 对开普勒行星运动定律的理解和应用 重点难点 1 行星的运动 教学建议 教学建议 本节内容对学生来说是抽象的 陌生的 甚至无法去感知 对天体的运动充满好奇 又觉得非常神秘而不易理解 所以我们必须去引导学生了解人们对星体运动认识的发展过程 从 日心说 和 地心说 的内容到其两者之间的争论 从第谷的精心观测到开普勒的数学运算 在学生整体感知的过程中引导学生体会这些大师们对待问题的思路 方法及一丝不苟的科学精神 并激发学生热爱科学 探索真理的求知热情 1 行星的运动 新课导入 新课导入 导入一 我们与无数生灵生活在地球上 白天我们沐浴着太阳的光辉 夜晚 仰望苍穹 繁星闪烁 美丽的月亮把我们带入了无限的遐想之中 这浩瀚无垠的宇宙中有着无数的大小不一 形态各异的天体 它们的神秘始终让我们渴望了解 并不断地去探索 而伟大的天文学家 物理学家已为我们的探索开了头 让我们对宇宙来一个初步的了解 首先 我们来了解行星的运动情况 1 行星的运动 新课导入 导入二 在浩瀚的宇宙中有着无数大小不一 形态各异的天体 如月亮 地球 太阳 夜空中的星星 日出日落 斗转星移 各种天体都在不停地运动 我们知道 月亮绕着地球转 地球绕着太阳转 地球在公转的同时还在自转 天体的运动遵循着什么样的规律 关于不同星体的运动 有地心说和日心说 我们知道地心说是错误的 那么日心说是否就完美无缺呢 行星是否在做完美的匀速圆周运动呢 坐地日行八万里 巡天遥看一千河 由这些无数天体组成的广袤无垠的宇宙始终是人们渴望了解 不断探索的领域 下面 就让我们沿着先辈们的足迹去了解行星的运动特点 1 行星的运动 知识必备 知识必备 知识点一地心说和日心说1 地心说的代表人物是 这个学说的核心观点是认为地球是静止不动的 是宇宙的 2 日心说的代表人物是 这个学说的核心观点是认为太阳是静止不动的 地球和其他的行星都 托勒密 中心 哥白尼 围绕太阳运动 1 行星的运动 知识必备 知识点二开普勒行星运动定律1 开普勒第一定律 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 2 开普勒第二定律 对任意一个行星来说 它与太阳的连线在相等的时间内扫过相等的 3 开普勒第三定律 所有行星的轨道的半长轴的三次方与它的公转周期的二次方的比值都 其数学表达式为 焦点上 面积 相等 1 行星的运动 学习互动 考点一早期科学家对天体运动的研究 想一想 早期科学家对天体运动的研究有哪些主要成果 这些成果都对吗 学习互动 答案 有地心说和日心说 都有其局限性 1 行星的运动 学习互动 要点总结 地球 太阳 例1 多选 16世纪 哥白尼根据天文观测的大量资料 经过40多年的天文观测和潜心研究 提出 日心说 的如下四个基本论点 这四个论点目前看存在缺陷的是 a 宇宙的中心是太阳 所有行星都在绕太阳做匀速圆周运动b 地球是绕太阳做匀速圆周运动的行星 月球是绕地球做匀速圆周运动的卫星 它绕地球运动的同时还跟地球一起绕太阳运动c 太阳不转动 因为地球每天自西向东自转一周 造成太阳每天东升西落的现象d 与日地距离相比 其他恒星离地球都十分遥远 比日地距离大得多 1 行星的运动 学习互动 解析 abc太阳不是宇宙的中心 只是太阳系的中心天体 行星做的也不是匀速圆周运动 a存在缺陷 恒星是宇宙中的主要天体 宇宙中可观察到的恒星大约有1012颗 太阳是离我们最近的一颗恒星 所有的恒星都在宇宙中高速运动着 月球绕地球运动的轨道也不是圆 故b c存在缺陷 1 行星的运动 学习互动 点评 本题考查了天体运动和万有引力的相关物理学史 1 行星的运动 学习互动 考点二开普勒行星运动定律的理解 想一想 行星在距太阳较近处与距太阳较远处相比较 运动速率何处较大 答案 由开普勒第二定律可知 由于行星与太阳的连线在相等时间内扫过相等的面积 显然距太阳较近处的行星在相等时间内经过的弧长必定较长 因此运动速率较大 1 行星的运动 学习互动 要点总结 1 行星绕太阳做椭圆运动 但它们的轨道一般接近圆 为简化运算 一般把天体的运动当作 来研究 椭圆的半长轴即为圆半径 2 开普勒第三定律既适用于椭圆运动又适用于圆周运动 对绕 运动的行星 其常量相同 3 根据开普勒第二定律 行星在 时的速度最大 在 时的速度最小 即行星从近日点到远日点的过程是 从远日点到近日点的过程是 4 开普勒行星运动定律不仅适用于行星绕太阳的运动 也适用于卫星绕行星的运动 卫星绕地球的运动同样满足卫星和地球的连线在相等时间内扫过的面积相等 匀速圆周运动 同一中心天体 近日点 远日点 减速过程 加速过程 1 行星的运动 学习互动 1 行星的运动 学习互动 点评 对于开普勒第三定律 要特别注意两点 k值只与中心天体有关 此处的周期是公转周期 1 行星的运动 学习互动 考点三开普勒第三定律的应用 想一想 关于太阳系行星运动的常识有哪些 答案 1 太阳系有八大行星 行星围绕太阳转 卫星围绕行星转 月球围绕地球转 2 地球绕太阳公转周期为365天 月球绕地球公转周期为27天 例3国际天文学联合会大会投票 通过了新的行星定义 冥王星被排除在太阳系大行星行列之外 太阳系的大行星数量将由九颗减为八颗 若八大行星绕太阳运行的轨迹可粗略地认为是圆 各星球半径和轨道半径如下表所示 从表中所列数据可以估算出海王星的公转周期最接近 a 80年b 120年c 165年d 200年 1 行星的运动 学习互动 1 行星的运动 学习互动 点评 注意本类题目中关于地球绕太阳公转周期为1年经常作为隐含条件出现 1 行星的运动 学习互动 1 行星的运动 学习互动 点评 本题为开普勒第三定律的直接应用 要注意角标的顺序 1 行星的运动 自我检测 1 早期科学家对天体运动的研究 下列说法正确的是 a 地球是宇宙的中心 太阳 月球及其他行星都绕地球运动b 太阳是宇宙的中心 所有天体都绕太阳运动c 太阳是静止不动的 地球和其他行星都绕太阳运动d 地心说 和 日心说 现在看来都是不正确的 自我检测 解析 d 地心说 是错误的 所以a错误 太阳系在银河系中运动 银河系也在运动 所以b c错误 d正确 1 行星的运动 自我检测 2 开普勒行星运动定律的理解 图6 1 1是行星m绕恒星m运动情况的示意图 下列说法正确的是 图6 1 1a 速度最大时是在b点处b 速度最小时是在c点处c m从a到b做减速运动d m从b到a做减速运动 1 行星的运动 自我检测 解析 c由开普勒第二定律可知 行星与恒星的连线在相同时间内应该扫过相同的面积 a离恒星较近 要想在同样的时间内扫过相同的面积 则必须通过更长的弧长 所以在a点的速度是最大的 而在b点的速度是最小的 故选项a b均错误 所以从a到b是减速运动 从b到a是加速运动 所以c正确 d错误 1 行星的运动 自我检测 3 开普勒第三定律的应用 一颗小行星环绕太阳做匀速圆周运动的半径是日地距离的4倍 则它的环绕周期是 a 1年b 2年c 4年d 8年 1 行星的运动 自我检测 2 太阳与行星间的引力 2 太阳与行星间的引力3 万有引力定律 3 万有引力定律 2 太阳与行星间的引力3 万有引力定律 教学目标 教学目标 1 知道太阳与行星间的引力是行星绕太阳运动的原因 是行星圆周运动的向心力 2 知道太阳和行星间引力的方向和表达式 知道牛顿运动定律在推导太阳和行星间引力时的作用 3 知道万有引力定律发现的思路和过程 知道地球上重物下落和天体运动的统一性 4 知道万有引力是一种存在于所有物体之间的引力 知道万有引力定律的适用范围 2 太阳与行星间的引力3 万有引力定律 教学目标 5 会用万有引力进行简单计算 知道公式中r的物理意义 了解引力常量g的测定在科学史上的重大意义 6 了解万有引力定律发现的意义 体会在科学规律发现过程中猜想与求证的重要性 2 太阳与行星间的引力3 万有引力定律 重点难点 重点 探究太阳与行星间的引力与哪些因素有关 难点 1 探究太阳与行星间的引力与哪些因素有关 2 帮助学生用已有知识自主探究出三种引力的大小 重点难点 2 太阳与行星间的引力3 万有引力定律 教学建议 教学建议 本节课我们将追寻牛顿的足迹 根据开普勒行星运动定律和匀速圆周运动的向心力公式 牛顿第二定律在圆周运动中的应用 推导出太阳对行星的引力与行星的质量 行星与太阳间的距离的比例关系 再根据牛顿第三定律推出行星对太阳的引力与太阳的质量 太阳与行星间的距离的比例关系 从而进一步得到太阳与行星间的引力所遵循的规律 为重新 发现 万有引力定律打下基础 2 太阳与行星间的引力3 万有引力定律 教学建议 本节主要内容就是介绍科学家对行星运动原因的各种猜想 及运用旧知识推导太阳与行星间的引力 在介绍是什么原因使行星绕太阳运动时 教师可补充一些材料 使学生领略前辈科学家对自然奥秘不屈不挠的探索精神和对待科学研究一丝不苟的态度 在推导太阳与行星间的引力时 教师可先引导学生理清推导思路 然后放手让学生自主推导 充分发挥学生学习的主体地位 2 太阳与行星间的引力3 万有引力定律 新课导入 新课导入 导入一 目前已知太阳系中有8颗大行星 它们通常被分为两组 内层行星 水星 金星 地球 火星 和外层行星 木星 土星 天王星 海王星 内层行星体积较小 主要由岩石和铁组成 外层行星体积要大得多 主要由氢 氦 冰物质组成 哥白尼说 太阳坐在它的皇位上 管理着围绕着它的一切星球 那么是什么原因使行星绕太阳运动呢 伽利略 开普勒以及法国数学家笛卡儿都提出过自己的解释 然而 只有牛顿才给出了正确的解释 2 太阳与行星间的引力3 万有引力定律 新课导入 导入二 师 提问 请同学们从运动的描述角度思考 开普勒行星运动定律的物理意义是什么 生 思考 回答 交流 第一定律揭示了描述行星运动的参考系及其运动轨迹 第二定律揭示了行星在椭圆轨道上运动经过不同位置的快慢情况 近日点附近速度大 远日点附近速度小 第三定律揭示了不同行星虽然椭圆轨道和环绕周期不同 但由于中心天体相同 所以共同遵循轨道半长轴的三次方与周期的二次方比值相同的规律 八大行星绕太阳做圆周运动 是什么原因造成的呢 我们这节课就一起来探究这个问题 2 太阳与行星间的引力3 万有引力定律 新课导入 师 开普勒在1609和1619年发表了行星运动的三个定律 解决了描述行星运动的问题 但好奇的人们 面向天穹 深情地叩问 是什么力量支配着行星绕着太阳做如此和谐而有规律的运动呢 这节课我们就来认识这些问题 2 太阳与行星间的引力3 万有引力定律 知识必备 知识必备 知识点一太阳与行星间的引力1 太阳对行星的引力太阳对不同行星的引力 与行星的质量m成 与行星和太阳间距离的二次方成 即f 2 行星对太阳的引力行星对太阳的引力 与太阳的质量m成 与行星和太阳间距离的二次方成 即f 反比 正比 正比 反比 2 太阳与行星间的引力3 万有引力定律 知识必备 乘积 3 太阳与行星间的引力太阳与行星间引力的大小与太阳和行星质量的 成正比 与两者距离的二次方成反比 即f 表达式中的g是比例系数 其大小与太阳和行星都无关 引力的方向沿二者的连线 知识点二万有引力定律1 月 地检验由于月球轨道半径约为地球半径的60倍 所以月球轨道上物体受到的引力是地球上的 根据牛顿第二定律 物体在月球轨道上运动时的加速度 月球公转的向心加速度 应该是它在地球表面附近下落时的加速度 自由落体加速度 的 根据计算和测得的数据可以得出 地面物体所受地球的引力与月球所受地球的引力是同一性质的力 2 太阳与行星间的引力3 万有引力定律 知识必备 2 万有引力定律 1 内容 自然界中任何两个物体都相互吸引 引力的方向在它们的连线上 引力的大小与物体的质量m1和m2的 成正比 与它们之间距离r的 成反比 2 表达式 3 引力常量 1 大小 g 2 测定 英国物理学家 在实验室里比较准确地测出了g值 二次方 乘积 卡文迪许 2 太阳与行星间的引力3 万有引力定律 知识必备 考点一万有引力定律的发现过程 想一想 如何验证太阳与行星间引力的规律适用于行星和卫星之间 学习互动 2 太阳与行星间的引力3 万有引力定律 学习互动 2 太阳与行星间的引力3 万有引力定律 学习互动 2 太阳与行星间的引力3 万有引力定律 学习互动 例1万有引力定律的月 地检验 假定维持月球绕地球运动的力与使得苹果下落的力是同一种力 已知地球表面重力加速度g 地球半径r 月球绕地球公转周期为t 月球轨道半径约为地球半径的60倍 根据牛顿运动定律可知月球在轨道上运动的加速度为 而根据月球做匀速圆周运动计算出其向心加速度为 计算结果符合得很好 表明物体间的引力遵从相同的规律 2 太阳与行星间的引力3 万有引力定律 学习互动 点评 本题考查了月 地检验原理 关键是选择合适的公式进行计算 2 太阳与行星间的引力3 万有引力定律 学习互动 考点二引力常量及对万有引力定律的理解和计算 想一想 引力常量的测量用到了什么思想方法 答案 微小量放大法 2 太阳与行星间的引力3 万有引力定律 学习互动 引力常量在数值上等于两个质量都是1kg的质点相距1m时的相互吸引力 两球心间的距离 2 太阳与行星间的引力3 万有引力定律 学习互动 3 对万有引力定律的理解 2 太阳与行星间的引力3 万有引力定律 学习互动 例2 多选 某行星围绕太阳运动的轨迹如图6 2 1所示 忽略其他行星对它的引力作用 当它从近日点a向远日点b运动的图6 2 1过程中 a 速度变小b 速度变大c 加速度变小d 加速度变大 2 太阳与行星间的引力3 万有引力定律 学习互动 2 太阳与行星间的引力3 万有引力定律 学习互动 点评 本题综合考查开普勒行星运动定律 牛顿第二定律 万有引力定律 综合性较强 关键是找准研究问题的决定因素 2 太阳与行星间的引力3 万有引力定律 学习互动 2 太阳与行星间的引力3 万有引力定律 学习互动 2 太阳与行星间的引力3 万有引力定律 学习互动 点评 本题综合考查涉及万有引力的基本计算 地球环绕太阳做匀速圆周运动需要的向心力由太阳对地球的万有引力提供 注意本题中假设条件下的质量的变化情况和距离的变化情况都会影响万有引力大小的变化 考点三重力与万有引力的关系 想一想 重力是由于地球的吸引而产生的 但能否说万有引力就是重力呢 2 太阳与行星间的引力3 万有引力定律 学习互动 2 太阳与行星间的引力3 万有引力定律 学习互动 2 太阳与行星间的引力3 万有引力定律 学习互动 2 太阳与行星间的引力3 万有引力定律 学习互动 2 太阳与行星间的引力3 万有引力定律 学习互动 2 太阳与行星间的引力3 万有引力定律 学习互动 2 太阳与行星间的引力3 万有引力定律 备用习题 备用习题 解析 ad通过完全独立的途径得出相同的结果 证明了地球表面上的物体所受地球的引力和星球之间的引力是同一种性质的力 物体的运动规律是由所受力的规律决定的 相同性质的力产生相同性质的加速度 2 太阳与行星间的引力3 万有引力定律 备用习题 2 太阳与行星间的引力3 万有引力定律 备用习题 2 太阳与行星间的引力3 万有引力定律 备用习题 2 太阳与行星间的引力3 万有引力定律 备用习题 2 太阳与行星间的引力3 万有引力定律 备用习题 解析 cd万有引力定律不仅适用于两质点间 也适用于两个质量均匀分布的球体之间 故a错误 c正确 自然界中任何有质量的物体间都存在万有引力 是无条件的 故b错误 d正确 2 太阳与行星间的引力3 万有引力定律 备用习题 2 太阳与行星间的引力3 万有引力定律 备用习题 2 太阳与行星间的引力3 万有引力定律 自我检测 1 多选 万有引力定律的发现过程 下列关于太阳对行星的引力的说法中 正确的是 a 太阳对行星的引力提供行星做匀速圆周运动的向心力b 太阳对行星引力的大小与太阳的质量成正比 与行星和太阳间的距离的二次方成反比c 太阳对行星的引力是由实验得出的d 太阳对行星的引力规律是由开普勒行星运动定律和行星绕太阳做匀速圆周运动的规律推导出来的 自我检测 解析 ad太阳对行星的引力提供行星做匀速圆周运动的向心力 其大小是牛顿由开普勒行星运动定律结合圆周运动规律推导出来的 它不是实验得出的 但可以通过天文观测来检验其正确性 选项a d正确 c错误 太阳对行星的引力大小与行星的质量成正比 与行星和太阳间距离的二次方成反比 选项b错误 2 太阳与行星间的引力3 万有引力定律 自我检测 2 太阳与行星间的引力3 万有引力定律 自我检测 2 太阳与行星间的引力3 万有引力定律 自我检测 2 太阳与行星间的引力3 万有引力定律 自我检测 2 太阳与行星间的引力3 万有引力定律 自我检测 4 万有引力理论的成就 4 万有引力理论的成就 4 万有引力理论的成就 教学目标 教学目标 1 了解万有引力定律在天文学上的重要应用 2 会用万有引力定律计算天体质量 了解 称量地球质量 计算太阳质量 的基本思路 3 认识万有引力定律的科学成就 体会科学思想方法 4 万有引力理论的成就 重点难点 重点 运用万有引力定律计算天体的质量 难点 在具体的天体运动中应用万有引力定律解决问题 重点难点 4 万有引力理论的成就 教学建议 教学建议 4 万有引力理论的成就 新课导入 新课导入 导入一 1 卡文迪许实验测引力常量的原理是什么 答 利用引力矩与金属丝的扭转力矩的平衡来求得 2 引力常量的测出的物理意义 答 使万有引力定律有了其实际意义 可以求得地球的质量等 对了 引力常量一经测出 万有引力定律对天文学的发展起了很大的推动作用 这节课我们来学习万有引力定律在天文学上的应用 4 万有引力理论的成就 新课导入 导入二 提问 伽利略在研究杠杆原理后 曾经说过一句什么名言 给我一个支点 我可以撬动地球 提问 天平是根据杠杆原理测量物体质量的仪器 那么根据伽利略的名言 我们是否可以用天平测量地球的质量 那我们如何测量巨大的天体质量 万有引力给我们提供了帮助 4 万有引力理论的成就 知识必备 知识必备 知识点一地球质量的计算1 若不考虑地球自转的影响 地面上质量为m的物体所受的重力近似等于地球对物体的 2 公式 mg 由此式可得出地球的质量m 引力 4 万有引力理论的成就 知识必备 匀速圆周 万有引力 4 万有引力理论的成就 知识必备 知识点三发现未知天体1 18世纪 人们观测到太阳系第七个行星 天王星的轨道和用万有引力定律计算出来的轨道有一些偏差 2 根据已发现的天体的运行轨道结合万有引力定律推算出还没发现的未知天体的轨道 如 就是这样发现的 注意 海王星的发现和哈雷彗星的 按时回归 最终确立了万有引力定律的地位 海王星 4 万有引力理论的成就 学习互动 考点一计算天体的质量 想一想 根据月球绕地球做圆周运动的规律应用万有引力定律求出的天体的质量是地球的质量还是月球的质量 学习互动 4 万有引力理论的成就 学习互动 万有引力 4 万有引力理论的成就 学习互动 例1某天体的一颗卫星沿圆轨道运行 轨道半径是6 8 103km 周期是5 6 103s 引力常量g 6 67 10 11n m2 kg2 则此天体的质量大约是 a 6 0 1023kgb 4 0 1024kgc 6 0 1024kgd 4 0 1023kg 4 万有引力理论的成就 学习互动 4 万有引力理论的成就 学习互动 点评 本题为应用万有引力定律计算中心天体质量的基本计算题 解题时主要注意数值计算的准确性 尤其是代入数据时要统一成国际单位 考点二天体密度的计算 想一想 计算天体密度时 一定要知道其体积吗 4 万有引力理论的成就 学习互动 答案 不一定 4 万有引力理论的成就 学习互动 4 万有引力理论的成就 学习互动 4 万有引力理论的成就 学习互动 4 万有引力理论的成就 学习互动 点评 地球表面处的物体的重力受地球自转的影响 高中物理只要求掌握赤道和两极位置的定量分析 4 万有引力理论的成就 学习互动 4 万有引力理论的成就 学习互动 4 万有引力理论的成就 学习互动 点评 要掌握日常知识中地球的公转周期 地球的自转周期 月球的公转周期等 在估算天体质量时 往往作为隐含条件加以利用 考点三发现未知天体 想一想 海王星被称为 笔尖下发现的行星 原因就是计算出来的轨道和预测的位置跟实际观测的结果非常接近 科学家在推测海王星的轨道时 应用的物理规律有哪些 4 万有引力理论的成就 学习互动 答案 万有引力定律 牛顿第二定律 圆周运动规律等 4 万有引力理论的成就 学习互动 海王星 哈雷彗星 要点总结 除了可以应用万有引力定律计算天体的质量外 还可以应用万有引力定律发现未知天体 的发现和 的 按时回归 确立了万有引力定律的地位 4 万有引力理论的成就 学习互动 例4下列说法正确的是 a 海王星是人们直接应用万有引力定律计算出轨道而发现的b 天王星是人们依据万有引力定律计算出轨道而发现的c 海王星是人们经过长期的太空观测而发现的d 天王星的运行轨道与由万有引力定律计算的轨道存在偏差 其原因是天王星受到轨道外的行星的引力作用 由此 人们发现了海王星 4 万有引力理论的成就 学习互动 解析 d由行星的发现历史可知 天王星并不是根据万有引力定律计算出轨道而发现的 海王星不是通过观测发现 也不是直接由万有引力定律计算出轨道而发现的 而是人们发现天王星的实际轨道与理论轨道存在偏差 然后运用万有引力定律计算出 新 星的轨道 从而发现了海王星 只有选项d正确 4 万有引力理论的成就 备用习题 备用习题 4 万有引力理论的成就 备用习题 4 万有引力理论的成就 自我检测 自我检测 4 万有引力理论的成就 自我检测 4 万有引力理论的成就 自我检测 4 万有引力理论的成就 自我检测 4 万有引力理论的成就 自我检测 3 发现未知天体 关于万有引力定律应用于天文学研究的历史事实 下列说法正确的是 a 天王星 海王星都是运用万有引力定律经过大量计算以后发现的b 18世纪时人们发现太阳的第七颗行星的运动轨道总是同根据万有引力定律计算出来的结果有比较大的偏差 于是人们推测出在这颗行星的轨道外还有一颗行星c 太阳的第八颗行星是牛顿运用自己发现的万有引力定律经过大量计算而发现的d 以上说法都正确 4 万有引力理论的成就 自我检测 解析 b天王星是在1781年被发现的 而卡文迪许测出引力常量的值是在1789年 在此之前人们还不能用万有引力定律做具有实际意义的计算 故选项a错误 b正确 太阳的第八颗行星是在1846年被发现的 而牛顿发现的万有引力定律于1687年发表在牛顿的 自然哲学的数学原理 中 选项c错误 专题课 人造卫星问题 专题课 人造卫星问题 专题课 人造卫星问题 教学目标 教学目标 1 清楚人造地球卫星绕地球运动的向心力来源 地球对行星的万有引力 2 会计算各种卫星的运行参量 能比较不同轨道 高度不同 上的卫星运行参量的大小 3 清楚地球同步卫星 能将地球卫星的研究方法迁移应用到绕月飞行的嫦娥探测器的运行规律的研究中 专题课 人造卫星问题 重点难点 重点 1 人造卫星运行参量比较 2 地球同步卫星 难点 卫星 飞船 探测器 空间站 变轨问题 重点难点 专题课 人造卫星问题 教学建议 教学建议 本节研究人造卫星问题 包括飞船 探测器 空间站问题 本节内容的教学应首先从人造卫星的动力学分析入手 定量探讨出人造卫星各个运行参量的决定关系式 据此可进一步研究人造卫星的变轨问题和同步卫星问题 专题课 人造卫星问题 新课导入 新课导入 导入一 同学们经常收看卫星电视节目 卫星电视信号就是通过通信卫星进行转播的 卫星为什么能高高悬挂在天上呢 这节课我们重点研究人造卫星问题 导入二 同学们都知道月球是地球的卫星 而且地球只有一个天然卫星 但是月球并不孤单 人类迄今为止已经给月球发射了很多小伙伴 人造地球卫星 这节课我们重点研究人造卫星问题 专题课 人造卫星问题 学习互动 考点一人造卫星运行参量比较例1 多选 如图z2 1所示 a b c是在地球大气层外同一平面内沿圆形轨道运动的三颗卫星 则 图z2 1 学习互动 专题课 人造卫星问题 学习互动 a b c的角速度相等 且大于a的角速度b b c的周期相等 且大于a的周期c b c的向心加速度大小相等 且大于a的向心加速度d b c的线速度大小相等 且小于a的线速度 专题课 人造卫星问题 学习互动 专题课 人造卫星问题 学习互动 专题课 人造卫星问题 学习互动 专题课 人造卫星问题 学习互动 专题课 人造卫星问题 学习互动 考点二地球同步卫星例3 多选 关于地球同步卫星 下列说法正确的是 a 它们的质量一定是相同的b 它们的周期 高度 速度大小一定是相同的c 我国发射的地球同步卫星可以定点在北京上空d 我国发射的地球同步卫星必须定点在赤道上空 专题课 人造卫星问题 学习互动 专题课 人造卫星问题 学习互动 专题课 人造卫星问题 学习互动 考点三卫星 飞船 探测器 空间站 变轨问题例4 多选 我国已于2011年9月末发射 天宫一号 目标飞行器 11月初发射 神舟八号 飞船并与 天宫一号 实现成功对接 图z2 2为 天宫一号 和 神舟八号 绕地球做匀速圆周运动时的示意图 a代表 天宫一号 b代表 神舟八号 虚线为各自的轨道 由此可以判定 专题课 人造卫星问题 学习互动 a 天宫一号 的运行速率大于 神舟八号 的运行速率b 天宫一号 的周期等于 神舟八号 的周期c 天宫一号 的向心加速度小于 神舟八号 的向心加速度d 神舟八号 适度加速有可能与 天宫一号 实现对接 专题课 人造卫星问题 学习互动 专题课 人造卫星问题 学习互动 专题课 人造卫星问题 学习互动 专题课 人造卫星问题 学习互动 专题课 人造卫星问题 备用习题 备用习题 专题课 人造卫星问题 备用习题 专题课 人造卫星问题 自我检测 自我检测 1 人造卫星运行参量比较 关于地球的近地卫星和赤道上的物体 下列说法中正确的是 a 近地卫星可以在通过北京地理纬度圈所决定的平面上做匀速圆周运动b 近地卫星和赤道上的物体均处于完全失重状态c 近地卫星和赤道上的物体因轨道相同 故线速度大小相等d 近地卫星比赤道上的物体加速度大 专题课 人造卫星问题 自我检测 解析 d考虑到卫星轨道的稳定性 所有卫星的轨道都以地心为圆心 选项a错误 近地卫星处于完全失重状态但赤道上的物体却不是这样 选项b错误 近地卫星所受引力等于向心力 而赤道上的物体以引力的一部分提供向心力 线速度大小不相等 由牛顿第二定律知近地卫星加速度大 选项c错误 d正确 专题课 人造卫星问题 自我检测 专题课 人造卫星问题 自我检测 专题课 人造卫星问题 自我检测 专题课 人造卫星问题 自我检测 专题课 人造卫星问题 自我检测 5 宇宙航行 5 宇宙航行 5 宇宙航行 教学目标 教学目标 1 知道三个宇宙速度的数值 会推导第一宇宙速度 2 感受人类对客观世界不断探究的精神和情感 3 能处理类地行星问题 理解黑洞和双星问题 能处理其他天体运动问题 5 宇宙航行 重点难点 重点 会推导第一宇宙速度 了解第二 第三宇宙速度 难点 运行速率与轨道半径之间的关系 重点难点 5 宇宙航行 教学建议 教学建议 2003年10月15日 中国的 神州五号 载人飞船发射成功 将中国第一名航天员送上太空 它标志着中国进入了载人航天时代 为中华民族进一步进行太空资源的开发和利用奠定了坚实的基础 本节属于航天部分的重要知识 介绍万有引力的实践性成就 要求学生知道是万有引力理论使人类实现 飞天 梦想 这一节课不但要求学生深刻理解第一宇宙速度 定量地解决卫星运动的实际问题 还需要学生通过了解航天发展史充分地感受人类对客观世界不断探究的精神和情感 激发学生的爱国热情和民族自豪感 5 宇宙航行 新课导入 新课导入 导入一 2007年10月24日经火箭发射 嫦娥一号卫星 首先进入环绕地球的轨道 然后加速 脱离地球轨道后 惯性滑行 进入环绕月球的轨道 最后进行科学探测 结合登月航线讨论 为什么飞船能围绕地球旋转 飞船在什么条件下能挣脱地球的束缚 导入二 1 问 在高山上用不同的水平初速度抛出一个物体 不计空气阻力 它们的落地点相同吗 5 宇宙航行 新课导入 学生 它们的落地点不同 速度越大 落地点离山脚越远 因为在同一座高山上抛出 它们在空中运动的时间相同 速度大的水平位移大 所以落地点也较远 教师 假设被抛出物体的速度足够大 物体的运动情形又如何呢 学生进行猜想 教师总结 并用多媒体模拟 5 宇宙航行 新课导入 如果地面上空有一个相对于地面静止的物体 它只受重力的作用 那么它就做自由落体运动 如果物体在空中具有一定的初速度 且初速度的方向与重力的方向垂直 那么它将做平抛运动 牛顿曾设想过 从高山上用不同的水平速度抛出物体 速度一次比一次大 落地点也一次比一次离山脚远 如果没有空气阻力 当速度足够大时 物体就永远不会落到地面上来 它将围绕地球旋转 成为一颗绕地球运动的人造地球卫星 简称人造卫星 2 引入 那么人造卫星的轨道半径和它的运动速率之间有什么关系呢 本节课我们就来学习这个问题 5 宇宙航行 知识必备 知识必备 知识点一宇宙速度1 第一宇宙速度 1 大小 km s 2 意义 卫星环绕地球表面运行的速度 也是绕地球做 运动的最大速度 使卫星绕地球做匀速圆周运动的 地面发射速度 2 第二宇宙速度 1 大小 km s 2 意义 使卫星挣脱 引力束缚的最小地面发射速度 7 9 匀速圆周 最小 11 2 地球 5 宇宙航行 知识必备 3 第三宇宙速度 1 大小 km s 2 意义 使卫星挣脱 引力束缚的最小地面发射速度 16 7 太阳 5 宇宙航行 学习互动 考点一三个宇宙速度的理解 想一想 发射卫星为什么向东发射 学习互动 答案 因为地球自西向东自转 向东发射可以借助地球转动的线速度 使发射相对容易 5 宇宙航行 学习互动 重力 例1已知某天体的第一宇宙速度为8km s 则在距该天体表面为该天体半径的高度处飞行的宇宙飞船运行速度为 a 2km sb 4km sc 4km sd 8km s 5 宇宙航行 学习互动 5 宇宙航行 学习互动 点评 本题考查第一宇宙速度的理解和应用 必须根据 第一宇宙速度在数值上等于该天体近地卫星的环绕速度 才能得出正确结果 5 宇宙航行 学习互动 5 宇宙航行 学习互动 5 宇宙航行 学习互动 点评 注意本题研究的是太阳系外行星 所以必须以不低于16 7km s的速度从地球发射的探测器才可以到达该行星表面 所以本题c d选项考查的实质为第三宇宙速度 考点二类地行星问题 想一想 在其他星球上也能存在自由落体 平抛 竖直上抛运动等典型的运动形式吗 与地球上对应的运动规律有何区别 5 宇宙航行 学习互动 答案 在其他星球上同样存在自由落体 平抛 竖直上抛运动等典型的运动形式 与地球上对应的运动形式遵从相同的规律 但是不同星球表面重力加速度一般不同 要点总结 1 与地球相关的任何地面运动形式和天体运动形式 如地球卫星等 及其所遵从的规律都可迁移类比应用到其他类地星球上 2 但要注意与地球的区别 1 是否有空气及空气阻力 2 当地 一般不同于地球 5 宇宙航行 学习互动 重力加速度 5 宇宙航行 学习互动 5 宇宙航行 学习互动 5 宇宙航行 学习互动 5 宇宙航行 学习互动 点评 本题综合考查平抛运动规律的迁移应用 中心天体密度的计算 第一宇宙速度 近地卫星环绕周期的计算等 难度中等 解题时注意准确选用规律 考点三n星系统和黑洞问题 想一想 浩渺的宇宙中可能存在由三颗等质量的星球构成的 三星系统 你能设计出三颗星球在空间可能的排列方式吗 5 宇宙航行 学习互动 答案 1 三颗星在一条直线上 间距相等 2 三颗星的连线构成一个正三角形 三颗星位于三个顶点上 要点总结 1 黑洞是客观存在的一种超高密度的天体 其引力场极强 连电磁波 光线 都不能逃出 因此黑洞无法直接观测 但可以借助间接方式得知其存在与质量 并且观测到它对其他事物的影响 例如黑洞可以和一颗可视天体构成双星系统 2 宇宙中存在n星系统 构成形式多种多样 下面为可能存在的构成形式 5 宇宙航行 学习互动 5 宇宙航行 学习互动 5 宇宙航行 学习互动 例4月球与地球质量之比约为1 80 有研究者认为月球和地球可视为一个由两质点构成的双星系统 它们都围绕月地连线上某点o做匀速圆周运动 据此观点 可知月球与地球绕o点运动的线速度大小之比约为 a 1 6400b 1 80c 80 1d 6400 1 5 宇宙航行 学习互动 点评 在天文学上 将两颗彼此相距较近 且在相互之间万有引力作用下绕两者连线上的某点做周期相同的匀速圆周运动的星体称为双星系统 双星系统运行时具有以下规律 双星系统的周期 角速度相同 轨道半径之比与质量之比互为倒数 双星系统的周期的二次方与双星间距离的三次方之比只与双星的总质量有关 而与双星个体的质量无关 5 宇宙航行 备用习题 备用习题 5 宇宙航行 备用习题 5 宇宙航行 备用习题 5 宇宙航行 备用习题 5 宇宙航行 自我检测 自我检测 1 多选 卫星变轨 宇宙速度 图6 5 2是某卫星绕地飞行的三条轨道 轨道1是近地圆形轨道 2和3是变轨后的椭圆轨道 a点是轨道2的近地点 b点是轨道2的远地点 卫星在轨道1的运行速率为7 7km s 则下列说法中正确的是 图6 5 2 5 宇宙航行 自我检测 a 卫星在轨道2经过a点时的速率一定大于7 7km sb 卫星在轨道2经过b点时的速率可能大于7 7km sc 卫星分别在轨道1 2经过a点时的加速度相同d 卫星在轨道3经过a点时的速度小于在轨道2经过a点时的速度 5 宇宙航行 自我检测 5 宇宙航行 自我检测 2 类地行星问题 2011年12月24日 美国宇航局宣布 通过开普勒太空望远镜项目证实了太阳系外第一颗类似地球的 适合居住的行星 开普勒 22b kepler 22b 该行星距离地球约600光年 体积是地球的2 4倍 质量约是地球的18 5倍 它像地球绕太阳运行一样每290天环绕一颗恒星运行一周 由于恒星风的影响 该行星的大气不断被吸引到恒星上 据估计 这颗行星每秒丢失至少10000t物质 已知地球半径为6400km 地球表面的重力加速度为9 8m s2 引力常量g为6 67 10 11n m2 kg 2 则由上述信息 5 宇宙航行 自我检测 a 可估算该恒星的密度b 可估算该行星的密度c 可判断恒星对行星的万有引力增大d 可判断该行星绕恒星运行周期大小不变 5 宇宙航行 自我检测 5 宇宙航行 自我检测 3 双星问题 冥王星与其附近的另一星体卡戎可视为双星系统 质量之比约为7 1 同时绕它们连线上的点o做匀速圆周运动 由此可知 冥王星绕o点运动的 a 轨道半径约为卡戎的b 角速度大小约为卡戎的c 线速度大小约为卡戎的7倍d 向心力大小约为卡戎的7倍 5 宇宙航行 自我检测 6 经典力学的局限性 6 经典力学的局限性 6 经典力学的局限性 教学目标 教学目标 1 了解经典力学的发展历程和伟大成就 认识经典力学的局限性和适用范围 2 初步了解微观和高速世界中的奇妙现象 3 了解相对论 量子论的建立对人类深入认识客观世界的作用 知道物理学改变人类世界观的作用 6 经典力学的局限性 重点难点 重点 牛顿运动定律的适用范围 难点 高速运动的物体 速度和质量之间的关系 重点难点 6 经典力学的局限性 教学建议 教学建议 本节的教学可结合物理学的发展 让学生明确牛顿运动定律并非普遍适用 我们所学到的力学知识只是经典力学的一部分 再通过介绍现代科学技术的发展 了解物理学的发展前景是非常广阔的 6 经典力学的局限性 新课导入 新课导入 导入一 师 自从17世纪以来 以牛顿运动定律为基础的经典力学不断发晨 如 在宏观 低速 弱引力的广阔领域 包括天体力学的研究中取得了巨大的成就 经典力学在科学研究和生产技术中有了广泛的应用 如 从地面物体的运动到天体的运动 从大气的流动到地壳的变动 从拦河筑坝 修建桥梁到设计各种机械 从自行车到汽车 火车 飞机等各种交通工具 从投出的篮球到发射火箭 人造卫星 宇宙飞船 从而证明了牛顿运动定律的正确性 但是 经典力学也不是万能的 像 6 经典力学的局限性 新课导入 一切科学一样 它没有也不会穷尽一切真理 它也有自己的局限性 它像一切科学理论一样 是一部 未完成的交响曲 那么经典力学在什么范围内适用呢 有怎样的局限性呢 这节课我们就来了解这方面的知识 6 经典力学的局限性 新课导入 导入二 假如你驾驶一辆时速为100km h的越野车 一位乘客以相对你10km h的速度用弹弓射击前面的岩石 那么弹珠的实际速度就应该是110km h 可是 如果打开前车灯 按照常识 光速是1 079145 109km h 加上车的运动速度 光的实际速度应该大于1 079145 109km h 可实际测量光速还是1 079145 109km h 为什么同样的参考系光和实际物体得到的结果不同呢 学了本节内容后 你便知道其原因了 6 经典力学的局限性 知识必备 知识必备 光速 增大 低速 高速 6 经典力学的局限性 知识必备 知识点二从宏观世界到微观世界1 宏观世界粒子的运动特点粒子具有确定的运动轨迹 根据质点的运动规律 应用 可以准确地预测质点在某时刻的位置 2 微观粒子的运动特点就单个粒子来说 运动没有确定的运动轨迹 微观粒子既有粒子性 又有 3 经典力学只适用于宏观世界 不适用于微观世界 牛顿力学 波动性 6 经典力学的局限性 知识必备 知识点三从弱引力到强引力1 经典力学与行星轨道的矛盾按牛顿的万有引力理论 行星应该沿着一些椭圆或圆做周期性运动 而天文观测表明 行星的轨道并不是严格闭合的 它们的近日点在不断地旋进 如水星的运动 实际观测到的水星的运动情况与爱因斯坦 的计算结果吻合得很好 2 经典力学只适用于弱引力 而不适用于 广义相对论 强引力 6 经典力学的局限性 学习互动 学习互动 答案 通常由于物体的运动速度太小 故质量的变化不会引起我们的感觉 在分析地球上宏观物体的运动时 不必考虑质量的变化 6 经典力学的局限性 学习互动 静止 运动 光速 例1一个原来静止的电子经电压加速后 获得的速度为v 6 106m s 问电子的质量是增大了还是减小了 改变了百分之几 6 经典力学的局限性 学习互动 点评 在这种情况下 由于质量改变很小 可以忽略质量的改变 经典力学理论仍然适用 而宏观物体的运动速度一般都很小 相比于光速 所以经典力学对于宏观物体的动力学问题是适用的 经典力学具有局限性并不是说经典力学没有意义 在宏观世界做低速运动的物体 经典力学的规律是十分有效的 6 经典力学的局限性 学习互动 考点二对经典力学局限性的认识 想一想 经典力学和相对论两个理论矛盾吗 6 经典力学的局限性 学习互动 答案 经典力学和相对论两个理论不矛盾 原因 1 两种理论是历史发展的不同产物 2 两种理论的适用范围不同 6 经典力学的局限性 学习互动 要点总结 经典力学与相对论 量子理论的关系1 两种理论是历史发展的不同产物 我们对自然界的认识过程都是从肤浅到深刻 从片面到全面 不断深入和完善的 所以理论的完善也需要一个过程 在历史发展的不同阶段 人类建立了经典力学和相对论 量子力学两套物理学理论 经典力学理论不可能穷尽一切真理 必有其局限性 现在可认为经典力学理论是狭义相对论和量子理论的特例 2 两种理论的适用范围不同 经典力学理论适用于弱引力作用下 低速运动的宏观物体 而它在强引力作用下 或高速运动或微观世界不适用 近期建立的相对论原理及量子力学是一种全新的时