2020物理新素养同步人教必修二课件： 第六章　万有引力与航天 第1节

1、物理 必修必修人教版人教版 第六章 万 有引力与航天 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

2、，即介绍万有引力定 律的建立过程。 第二单元(第4节、第5节)：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。 学 法 指 导 1在本章学习中，要充分感悟前辈科学家们探索自然奥 秘不屈不挠的精神和对待科学研究一丝不苟的态度，感悟 到科学的结论总是在顽强曲折的科学实践中悄悄地来临。 3航天正改变着我们的日

3、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。 第一节行星的运动第一节行星的运动 素养目标定位 知道地心说和日心说的基本内容知道地心说和日心说的基本内容 了解开普勒三定律的内容及其简单应用了解开普勒三定律的内容及其简单应用 了解人们对天体运动规律的认识和发展过程了解人们对天体运动规律的认识和发展过程 素养思维脉络 1 1课前预习反馈课前预习反馈 2 2课内互动探究课内互动探究 3 3核心素养提升核心素养提升 4 4课内课堂达标课内课堂达标 5 5课后课时作业课后课时作业 课

4、前预习反馈课前预习反馈 知识点知识点 1两种对立的学说两种对立的学说 内容内容局限性局限性 地心说地心说 _是宇宙的中心，而且是静是宇宙的中心，而且是静 止不动的，太阳、月亮以及其他行止不动的，太阳、月亮以及其他行 星都绕星都绕_运动运动 都把天体的运动看得很神圣，认都把天体的运动看得很神圣，认 为天体的运动必然是最完美、最为天体的运动必然是最完美、最 和谐的和谐的_运动，但计运动，但计 算所得的数据和丹麦天文学家算所得的数据和丹麦天文学家 _的观测数据不符的观测数据不符 日心说日心说 _是宇宙的中心，而且是静是宇宙的中心，而且是静 止不动的，地球和其他行星都绕止不动的，地球和其他行星都绕 _

5、运动运动 地球地球 地球地球 太阳太阳 太阳太阳 匀速圆周匀速圆周 第谷第谷 知识点知识点 2开普勒行星运动定律开普勒行星运动定律 椭圆椭圆 椭圆椭圆焦点焦点 相等相等 相等相等 半长轴半长轴 公转周期公转周期 无关无关 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。 知识点知识点 3行星运动的一般处理方法行星运动的一般处理方法 圆心圆心 不变不变匀速圆周匀速圆周 立方立方平方平方 3所有行星轨道半径的所有行星轨道半径的_跟它的公转周期的跟

6、它的公转周期的_的比值都相的比值都相 等。表达式：等。表达式：_。 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。 ( ) 辨析思考辨析思考 选一选 (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

7、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，它绕地球运转的同时还跟地球一 起绕太阳运动 C天空不转动，因为地球每天自西向东转一周，造成太 阳每天东升西落的现象 D与日地距离相比，恒星离地球都十分遥远，比日地间 的距离大得多 ABC 想一想 如图所示为地球绕太阳运行的示意图，图 中椭圆表示地球的公转轨道，A、B、C、 D分别表示春分、夏至、秋分、冬至时地球 所在的位置，试分析说明一年之内秋冬两 季比春夏两季要少几天的原因。 解析：解析：地球绕地球绕太太阳运行时，对于北阳运行时，对于北半半球的观察球的观察者者而而言言，秋秋冬冬季季节地球在节地球在

8、近近 地点运动，经过地点运动，经过CDA这这段段曲线；在春曲线；在春夏季夏季节地球经过节地球经过ABC这这段段曲线，根据开普曲线，根据开普 勒勒第二定律，地球在第二定律，地球在秋秋冬冬季季节节比比在春在春夏季夏季节运动节运动得快得快一些，时间相应就一些，时间相应就短短一一 些。一年之内，春些。一年之内，春夏夏两两季共季共184天，天，秋秋冬两冬两季季只有只有181天。天。 课内互动探究课内互动探究 探究一对开普勒行星运动定律的认识探究一对开普勒行星运动定律的认识 据报道，美国计划2021年开始每年送15 000 名游客上太空旅游。如图所示，当飞船围绕 地球做椭圆运动时，速度最大的位置是 _点，

9、速度最小的位置是_点(选填 “A”或“B”)；飞船从A到B做_运 动，从B到A做_运动(选填“加速” 或“减速”)。 1 AB 减速减速加速加速 1从空间分布认识 行星的轨道都是椭圆的，所有椭圆有一个共同的焦点，太 阳就在此焦点上。 因此第一定律又叫椭圆轨道定律，如图1所示。 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，行星 在相等时间内经过的弧长越长，即行星的速率就越大。 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

10、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。 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 解题指导：正确理解开普勒三定律是解题关键。 C 典例典例 1 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

11、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。 ABC 探究二天体运动的规律及分析方法探究二天体运动的规律及分析方法 如图是火星冲日年份示意图，观 察图中地球、火星的位置，请思 考地球和火星谁的公转周期更长 ？ 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。 2 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 我们在处理

12、天体运动问题时，为简化运算，一般把天体的 运动当作圆周运动来研究，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。 典例典例 2 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 对点训练2 如图所示是“九星连珠”的示意图。若太阳系八大行星公 转轨道可近似看作圆轨道，地球与太阳之间平均距离约为 1.5亿千米，结合下表可知，火星与太阳之间的平均距离 约为() A1.2亿千米 B2.3亿千米 C4.6亿千米D6.9亿千米 B 水星水星金星金星地球地球火星火星木星木星土星土星 公转周公转周 期期(年年) 0.2410.6151.01.8811.8629.5 核心素养提升核心素养提升 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开普勒第二定