第六章万有引力与航天

1、第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天1.1.新、旧教材章节结构对比新、旧教材章节结构对比 第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天 1 1 行星的运动行星的运动 2 2 太阳与行星间的引力太阳与行星间的引力 3 3 万有引力定律万有引力定律 4 4 万有引力理论的成就万有引力理论的成就 5 5 宇宙航行宇宙航行 6 6 经典力学的局限性经典力学的局限性 第六章第六章 万有引力定律万有引力定律 一、行星的运动一、行星的运动 二、万有引力定律二、万有引力定律 三、引力常量的测定三、引力常量的测定 四、万有引力定律在天文学上的应用四、万有引力定律在天

2、文学上的应用 五、人造卫星五、人造卫星 宇宙速度宇宙速度 六、行星、恒星、星系和宇宙六、行星、恒星、星系和宇宙新新原原 新教材新教材大体继承了原教材的知识线索，在关于新教材新教材大体继承了原教材的知识线索，在关于“万有引力与万有引力与航天航天”方面的知识要求没有大的变化。方面的知识要求没有大的变化。 新教材在新教材在“行星的运动行星的运动”与与“万有引力定律万有引力定律”之间增加一节课文之间增加一节课文“太阳与行星间的引力太阳与行星间的引力”，旨在放缓万有引力定律发现历程的展现，为学，旨在放缓万有引力定律发现历程的展现，为学生学习万有引力定律的发现奠定更充分的知识基础；生学习万有引力定律的发现

3、奠定更充分的知识基础； “经典力学的局限性经典力学的局限性”是共同必修模块的最后一节课，在是共同必修模块的最后一节课，在“万有引力万有引力理论的成就理论的成就”后面，是对学生所学经典力学的一次总结。后面，是对学生所学经典力学的一次总结。第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天第七章第七章 万有引力与航天万有引力与航天第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天l了解人类对行星运动规律的认识过程了解人类对行星运动规律的认识过程l体会观察在认识行星运动规律中的作用体会观察在认识行星运动规律中的作用l知道开普勒行星运动定律知道开普勒行星运动定律l体会科学家实

4、事求是、尊重客观事实、不体会科学家实事求是、尊重客观事实、不迷信权威、敢于坚持真理并勇于探索的科迷信权威、敢于坚持真理并勇于探索的科学态度和精神学态度和精神l知道开普勒行星运动规律的科学价值知道开普勒行星运动规律的科学价值发展要求发展要求了解开普勒第三定律中了解开普勒第三定律中k值的大小只与值的大小只与中心天体有关中心天体有关追求自然界的对称美和和谐美是人类进行追求自然界的对称美和和谐美是人类进行科学研究的动力之一科学研究的动力之一第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天一个观念一个观念天体的运动是天体的运动是完美的完美的、和谐和谐的的古人的审古人的审美观美观一对矛盾一对矛盾开普勒对照第谷的

5、行星观开普勒对照第谷的行星观测记录与匀速圆周运动理测记录与匀速圆周运动理论计算不符论计算不符第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天一个观念一个观念一对矛盾一对矛盾三个定律三个定律所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，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太阳处在椭圆的一个焦点上做一做：画椭圆，做一做：画椭圆，注意注意固定两个图钉的固定两个图钉的位置，可多画几个不同形状的椭圆，为位置，可多画几个不同形状的椭圆，为近似处理作准备近似处理作准备对任意一个行星来说，它与太阳的连线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面积在相等的时间内扫过相等的面积（动画演示）（

6、动画演示）所有行星轨道的半长轴的三次方与它的所有行星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相等公转周期的二次方的比值都相等（以画椭圆为基础，认识半长轴）（以画椭圆为基础，认识半长轴）第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天一个观念一个观念一对矛盾一对矛盾三个定律三个定律一次近似一次近似一遍洗礼一遍洗礼多数大行星的轨道与圆十分近似多数大行星的轨道与圆十分近似教学策略：体现行星运动轨道示意图，教学策略：体现行星运动轨道示意图，观察极有必要，观察极有必要，结合前面结合前面“做一做做一做”，理解近似处理，理解近似处理的合理性的合理性体验历史体验历史、感受生活感受生活；天空需要天空需要星星

7、星星, ,世界需要物理世界需要物理第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天一遍洗礼一遍洗礼托勒密托勒密公元公元2世纪世纪90-168（古希腊）（古希腊）地心宇宙地心宇宙托 勒 密一、地心说托勒密于公元二世纪，提出了托勒密于公元二世纪，提出了自己的宇宙结构学说，即自己的宇宙结构学说，即“地地心说心说”.地心说认为地球是宇宙的中心，地心说认为地球是宇宙的中心，是静止不动的，太阳、月亮及是静止不动的，太阳、月亮及其他的行星都绕地球运动其他的行星都绕地球运动 地心说直到地心说直到16世纪才被哥白世纪才被哥白尼推翻尼推翻.第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天一遍洗礼一遍洗礼托勒密托勒密公元公元2

8、世纪世纪90-168（古希腊）（古希腊）地心宇宙地心宇宙哥白尼哥白尼1543年年波兰波兰（拦住了太阳，推动了地球）（拦住了太阳，推动了地球）天体运行论天体运行论艺术家超越宗教艺术艺术家超越宗教艺术哥伦布超越欧洲哥伦布超越欧洲哥白尼超越地球哥白尼超越地球哥 白 尼二、日心说二、日心说哥白尼在哥白尼在16世纪提出了世纪提出了日心说日心说日心说认为太阳是静止不日心说认为太阳是静止不动的，地球和其他行星都动的，地球和其他行星都绕太阳运动绕太阳运动1543 年哥白尼的年哥白尼的天天体运行论体运行论 出版，书中出版，书中详细描述了日心说理论详细描述了日心说理论.一遍洗礼一遍洗礼托勒密托勒密公元公元2世纪世

9、纪90-168（古希腊）（古希腊）地心宇宙地心宇宙哥白尼哥白尼1543年年波兰波兰（拦住了太阳，推动了地球）（拦住了太阳，推动了地球）天体运行论天体运行论艺术家超越宗教艺术艺术家超越宗教艺术哥伦布超越欧洲哥伦布超越欧洲哥白尼超越地球哥白尼超越地球哥 白 尼一遍洗礼一遍洗礼托勒密托勒密公元公元2世纪世纪90-168（古希腊）（古希腊）地心宇宙地心宇宙哥白尼哥白尼1543年年波兰波兰（拦住了太阳，推动了地球）（拦住了太阳，推动了地球）天体运行论天体运行论艺术家超越宗教艺术艺术家超越宗教艺术哥伦布超越欧洲哥伦布超越欧洲哥白尼超越地球哥白尼超越地球第谷第谷,1576年年,在在丹麦国王的资助丹麦国王的资

10、助下下,建立天文台建立天文台.被称为被称为“星学之星学之王王”.第谷第谷1546-1602丹麦丹麦测量天体位置的误差减小到测量天体位置的误差减小到2/，观察天才，观察天才一遍洗礼一遍洗礼托勒密托勒密公元公元2世纪世纪90-168（古希腊）（古希腊）地心宇宙地心宇宙哥白尼哥白尼1543年年波兰波兰（拦住了太阳，推动了地球）（拦住了太阳，推动了地球）天体运行论天体运行论艺术家超越宗教艺术艺术家超越宗教艺术哥伦布超越欧洲哥伦布超越欧洲哥白尼超越地球哥白尼超越地球第谷第谷1546-1602丹麦丹麦测量天体位置的误差减小到测量天体位置的误差减小到2/，观察天才，观察天才开普勒开普勒15711630德国行

11、星运动三大定律，数学天才德国行星运动三大定律，数学天才 1609年开普勒在年开普勒在新天文学新天文学一书中公布了开普勒第一、第二一书中公布了开普勒第一、第二定律，定律，1619年又公布了开普勒第年又公布了开普勒第三定律，被称为三定律，被称为“天空的立法者天空的立法者”开普勒开普勒语录：开普勒语录：“十六年了十六年了我终我终于走向光明，认识到的真理远超出于走向光明，认识到的真理远超出我的热切期望。我的热切期望。”自撰墓志铭：我曾测量天空，现自撰墓志铭：我曾测量天空，现在测量幽冥，灵魂飞向天国，肉在测量幽冥，灵魂飞向天国，肉体安息土中。体安息土中。第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天一遍洗礼

12、一遍洗礼托勒密托勒密公元公元2世纪世纪90-168（古希腊）（古希腊）地心宇宙地心宇宙哥白尼哥白尼1543年年波兰波兰（拦住了太阳，推动了地球）（拦住了太阳，推动了地球）天体运行论天体运行论艺术家超越宗教艺术艺术家超越宗教艺术哥伦布超越欧洲哥伦布超越欧洲哥白尼超越地球哥白尼超越地球第谷第谷1546-1602丹麦丹麦测量天体位置的误差减小到测量天体位置的误差减小到2/，观察天才，观察天才开普勒开普勒15711630德国行星运动三大定律，数学天才德国行星运动三大定律，数学天才布鲁诺布鲁诺GiordanoBruno15481600意大利意大利宇宙可能没有中心宇宙可能没有中心宗教裁判所烧死在罗马的鲜花

13、广场上，付出了生命的代价宗教裁判所烧死在罗马的鲜花广场上，付出了生命的代价布鲁诺批判经院哲学和神学，反对布鲁诺批判经院哲学和神学，反对亚里士多德亚里士多德托勒密的地心说，宣传托勒密的地心说，宣传哥白尼的日心说，宣传进步的宇宙观。哥白尼的日心说，宣传进步的宇宙观。1592年，布鲁诺在威尼斯被捕入狱，在年，布鲁诺在威尼斯被捕入狱，在被囚禁的八年中，布鲁诺始终坚持自己被囚禁的八年中，布鲁诺始终坚持自己的学说，最后被宗教裁判所判为的学说，最后被宗教裁判所判为“异端异端”烧死在罗马鲜花广场。为科学付出了生烧死在罗马鲜花广场。为科学付出了生命的代价。命的代价。布鲁诺布鲁诺布鲁诺的主要著作有布鲁诺的主要著作

14、有论无限宇宙论无限宇宙和世界和世界，书中捍卫哥白尼的日心说，书中捍卫哥白尼的日心说，并明确指出：并明确指出：“宇宙是无限大的宇宙是无限大的”，“宇宙不仅是无限的，而且是物质宇宙不仅是无限的，而且是物质的的”。还著有。还著有诺亚方舟诺亚方舟，抨击死，抨击死抱抱圣经圣经的学者。的学者。第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天l知道行星绕太阳运动的原因知道行星绕太阳运动的原因l知道太阳与行星间存在着引力作用知道太阳与行星间存在着引力作用l知道行星绕太阳做匀速圆周运动的知道行星绕太阳做匀速圆周运动的向心力来源向心力来

15、源l知道太阳与行星间万有引力的方向和表达式知道太阳与行星间万有引力的方向和表达式发展要求发展要求领会将不易测量的物理量转化为易测领会将不易测量的物理量转化为易测量的物理量的方法量的物理量的方法知道牛顿第三定律在推导太阳与行星间引知道牛顿第三定律在推导太阳与行星间引力时的作用力时的作用第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天第七章第七章 万有引力与航天万有引力与航天二、教学建议二、教学建议重点重点1：突出科学探究的思路，实现过程与方法的目标：突出科学探究的思路，实现过程与方法的目标观察方法获得规律观察方法获得规律行星运动的开普勒定律行星运动的开普勒定律问题：行星运动为什么会有这样的规律？问题：

16、行星运动为什么会有这样的规律？猜想原因猜想原因数学演绎得到规律数学演绎得到规律太阳对行星的引力作用：太阳对行星的引力作用：太阳对行星的引力与哪太阳对行星的引力与哪些因素有关？些因素有关？根据已有定律（开普勒定律和根据已有定律（开普勒定律和牛三定律）推出太阳与行星牛三定律）推出太阳与行星间的引力遵从的定律：间的引力遵从的定律：2rMmF猜想：猜想：F与与r的定量关系的定量关系简化模型：椭圆简化模型：椭圆圆圆圆周运动加圆周运动加牛二定律牛二定律F=（42mr）/T2开普勒定律（一开普勒定律（一、二）：二）：T2=r3/k结论：结论：F日对星日对星=42mk/r2即：即：F日对星日对星 m/r2牛三

17、：牛三：F星对日星对日Mm/r2即即F=（GMm）/r2二、教学建议二、教学建议重点重点1：突出科学探究的思路，实现过程与方法的目标：突出科学探究的思路，实现过程与方法的目标观察方法获得定律观察方法获得定律猜想原因猜想原因数学演绎得到规律数学演绎得到规律进一步猜想进一步猜想猜想得出检验猜想得出检验更大胆地猜想更大胆地猜想得到万有引力定律得到万有引力定律引力常量的测定引力常量的测定地球使地面上物体下落的力与太地球使地面上物体下落的力与太阳使行星运动的力是否出于同一阳使行星运动的力是否出于同一原因？（原因？（“天上天上”的力和的力和“人间人间”的力是否出于同一本源）的力是否出于同一本源）月地检验使

18、猜想得月地检验使猜想得到证实到证实自然界任意两个物自然界任意两个物体之间是否也有这体之间是否也有这样的吸引力样的吸引力？水到渠成水到渠成用实验方法进用实验方法进一步证明了万一步证明了万有引力定律的有引力定律的普适性普适性牛顿的魄力，胆识和惊人的想象力实牛顿的魄力，胆识和惊人的想象力实在让我们佩服在让我们佩服二、教学建议二、教学建议重点重点1：突出科学探究的思路，实现过程与方法的目标：突出科学探究的思路，实现过程与方法的目标观察方法获得定律观察方法获得定律猜想原因猜想原因数学演绎得到规律数学演绎得到规律进一步猜想进一步猜想猜想得出检验猜想得出检验更大胆地猜想更大胆地猜想得到万有引力定律得到万有引

19、力定律引力常量的测定引力常量的测定地球使地面上物体下落的力与太地球使地面上物体下落的力与太阳使行星运动的力是否出于同一阳使行星运动的力是否出于同一原因？（原因？（“天上天上”的力和的力和“人间人间”的力是否出于同一本源）的力是否出于同一本源）月地检验使猜想得月地检验使猜想得到证实到证实自然界任意两个物自然界任意两个物体之间是否也有这体之间是否也有这样的吸引力样的吸引力？水到渠成水到渠成用实验方法进用实验方法进一步证明了万一步证明了万有引力定律的有引力定律的普适性普适性开普勒行星运动定律为万有引力规律的发现做出了什么贡献？开普勒行星运动定律为万有引力规律的发现做出了什么贡献？根据普勒行星运动第三

20、定律和匀速圆周运动公式，可以推导出：根据普勒行星运动第三定律和匀速圆周运动公式，可以推导出：太阳对行星的引力太阳对行星的引力 。 （ m为行星质量、为行星质量、r为行星运动半径为行星运动半径 ）2rmF 那么，行星对太阳的引力有什么规律？那么，行星对太阳的引力有什么规律？根据牛顿第三定律可以分析出：。根据牛顿第三定律可以分析出：。 （M为太阳质量）为太阳质量）2rMF 太阳与行星间的相互引力有什么规律？太阳与行星间的相互引力有什么规律？由于以上由于以上F F和的大小是相等的，所以：和的大小是相等的，所以：2rmMF 星体间相互引力规律适用于地球上的物体吗？星体间相互引力规律适用于地球上的物体吗？牛顿进行了月地检验：说明天上和地下的物体都遵从以下相同的规律：牛顿进行了月地检验：说明天上和地下的物体都遵从以下相同的规律： ，这就是万有引力定律。公式中的，这就是万有引力定律。公式中的G G为引力常量。为引力常量。2r