高一物理《行星的运动+太阳与行星间的引力》(课件)

1、2012年上学期制作 10湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校2012年上学期制作 10湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校行星行星半长轴半长轴(106km)公转周期公转周期(天天)K值值水星水星5787.973.361018金星金星1082253.351018地球地球1493653.311018火星火星2286873.361018木星木星7784333土星土星142610759天王星天王星286930686海王星海王星449560188同步卫星同步卫星0.04241月球月球0.384427.322【探究探究】2012年上学期制作 10湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校3. 开普

2、勒第三定律（周期定律）开普勒第三定律（周期定律）注意注意: 比值比值k是一个与行星本身无关的物理量是一个与行星本身无关的物理量行星绕太阳运动都符合：行星绕太阳运动都符合：对于地球和木星，就有：对于地球和木星，就有：kTa 23kTRTR 2323木木木木地地地地 所有行星的轨道的所有行星的轨道的半长轴半长轴的三次方跟的三次方跟公公转转周期的二次方的比值都相等。周期的二次方的比值都相等。2012年上学期制作 10湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校kTR 23对于同一个行星的不同卫星，它们对于同一个行星的不同卫星，它们也符合运动规律：也符合运动规律：2012年上学期制作 10湖南长郡卫星远程

3、学校湖南长郡卫星远程学校对于同一个行星的不同卫星，它们对于同一个行星的不同卫星，它们也符合运动规律：也符合运动规律：月球人造卫星以及其他行星的卫星月球人造卫星以及其他行星的卫星不是绕太阳运动，它们和行星运动比较，不是绕太阳运动，它们和行星运动比较，就有：就有：2323行行行行卫卫卫卫TRTR kTR 232012年上学期制作 10湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校【典例典例1 1】太阳系中有八大行星太阳系中有八大行星, 请你将它们绕太阳运动的周期由小到请你将它们绕太阳运动的周期由小到大依次排序大依次排序2012年上学期制作 10湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校【典例典例1 1】太

4、阳系中有八大行星太阳系中有八大行星, 请你将它们绕太阳运动的周期由小到请你将它们绕太阳运动的周期由小到大依次排序大依次排序太阳系主要成员太阳系主要成员太阳和其八大行星：太阳和其八大行星：水星、金星、地球、火星、木星、土星、水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星天王星、海王星2012年上学期制作 10湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校【典例典例2 2】两个行星的质量分别是两个行星的质量分别是m1、m2，它们绕太阳运行的轨道半长，它们绕太阳运行的轨道半长轴分别是轴分别是R1和和R2，则它们的公转周期之，则它们的公转周期之比为多少？比为多少？2012年上学期制作 10湖南长郡卫星远

5、程学校湖南长郡卫星远程学校【典例典例2 2】两个行星的质量分别是两个行星的质量分别是m1、m2，它们绕太阳运行的轨道半长，它们绕太阳运行的轨道半长轴分别是轴分别是R1和和R2，则它们的公转周期之，则它们的公转周期之比为多少？比为多少？323121RRTT 2012年上学期制作 10湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校 开普勒关于行星运动的描开普勒关于行星运动的描述为万有引力定律的发现奠定述为万有引力定律的发现奠定了基础。了基础。意意 义义:2012年上学期制作 10湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校1. 多数行星绕太阳运动的轨道十分接多数行星绕太阳运动的轨道十分接近圆，太阳处在圆心；

6、近圆，太阳处在圆心；2. 对某一行星来说，它绕太阳做圆周对某一行星来说，它绕太阳做圆周运动的角速度（或线速度大小）不变，即运动的角速度（或线速度大小）不变，即行星做匀速圆周运动；行星做匀速圆周运动；3. 所有行星轨道半径的三次方跟它的所有行星轨道半径的三次方跟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。四、高中阶段对行星运动的近似化研究四、高中阶段对行星运动的近似化研究2012年上学期制作 10湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校【典例典例3 3】宇宙飞船围绕太阳在近宇宙飞船围绕太阳在近似圆形的轨道上运动，若轨道半径是似圆形的轨道上运动，若轨道半径是地球轨道半径的地球轨

7、道半径的9倍，则宇宙飞船绕太倍，则宇宙飞船绕太阳运行的周期是（阳运行的周期是（ ）A. 3年年B. 9年年C. 27年年D. 81年年湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校2012年上学期制作 10湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校2012年上学期制作 101. 1. 问题的提出问题的提出: : 开普勒找出行开普勒找出行星运动规律后，人星运动规律后，人们开始更深入的思们开始更深入的思考：为什么行星围考：为什么行星围绕太阳运动？绕太阳运动？一、行星的运动一、行星的运动湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校湖

8、南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校2012年上学期制作 102. 2. 猜想与假设猜想与假设湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校2012年上学期制作 101 1. 伽利略伽利略: 一切物体都有合并的趋势，这一切物体都有合并的趋势，这 种趋势导致物体做圆周运动。种趋势导致物体做圆周运动。2 2. 开普勒开普勒: 受到了来自太阳的类似与磁力受到了来自太阳的类似与磁力 的作用。的作用。3 3. 笛卡儿笛卡儿: 在行星周围有旋转的物质在行星周围有旋转的物质(以太以太) 作用在行星上，使得行星绕太阳运动。作用在行星上，使得行星绕太阳运动。湖南长郡卫星远程学

9、校湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校2012年上学期制作 104 4. 胡克、哈雷等胡克、哈雷等: : 受到了太阳对它的引受到了太阳对它的引 力，证明了如果行星的轨道是圆形的，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的二次方成反比，但没法证明在椭圆轨 道规律也成立。道规律也成立。5 5. 牛顿牛顿: : 如果太阳和行星间的引力与距离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圆。并且阐

10、述了普遍意义下的万有引力 定律。定律。湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校2012年上学期制作 10行星行星太阳太阳3. 3. 简化模型简化模型湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校2012年上学期制作 104. 4. 追寻牛顿的足迹追寻牛顿的足迹演绎与推理演绎与推理太阳对行星的引力太阳对行星的引力1. 设行星的质量为设行星的质量为m，速度为，速度为v，行星到太阳的距离为行星到太阳的距离为r，则行星绕太阳，则行星绕太阳做匀速圆周运动的向心力太阳对行星做匀速圆周运动的向心力太阳对行星的引力来提供的引力来提供:湖

11、南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校2012年上学期制作 104. 4. 追寻牛顿的足迹追寻牛顿的足迹演绎与推理演绎与推理太阳对行星的引力太阳对行星的引力2rmF 即：即：太阳对不同行星的引力，与太阳对不同行星的引力，与行星的行星的质量成正比质量成正比，与行星和太阳间的，与行星和太阳间的距离的距离的二次方成反比二次方成反比。224rmkF 湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校2012年上学期制作 10根据牛顿第三根据牛顿第三定律，行星对太阳定律，行星对太阳引力引力F 应满足应满足FF 行行星星太太阳阳 行星对

12、太阳的引力行星对太阳的引力2rMF 湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校2012年上学期制作 102rMmF 概括起来有概括起来有 太阳与行星间的引力太阳与行星间的引力湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校2012年上学期制作 102rMmF 2rMmGF 概括起来有概括起来有则太阳与行星则太阳与行星间引力大小为间引力大小为 太阳与行星间的引力太阳与行星间的引力湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校2012年上学期制作 102rMmF 2rMmGF 概括起来有概括起来

13、有G比例系数比例系数, 与太阳、行星的质量无关与太阳、行星的质量无关则太阳与行星则太阳与行星间引力大小为间引力大小为 太阳与行星间的引力太阳与行星间的引力湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校2012年上学期制作 102rMmF 2rMmGF 概括起来有概括起来有G比例系数比例系数, 与太阳、行星的质量无关与太阳、行星的质量无关则太阳与行星则太阳与行星间引力大小为间引力大小为方向：方向：沿着太阳和行星的连线沿着太阳和行星的连线 太阳与行星间的引力太阳与行星间的引力湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校2012年

14、上学期制作 10如果要验证太阳与行星间的引如果要验证太阳与行星间的引力规律是否适用于行星与它的卫星，力规律是否适用于行星与它的卫星，我们需要观测这些卫星运动的哪些我们需要观测这些卫星运动的哪些数据？观测前你对这些数据的规律数据？观测前你对这些数据的规律有什么假设？有什么假设？湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校2012年上学期制作 10行星绕太阳运动遵守这个规行星绕太阳运动遵守这个规律，那么在其他地方是否适用这个律，那么在其他地方是否适用这个规律呢？规律呢？湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校2012年上学

15、期制作 10宇宙间的一切物体都是相互吸引宇宙间的一切物体都是相互吸引的，两个物体间的引力大小与它们的的，两个物体间的引力大小与它们的质量的乘积成正比，跟它们距离的平质量的乘积成正比，跟它们距离的平方成反比。方成反比。二、万有引力定律二、万有引力定律1. 1.内容内容湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校2012年上学期制作 10F=Gm1m2/r2 2. 2. 公式：公式：湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校2012年上学期制作 10G=6.671011Nm2/kg2，数值上，数值上等于两个质量均为等于两个质

16、量均为1kg的物体相距的物体相距1米米时它们之间的相互吸引力。时它们之间的相互吸引力。F=Gm1m2/r2 3 3. .引力常量：引力常量：2. 2. 公式：公式：湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校2012年上学期制作 104 4. . 万有引力的适用条件：万有引力的适用条件：湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校2012年上学期制作 10(1)适用于质点适用于质点(2)当两物体是质量分布均匀的球体时，当两物体是质量分布均匀的球体时， 式中式中r指两球心间的距离。指两球心间的距离。4 4. . 万有引力的适

17、用条件：万有引力的适用条件：(3)若物体不能视为质点若物体不能视为质点,则可把每一个物则可把每一个物 体视为若干个质点的集合体视为若干个质点的集合,然后按定律然后按定律 求出各质点间的引力求出各质点间的引力,再按矢量法求它再按矢量法求它 们的合力。们的合力。湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校2012年上学期制作 105 5. . 万有引力的特征：万有引力的特征：湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校2012年上学期制作 10(1)普遍性普遍性: 普遍存在于宇宙中的任何有普遍存在于宇宙中的任何有质量的物体间的

18、吸引力，是自然界的基本相质量的物体间的吸引力，是自然界的基本相互作用之一互作用之一. .5 5. . 万有引力的特征：万有引力的特征：湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校湖南长郡卫星远程学校2012年上学期制作 10(1)普遍性普遍性: 普遍存在于宇宙中的任何有普遍存在于宇宙中的任何有质量的物体间的吸引力，是自然界的基本相质量的物体间的吸引力，是自然界的基本相互作用之一互作用之一. .(2)相互性相互性: 两个物体相互作用的引力是两个物体相互作用的引力是一对作用力和反作用力，符合牛顿第三定律一对作用力和反作用力，符合牛顿第三定律. .5 5. . 万有引力的特征：万有引力的特征：湖南长郡卫星远程学校湖南长