人教版高中物理必修二第六章《万有引力与航天》课件

物理必修2第六章《万有引力与航天》物理必修2一、本章教材概述：（1）从知识结构上看，本章教材是应用牛顿运动定律和曲线运动的知识研究天体运动。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。本章前三节内容充分展现了万有引力定律发现的科学过程，也向我们展现了前辈科学家富有创造而又严谨的科学思维。教学中可以充分利用这些材料进行物理学史及物理研究方法教育，培养学生的科学素养进而发展学生的科学思维能力。

“万有引力定律的成就”和“宇宙航行”向我们展示了科学带给我们的成就；揭示了科学跟生活、社会的联系是非常紧密的，航天正在改变着我们的日常生活。

“经典力学的局限性”对经典力学适用性进行了总结。一、本章教材概述：（2）从物理方法的角度来看，本章的教学内容渗透了科学探究的思想和方法，理想化模型的建立，从特殊经过推理、猜想推广到一般（即统一的思想）等.（2）从物理方法的角度来看，本章的教学内容渗透了科学探究的思二、本章知识结构开普勒三定律牛顿运动定律人造地球卫星天体运动万有引力定律天体质量天体密度宇宙速度环绕速度运行周期重力加速度同步卫星双星二、本章知识结构开普勒三定律牛顿运动定律人造地球卫星天体运动课时分配建议第一单元第一节行星的运动1课时第二节太阳与行星间的引力1课时第三节万有引力定律1课时万有引力定律的建立过程。第二单元第四节万有引力理论的成就第五节宇宙航行3课时万有引力定律的应用和人类航天第三单元第六节经典力学的局限性1课时牛顿运动定律和万有引力定律的局限性复习总结1-2课时8-9课时三、教学建议课时分配建议第一第一节行星的运动（A）第一单元的教材理解建立万有引力定律的过程遵循了运动到受力的过程，首先由行星的运动做为本章的切入点，向我们勾勒出一幅人类对天体运动、宇宙世界的认识发展图。（A）第一单元的教材理解建立万有引力定律的过程遵循了运动到受完成地心说体系天文学家托勒密(约90—168)

创造了本轮（每个行星都沿着圆周运动，这个圆叫本轮）、均轮（本轮的圆心环绕地球沿一个大圆运动，这个圆叫均轮）、偏心圆等几何图形，用它们表示星体做匀速圆周运动的模型（一）行星的运动“地心说”的集大成者，生于埃及，父母都是希腊人。完成地心说体系天文学家托勒密(约90—168)创造了本轮托勒密的地心宇宙托勒密的地心宇宙火星的逆行火星的逆行哥白尼哥白尼是15-16世纪的波兰天文学家、数学家。日心说哥白尼坚信宇宙与自然是美的，而美的东西一定是简单与和谐的。哥白尼提出了日心说，经过长年的观察和计算完成了伟大著作《天体运行论》。《天体运行论》问世以来，使人们对宇宙的认识产生了巨大的飞跃，它的作用远远超出了天文学的范围，促使自然科学冲破了神学的束缚，加速前进。哥白尼哥白尼是15-16世纪的波兰天文学家、数学家。日心说哥太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳做匀速圆周运动。太阳在宇宙正中坐在其宝座上。日心宇宙太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳做匀速圆周运动。太阳第谷第谷·布拉赫，丹麦著名天文学家，近代天文学的奠基人。第谷是一位杰出的观测家，是著名天文学家开普勒的导师。他在没有望远镜的条件下进行更为精确的观察。托勒密观察的准确度达到十弧分，而第谷观察的准确度达到二弧分。大量天文观测数据的积累第谷第谷·布拉赫，丹麦著名天文学家，近代天文学的奠基人。第谷开普勒，德国天文学家。利用第谷多年积累的观测资料，仔细分析研究，发现了行星沿椭圆轨道运行，并且提出行星运动三定律，被后人称为“天空立法者”。开普勒主要著作有《宇宙的神秘》、《光学》、《宇宙和谐论》、《哥白尼天文学概要》、《彗星论》。开普勒的多难人生开普勒开普勒三定律我曾测量天空，现在测量幽冥。灵魂飞向天国，肉体安息土中。

开普勒，德国天文学家。利用第谷多年积累的观测资料，仔细分析研开普勒第二定律（等面积定律）

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面积。推论：行星运动是不等速的，在远日点的速度小，近日点的速度大开普勒三定律开普勒第二定律（等面积定律）对任意一个行星来在开普勒对火星轨道的研究中，70余次的尝试所得的结果都与第谷的观测数据有至少8分的角度偏差。8分的角度偏差，是测量误差还是另有玄机？在开普勒对火星轨道的研究中，70余次的尝试所得的结果都与第谷开普勒第一定律（椭圆轨道定律）

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焦点上。开普勒三定律开普勒第一定律（椭圆轨道定律）所有行星绕太阳运动的轨开普勒遇到的困难：太阳占据一个焦点，另一个焦点上什么也没有，破坏了轨道的对称性。卵形线椭圆开普勒遇到的困难：太阳占据一个焦点，另一个焦点上什么也没有，开普勒第三定律（和谐定律）

所有行星的轨道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。开普勒三定律开普勒认为，各个行星都沿椭圆轨道，以匀面积速度运行不是偶然的，必有某种更普遍的规律联系着太阳系的所有行星的运动，只有发现各个行星运动之间存在的统一关系，才可以建立一个太阳系的整体模型，从而揭示出宇宙的和谐与一致。开普勒第三定律（和谐定律）所有行星的轨道的半开普勒关于天文学研究方法的特点：（1）尊重观察到的客观事实（2）用数学公式来表达物理定律（3）不仅从事运动学研究还从事天体力学的研究开普勒对天上运动的研究与伽利略对地上运动的研究一起为牛顿定律及其世界体系的建立奠定了基础。开普勒关于天文学研究方法的特点：伽利略（1564－1642）

托勒密(约90—168)哥白尼（1473—1543）第谷（1546—1601）开普勒（1571-1630）笛卡尔（1596-1650）牛顿（1643—1727）胡克（1635－1703）哈雷（1656-1742）卡文迪许（1731-1810）

伽利略（1564－1642）托勒密(约90—168)哥白科学精神的熏陶在合作中共同推动科学的发展分享：分享观点；分享数据

质疑：质疑繁琐的表达以事实为基础，质疑前人的理论科学本质理解：科学的发展；科学知识表述的简洁、和谐等科学精神的熏陶在合作中共同推动科学的发展科学本质理解：科学的（二）万有引力定律的发现

从行星运动规律到万有引力定律，是极好的科学过程教育素材，应该向学生展示这一过程。（1）简化：把行星绕太阳所作的椭圆运动近似的视为圆运动（2）规律：根据圆周运动的相关规律写出动力学方程（3）周期：注意到圆周运动线速度与周期间的关系（二）万有引力定律的发现从行星运动规律到万有引力定律，是极（4）向心力表达式：

代入动力学方程，得

（5）开普勒第三定律

（6）表明：太阳对不同行星的引力，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。r与T之间的相关性，消T（4）向心力表达式：代入动力学方程，得（5）开普勒第三定（7）从相互作用的角度来看（对称性的观念），太阳吸引行星，行星也吸引太阳，就行星对太阳的引力来说，太阳是受力星体。因此有(8)由牛顿第三定律可得：写成等式G是比例系数，与太阳、行星都没有关系（牛顿第三定律在这里做了拓展，用到了天上，这也是牛顿大胆的想法）（7）从相互作用的角度来看（对称性的观念），太阳吸引行星，（9）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真是同一种力，同样遵从“平方反比”的规律，那么，由于月球轨道半径约为地球半径的60倍，所以月球轨道上一个物体受到的引力，比它在地面附近时受到的引力要小，前者只有后者的根据牛顿第二定律，物体在月球轨道上运动时的加速度也就应该大约是它在地面附近下落时的加速度的。（9）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计算过程：计算过程：（10）推而广之：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的乘积成正比，与它们之间距离r的二次方成反比，即式中质量单位用kg，距离的单位用m，力的单位用N。G是比例系数，叫做引力常量。注：普适性、相互性、宏观性r为两质点或两球心间的距离（10）推而广之：自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的方向万有引力定律的意义：在牛顿以前，无论是东方还是西方，天与地的区分是根深蒂固的。没有任何一项成果能说明天上运动与地上运动服从相同的规律。万有引力定律体现了天上运动与地上运动的统一性，它把开普勒的行星运动和伽利略的落体与抛体运动统一了，从而天体运动纳入到根据地面上的实验得出的力学原理之中。这是物理学史上第一次伟大的综合，也是人类认识上一次巨大的飞跃。万有引力定律的意义：（11）学生对定律理解的疑难辨析：辨析1：既然任何两个物体间都存在引力，为什么当放在水平地面上的木块A和木块B很接近时，它们并没有吸在一起？

答：由于木块的质量相对于地球的质量而言非常小，因此两木块很接近时尽管距离不大，但它们间的引力是相当小的，不足以克服地面对木块的最大静摩擦力，两木块不能吸在一起。（11）学生对定律理解的疑难辨析：辨析2：由万有引力定律公式

可知，当

时，

。这个结论对吗？答：这个结论不对！万有引力定律公式

只适用于求两个质点（或两个物体均可视为质点）之间的万有引力（若两个物体不能视为质点，则要将它们分割成许多小块（质点），然后用此式去计算每一对小块间的引力，最后将其中一个物体所受的各个引力进行矢量合成）。当

时就不能将两个物体视为质点了！我们不能将物理问题纯数学化！辨析2：由万有引力定律公式可知，当时，辨析3：图中，A、B均为匀质实心球，质量分别为mA

和mB

，半径分别为rA

、rB

，两球面的最近距离为r，r虽大于rA

和rB

，但两球半径均不可忽略，怎样求A、B两球间万有引力的大小？（引力常量为G）

答：两个匀质实心球间的万有引力等效于把两球体的质量分别集中于各自的球心的质点间的万有引力。所以A、B间万有引力的大小为

辨析3：图中，A、B均为匀质实心球，质量分别为mA和m（12）引力常量的测定：1798年，卡文迪许扭秤实验距离发现万有引力定律已经过了100多年rFrFmm´mm´（12）引力常量的测定：1798年，卡文迪许扭秤实验距离发现卡文迪许实验的重要意义：证明了万有引力的存在；使万有引力定律有了真正的实用价值；标志着力学实验精密程度的提高，开创了测量弱引力的新时代。该实验也被称作“最美丽”的十大物理实验之一。卡文迪许实验的物理思想和科学方法：扭秤装置把微小力转变成力矩来反映（一次放大），扭转角度又通过光标的移动来反映（二次放大）。从而确定物体间的万有引力。卡文迪许实验的重要意义：卡文迪许实验的物理思想和科学方法：（一）万有引力的成就（1）计算天体的质量解决思路：天体间的万有引力充当向心力(B)第二单元的教材理解情况一：利用环绕天体的运动来求中心天体的质量（一）万有引力的成就（1）计算天体的质量解决思路：天体间的情况二：利用行星表面的重力加速度求行星质量情况二：利用行星表面的重力加速度求行星质量（2）发现未知天体：海王星和冥王星（3）双星相同的角速度、周期向心力大小相等（2）发现未知天体：海王星和冥王星（3）双星相同的角速度、（二）宇宙航行（1）地球：利用地球仪讲清：经度、纬度、地轴、自转、公转（二）宇宙航行（1）地球：（二）宇宙航行（2）人造卫星宇宙速度卫星的发射原理（牛顿设想图）第一宇宙速度的推导第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度是卫星绕地运行的最大速度（二）宇宙航行（2）人造卫星宇宙速度卫星的发射原理（牛顿对三个宇宙速度的认识

第一宇宙速度：从地球表面发射的能环绕地球表面附近做匀速圆周运动的人造星体所需要的发射速度。第二宇宙速度：从地球表面发射的能够脱离地球引力的人造星体所需要的最小发射速度。第三宇宙速度：从地球表面发射的能够脱离太阳引力的人造星体所需要的最小发射速度。对发射速度的理解：星体脱离火箭时的速度为发射速度。要与卫星在轨道上的运行速度区分开。（二）宇宙航行对三个宇宙速度的认识对发射速度的理解：星体脱离火箭时的速度为（二）宇宙航行（3）地球人造卫星轨道：卫星轨道的高度：高轨道中轨道低轨道（近地轨道）一般的分类：赤道轨道、极地轨道、倾斜轨道（二）宇宙航行（3）地球人造卫星轨道：卫星轨道的高度：一般的（4）地球同步静止卫星——

与地球保持相对静止六个一定：周期、轨道平面、半径（高度）、线速度、角速度、加速度三个不一定：质量、动能、势能每3°一颗，共120颗（二）宇宙航行（4）地球同步静止卫星——与地球保持相对静止六个一定：周（5）人造卫星的发射（了解）：人造地球卫星由运载火箭发射入轨。从发射点到入轨点的飞行轨迹叫发射轨道。发射轨道包括垂直起飞段、程序转弯段和入轨段。垂直起飞段和程序转弯段都大同小异，但入轨段根据轨道高度的不同有直接入轨、滑行入轨和过渡转移入轨之分。

要将同步卫星发射到同步轨道上，却是相当困难和复杂的。不能将卫星直接送到同步轨道上，必须分为三个阶段才能入轨。（二）宇宙航行发射卫星的视频、动画（5）人造卫星的发射（了解）：（二）宇宙航行发射卫星的视频、第一步：运载火箭将卫星送到停泊轨道；第二步：卫星从停泊轨道到转移轨道第三步：卫星从转移轨道到同步轨道推荐一部电影《地心引力》（二）宇宙航行第一步：运载火箭将卫星送到停泊轨道；推荐一部电影（二）宇宙航（C）第三单元的理解

经典力学局限性

从宏观到微观----量子力学从低速到高速----狭义相对论从弱引力到强引力----广义相对论加强学生自主学习、合作学习（C）第三单元的理解

经典力学局限性从宏观到微观四、本章教学中的几点注意（1）惯性质量与引力质量惯性质量：牛顿第二定律公式中的质量称为惯性质量，它是物体惯性的量度，用惯性秤可以确定物体的惯性质量详见教参第83页四、本章教学中的几点注意（1）惯性质量与引力质量惯性质量：牛引力质量：万有引力定律公式中的质量称为引力质量，它表示物体产生引力场或引力作用的本领，一般用天平称得的物体质量就是物体的引力质量。关系：惯性质量是量度物体惯性的大小；引力质量是量度物体与其他物体相互吸引的能力。地球以重力吸引石头而对其惯性质量毫无所知。地球的“召唤”力与引力质量有关，而石头所“回答”的运动则与惯性质量有关。爱因斯坦：引力质量与惯性质量具有等同性引力质量：万有引力定律公式中的质量称为引力质量，它表示物体产（2）在研究地-月系统时，没有考虑太阳对月球的影响错误观点：太阳与月球的距离远大于地球与月球的距离，因此太阳对月球的吸引力远小于地球对月球的吸引力，二者相比，可以忽略太阳对月球的引力。（2）在研究地-月系统时，没有考虑太阳对月球的影响错误观点：教参观点：原因在于太阳对月球的作用效果与太阳对地球的作用效果是完全一样的。这就是说假如地球和月球之间没有引力作用，那么，在太阳引力作用下，地球和月球的轨道完全一样，在地球上来看，月球和地球的相对位置始终保持不变，好像根本不存在太阳的作用。（详见教参第84页）教参观点：原因在于太阳对月球的作用效果与太阳对地球的作用效果太阳太阳五、本章习题(1)有关天体质量、密度、速度、周期、加速度等问题1、土星周围有许多大小不等的岩石颗粒，其绕土星的运动可视为圆周运动。其中有两个岩石颗粒A和B与土星中心距离分别为和。忽略所有岩石颗粒间的相互作用。(结果可用根式表示)（1）求岩石颗粒A和B的线速度之比；（2）求岩石颗粒A和B的周期之比；（3）土星探测器上有一物体，在地球上重为10N，推算出它在距土星中心处受到土星的引力为0.38N。已知地球半径为，请估算土星质量是地球质量的多少倍。五、本章习题(1)有关天体质量、密度、速度、周期、加速度等问解：（1）岩石颗粒围绕土星中心做匀速圆周运动，土星对其的万有引力做向心力，可得：

，所以（2）岩石颗粒围绕土星中心做匀速圆周运动，可得：解：（1）岩石颗粒围绕土星中心做匀速圆周运动，土星对其的万有（3）物体在地球上的重力物体在土星上的引力所以（3）物体在地球上的重力物体在土星上的引力所以2、经天文学家观察，太阳在绕着银河系中心圆形轨道上运动，轨道半径约为，转动一周的时间约为。太阳做圆周运动的向心力是来自它轨道内侧的大量星体的引力，可以把这些星体的全部质量看作集中在银河系中心来处理问题。求：（1）从给出的数据来计算太阳轨道内侧这些星体的总质量Ｍ（2）太阳在圆周运动轨道上的加速度a人教版高中物理必修二第六章《万有引力与航天》课件（1）设太阳质量为m，轨道半径为R，周期为T

星体对太阳的万有引力充当向心力

得（2）太阳在圆周运动轨道上的加速度就是太阳的向心加速度，所以有（1）设太阳质量为m，轨道半径为R，周期为T

3．发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后经点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，将卫星送入同步轨道3。轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P点（如图），则卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法正确的是(BD)A．卫星在轨道3上的线速度大于在轨道1上的线速度B．卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度C．卫星在轨道1上经过Q点时的加速度大于它在轨道2上经过Q点的加速度D．卫星在轨道2上经过P点时的加速度等于它在轨道3上经过P点的加速度12PQ3（2）卫星轨道问题3．发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后经4、一物体静置在平均密度为ρ的球形天体表面的赤道上。已知万有引力常量为G，若由于天体自转使物体对天体表面压力恰好为零，则天体自转周期为（D）A．B．

C．D．

（3）自转周期问题4、一物体静置在平均密度为ρ的球形天体表面的赤道上。已知万有解：解：谢谢！人教版高中物理必修二第六章《万有引力与航天》课件物理必修2第六章《万有引力与航天》物理必修2一、本章教材概述：（1）从知识结构上看，本章教材是应用牛顿运动定律和曲线运动的知识研究天体运动。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。本章前三节内容充分展现了万有引力定律发现的科学过程，也向我们展现了前辈科学家富有创造而又严谨的科学思维。教学中可以充分利用这些材料进行物理学史及物理研究方法教育，培养学生的科学素养进而发展学生的科学思维能力。

“万有引力定律的成就”和“宇宙航行”向我们展示了科学带给我们的成就；揭示了科学跟生活、社会的联系是非常紧密的，航天正在改变着我们的日常生活。

“经典力学的局限性”对经典力学适用性进行了总结。一、本章教材概述：（2）从物理方法的角度来看，本章的教学内容渗透了科学探究的思想和方法，理想化模型的建立，从特殊经过推理、猜想推广到一般（即统一的思想）等.（2）从物理方法的角度来看，本章的教学内容渗透了科学探究的思二、本章知识结构开普勒三定律牛顿运动定律人造地球卫星天体运动万有引力定律天体质量天体密度宇宙速度环绕速度运行周期重力加速度同步卫星双星二、本章知识结构开普勒三定律牛顿运动定律人造地球卫星天体运动课时分配建议第一单元第一节行星的运动1课时第二节太阳与行星间的引力1课时第三节万有引力定律1课时万有引力定律的建立过程。第二单元第四节万有引力理论的成就第五节宇宙航行3课时万有引力定律的应用和人类航天第三单元第六节经典力学的局限性1课时牛顿运动定律和万有引力定律的局限性复习总结1-2课时8-9课时三、教学建议课时分配建议第一第一节行星的运动（A）第一单元的教材理解建立万有引力定律的过程遵循了运动到受力的过程，首先由行星的运动做为本章的切入点，向我们勾勒出一幅人类对天体运动、宇宙世界的认识发展图。（A）第一单元的教材理解建立万有引力定律的过程遵循了运动到受完成地心说体系天文学家托勒密(约90—168)

创造了本轮（每个行星都沿着圆周运动，这个圆叫本轮）、均轮（本轮的圆心环绕地球沿一个大圆运动，这个圆叫均轮）、偏心圆等几何图形，用它们表示星体做匀速圆周运动的模型（一）行星的运动“地心说”的集大成者，生于埃及，父母都是希腊人。完成地心说体系天文学家托勒密(约90—168)创造了本轮托勒密的地心宇宙托勒密的地心宇宙火星的逆行火星的逆行哥白尼哥白尼是15-16世纪的波兰天文学家、数学家。日心说哥白尼坚信宇宙与自然是美的，而美的东西一定是简单与和谐的。哥白尼提出了日心说，经过长年的观察和计算完成了伟大著作《天体运行论》。《天体运行论》问世以来，使人们对宇宙的认识产生了巨大的飞跃，它的作用远远超出了天文学的范围，促使自然科学冲破了神学的束缚，加速前进。哥白尼哥白尼是15-16世纪的波兰天文学家、数学家。日心说哥太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳做匀速圆周运动。太阳在宇宙正中坐在其宝座上。日心宇宙太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳做匀速圆周运动。太阳第谷第谷·布拉赫，丹麦著名天文学家，近代天文学的奠基人。第谷是一位杰出的观测家，是著名天文学家开普勒的导师。他在没有望远镜的条件下进行更为精确的观察。托勒密观察的准确度达到十弧分，而第谷观察的准确度达到二弧分。大量天文观测数据的积累第谷第谷·布拉赫，丹麦著名天文学家，近代天文学的奠基人。第谷开普勒，德国天文学家。利用第谷多年积累的观测资料，仔细分析研究，发现了行星沿椭圆轨道运行，并且提出行星运动三定律，被后人称为“天空立法者”。开普勒主要著作有《宇宙的神秘》、《光学》、《宇宙和谐论》、《哥白尼天文学概要》、《彗星论》。开普勒的多难人生开普勒开普勒三定律我曾测量天空，现在测量幽冥。灵魂飞向天国，肉体安息土中。

开普勒，德国天文学家。利用第谷多年积累的观测资料，仔细分析研开普勒第二定律（等面积定律）

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面积。推论：行星运动是不等速的，在远日点的速度小，近日点的速度大开普勒三定律开普勒第二定律（等面积定律）对任意一个行星来在开普勒对火星轨道的研究中，70余次的尝试所得的结果都与第谷的观测数据有至少8分的角度偏差。8分的角度偏差，是测量误差还是另有玄机？在开普勒对火星轨道的研究中，70余次的尝试所得的结果都与第谷开普勒第一定律（椭圆轨道定律）

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焦点上。开普勒三定律开普勒第一定律（椭圆轨道定律）所有行星绕太阳运动的轨开普勒遇到的困难：太阳占据一个焦点，另一个焦点上什么也没有，破坏了轨道的对称性。卵形线椭圆开普勒遇到的困难：太阳占据一个焦点，另一个焦点上什么也没有，开普勒第三定律（和谐定律）

所有行星的轨道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。开普勒三定律开普勒认为，各个行星都沿椭圆轨道，以匀面积速度运行不是偶然的，必有某种更普遍的规律联系着太阳系的所有行星的运动，只有发现各个行星运动之间存在的统一关系，才可以建立一个太阳系的整体模型，从而揭示出宇宙的和谐与一致。开普勒第三定律（和谐定律）所有行星的轨道的半开普勒关于天文学研究方法的特点：（1）尊重观察到的客观事实（2）用数学公式来表达物理定律（3）不仅从事运动学研究还从事天体力学的研究开普勒对天上运动的研究与伽利略对地上运动的研究一起为牛顿定律及其世界体系的建立奠定了基础。开普勒关于天文学研究方法的特点：伽利略（1564－1642）

托勒密(约90—168)哥白尼（1473—1543）第谷（1546—1601）开普勒（1571-1630）笛卡尔（1596-1650）牛顿（1643—1727）胡克（1635－1703）哈雷（1656-1742）卡文迪许（1731-1810）

伽利略（1564－1642）托勒密(约90—168)哥白科学精神的熏陶在合作中共同推动科学的发展分享：分享观点；分享数据

质疑：质疑繁琐的表达以事实为基础，质疑前人的理论科学本质理解：科学的发展；科学知识表述的简洁、和谐等科学精神的熏陶在合作中共同推动科学的发展科学本质理解：科学的（二）万有引力定律的发现

从行星运动规律到万有引力定律，是极好的科学过程教育素材，应该向学生展示这一过程。（1）简化：把行星绕太阳所作的椭圆运动近似的视为圆运动（2）规律：根据圆周运动的相关规律写出动力学方程（3）周期：注意到圆周运动线速度与周期间的关系（二）万有引力定律的发现从行星运动规律到万有引力定律，是极（4）向心力表达式：

代入动力学方程，得

（5）开普勒第三定律

（6）表明：太阳对不同行星的引力，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。r与T之间的相关性，消T（4）向心力表达式：代入动力学方程，得（5）开普勒第三定（7）从相互作用的角度来看（对称性的观念），太阳吸引行星，行星也吸引太阳，就行星对太阳的引力来说，太阳是受力星体。因此有(8)由牛顿第三定律可得：写成等式G是比例系数，与太阳、行星都没有关系（牛顿第三定律在这里做了拓展，用到了天上，这也是牛顿大胆的想法）（7）从相互作用的角度来看（对称性的观念），太阳吸引行星，（9）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真是同一种力，同样遵从“平方反比”的规律，那么，由于月球轨道半径约为地球半径的60倍，所以月球轨道上一个物体受到的引力，比它在地面附近时受到的引力要小，前者只有后者的根据牛顿第二定律，物体在月球轨道上运动时的加速度也就应该大约是它在地面附近下落时的加速度的。（9）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计算过程：计算过程：（10）推而广之：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的乘积成正比，与它们之间距离r的二次方成反比，即式中质量单位用kg，距离的单位用m，力的单位用N。G是比例系数，叫做引力常量。注：普适性、相互性、宏观性r为两质点或两球心间的距离（10）推而广之：自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的方向万有引力定律的意义：在牛顿以前，无论是东方还是西方，天与地的区分是根深蒂固的。没有任何一项成果能说明天上运动与地上运动服从相同的规律。万有引力定律体现了天上运动与地上运动的统一性，它把开普勒的行星运动和伽利略的落体与抛体运动统一了，从而天体运动纳入到根据地面上的实验得出的力学原理之中。这是物理学史上第一次伟大的综合，也是人类认识上一次巨大的飞跃。万有引力定律的意义：（11）学生对定律理解的疑难辨析：辨析1：既然任何两个物体间都存在引力，为什么当放在水平地面上的木块A和木块B很接近时，它们并没有吸在一起？

答：由于木块的质量相对于地球的质量而言非常小，因此两木块很接近时尽管距离不大，但它们间的引力是相当小的，不足以克服地面对木块的最大静摩擦力，两木块不能吸在一起。（11）学生对定律理解的疑难辨析：辨析2：由万有引力定律公式

可知，当

时，

。这个结论对吗？答：这个结论不对！万有引力定律公式

只适用于求两个质点（或两个物体均可视为质点）之间的万有引力（若两个物体不能视为质点，则要将它们分割成许多小块（质点），然后用此式去计算每一对小块间的引力，最后将其中一个物体所受的各个引力进行矢量合成）。当

时就不能将两个物体视为质点了！我们不能将物理问题纯数学化！辨析2：由万有引力定律公式可知，当时，辨析3：图中，A、B均为匀质实心球，质量分别为mA

和mB

，半径分别为rA

、rB

，两球面的最近距离为r，r虽大于rA

和rB

，但两球半径均不可忽略，怎样求A、B两球间万有引力的大小？（引力常量为G）

答：两个匀质实心球间的万有引力等效于把两球体的质量分别集中于各自的球心的质点间的万有引力。所以A、B间万有引力的大小为

辨析3：图中，A、B均为匀质实心球，质量分别为mA和m（12）引力常量的测定：1798年，卡文迪许扭秤实验距离发现万有引力定律已经过了100多年rFrFmm´mm´（12）引力常量的测定：1798年，卡文迪许扭秤实验距离发现卡文迪许实验的重要意义：证明了万有引力的存在；使万有引力定律有了真正的实用价值；标志着力学实验精密程度的提高，开创了测量弱引力的新时代。该实验也被称作“最美丽”的十大物理实验之一。卡文迪许实验的物理思想和科学方法：扭秤装置把微小力转变成力矩来反映（一次放大），扭转角度又通过光标的移动来反映（二次放大）。从而确定物体间的万有引力。卡文迪许实验的重要意义：卡文迪许实验的物理思想和科学方法：（一）万有引力的成就（1）计算天体的质量解决思路：天体间的万有引力充当向心力(B)第二单元的教材理解情况一：利用环绕天体的运动来求中心天体的质量（一）万有引力的成就（1）计算天体的质量解决思路：天体间的情况二：利用行星表面的重力加速度求行星质量情况二：利用行星表面的重力加速度求行星质量（2）发现未知天体：海王星和冥王星（3）双星相同的角速度、周期向心力大小相等（2）发现未知天体：海王星和冥王星（3）双星相同的角速度、（二）宇宙航行（1）地球：利用地球仪讲清：经度、纬度、地轴、自转、公转（二）宇宙航行（1）地球：（二）宇宙航行（2）人造卫星宇宙速度卫星的发射原理（牛顿设想图）第一宇宙速度的推导第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度是卫星绕地运行的最大速度（二）宇宙航行（2）人造卫星宇宙速度卫星的发射原理（牛顿对三个宇宙速度的认识

第一宇宙速度：从地球表面发射的能环绕地球表面附近做匀速圆周运动的人造星体所需要的发射速度。第二宇宙速度：从地球表面发射的能够脱离地球引力的人造星体所需要的最小发射速度。第三宇宙速度：从地球表面发射的能够脱离太阳引力的人造星体所需要的最小发射速度。对发射速度的理解：星体脱离火箭时的速度为发射速度。要与卫星在轨道上的运行速度区分开。（二）宇宙航行对三个宇宙速度的认识对发射速度的理解：星体脱离火箭时的速度为（二）宇宙航行（3）地球人造卫星轨道：卫星轨道的高度：高轨道中轨道低轨道（近地轨道）一般的分类：赤道轨道、极地轨道、倾斜轨道（二）宇宙航行（3）地球人造卫星轨道：卫星轨道的高度：一般的（4）地球同步静止卫星——

与地球保持相对静止六个一定：周期、轨道平面、半径（高度）、线速度、角速度、加速度三个不一定：质量、动能、势能每3°一颗，共120颗（二）宇宙航行（4）地球同步静止卫星——与地球保持相对静止六个一定：周（5）人造卫星的发射（了解）：人造地球卫星由运载火箭发射入轨。从发射点到入轨点的飞行轨迹叫发射轨道。发射轨道包括垂直起飞段、程序转弯段和入轨段。垂直起飞段和程序转弯段都大同小异，但入轨段根据轨道高度的不同有直接入轨、滑行入轨和过渡转移入轨之分。

要将同步卫星发射到同步轨道上，却是相当困难和复杂的。不能将卫星直接送到同步轨道上，必须分为三个阶段才能入轨。（二）宇宙航行发射卫星的视频、动画（5）人造卫星的发射（了解）：（二）宇宙航行发射卫星的视频、第一步：运载火箭将卫星送到停泊轨道；第二步：卫星从停泊轨道到转移轨道第三步：卫星从转移轨道到同步轨道推荐一部电影《地心引力》（二）宇宙航行第一步：运载火箭将卫星送到停泊轨道；推荐一部电影（二）宇宙航（C）第三单元的理解

经典力学局限性

从宏观到微观----量子力学从低速到高速----狭义相对论从弱引力到强引力----广义相对论加强学生自主学习、合作学习（C）第三单元的理解

经典力学局限性从宏观到微观四、本章教学中的几点注意（1）惯性质量与引力质量惯性质量：牛顿第二定律公式中的质量称为惯性质量，它是物体惯性的量度，用惯性秤可以确定物体的惯性质量详见教参第83页四、本章教学中的几点注意（1）惯性质量与引力质量惯性质量：牛引力质量：万有引力定律公式中的质量称为引力质量，它表示物体产生引力场或引力作用的本领，一般用天平称得的物体质量就是物体的引力质量。关系：惯性质量是量度物体惯性的大小；引力质量是量度物体与其他物体相互吸引的能力。地球以重力吸引石头而对其惯性质量毫无所知。地球的“召唤”力与引力质量有关，而石头所“回答”的运动则与惯性质量有关。爱因斯坦：引力质量与惯性质量具有等同性引力质量：万有引力定律公式中