新教材同步系列2024春高中物理第三章万有引力定律第一节认识天体运动课件粤教版必修第二册

第三章万有引力定律①物理观念：了解开普勒三大定律和万有引力定律的内涵，会计算人造卫星的环绕速度，

知道第二宇宙速度和第三宇宙速度；能用万有引力定律解释一些天体运动问题．形成与万有引力定律相关的运动与相互作用的观念．②科学思维：能将一些熟悉的天体运动抽象成匀速圆周运动模型；能分析一些简单的天体运动问题，通过推理获得结论；能用与万有引力定律相关的理论解释一些天体运动现象；通过构建模型，利用万有引力与圆周运动的理论知识，推算行星运动的相关参量及中心天体的相关物理量，体会万有引力定律等知识在航天科技中发挥的巨大作用．③科学探究：知道卡文迪许实验的重要性，并能提出问题；能体会卡文迪许扭秤实验方案设计的巧妙之处；能感受到科学定律的预测作用；能认识到测定物理常量在科学研究中的重要性；能与同学交流．④科学态度与责任：能认识发现万有引力定律的过程及重要意义，认识科学定律对人类探索未知世界的作用；知道科学包含大胆的想象和创新；有了解太空、探索太空的兴趣，能为万有引力定律对航天技术发展的巨大贡献而感到振奋．本章重点①开普勒三大定律；②万有引力定律及其应用；③第一宇宙速度；④天体质量及密度的计算；⑤人造卫星的运行．本章难点①天体运行时各物理量与运动半径的关系；②对三个宇宙速度的理解；③人造卫星的变轨；④双星问题．第一节认识天体运动学习目标学法指导1．知道天体运动中的“地心说”和“日心说”两种观点2．理解开普勒三大定律的内容3．学会应用开普勒定律分析天体运动问题1．通过阅读教材，了解“地心说”和“日心说”的内容2．通过练习，从物理、数学角度理解并掌握开普勒行星运动定律，认识模型在科学研究中的作用知识导图课前·自主预习1．地心说认为______是宇宙的中心，是__________的，太阳、月球以及其他星球都绕________运动．代表人物是古希腊天文学家托勒密．2．日心说认为_______是静止不动的，地球和其他行星都绕_______运动．代表人物是16世纪波兰天文学家哥白尼．地心说和日心说地球静止不动地球太阳太阳太阳是宇宙的中心吗？【答案】不是．开普勒定律定律内容公式或图示开普勒第一定律(轨道定律)所有行星绕太阳运动的轨道都是________，太阳处在椭圆的一个______上开普勒第二定律(面积定律)对任意一个行星来说，它与太阳的连线在__________内扫过的__________椭圆焦点相等的时间面积相等定律内容公式或图示开普勒第三定律(周期定律)所有行星轨道的______的三次方跟它的_________的二次方的比值都______公式：______＝k，k是一个对所有行星都____的常量半长轴公转周期相等相同根据开普勒行星运动定律，行星绕太阳运动的轨道是椭圆，如图所示．思考以下问题．(1)行星运动过程中，行星与太阳之间的距离是否变化？(2)行星离太阳最近时和离太阳最远时的运动速度的大小是否相同？【答案】(1)不断变化(2)不同，离太阳较近时速度较大．课堂·重难探究对开普勒行星运动定律的理解开普勒定律的理解2．开普勒行星运动定律是总结行星运动的观测结果结合严密的数学推理得到的定律．它们中的每一条都是经验定律．3．开普勒行星运动定律是对行星绕太阳运动的总结，实践表明开普勒行星运动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)绕行星的运动．例1

(多选)(2023年广州培英中学期中)关于开普勒行星运动定律，下列说法正确的是(

)A．若图中两阴影部分行星运动时间相等，则右侧面积大于左侧面积B．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D．地球绕太阳在椭圆轨道上运行，在近日点速率小于远日点运行的速率【答案】BC

变式1

(2023年江门一中期中)中国首次火星探测任务“天问一号”探测器顺利进入环火星轨道，成为我国第一颗人造火星卫星，如图所示．若探测器在该圆周轨道环绕火星飞行一周的时间为t1，经地面工作人员操控实施变轨后，探测器紧贴火星表面环绕火星飞行一周的时间为t2，则探测器变轨前后轨道半径之比为

(

)【答案】A

1．为了简化运算，一般把天体运动当成匀速圆周运动来研究，此时椭圆的半长轴近似为圆周的半径．应用开普勒定律研究天体运动例2

如图所示，某卫星绕行星沿椭圆轨道运行，图中S1、S2两部分阴影面积大小相等．则下列关于卫星运动的说法正确的是

(

)A．卫星在b点的速率等于在d的速率B．卫星在b点的速率小于在d的速率C．卫星从a到b的运行时间大于从c到d的运行时间D．卫星从a到b的运行时间等于从c到d的运行时间【答案】D

【解析】卫星绕行星沿椭圆轨道运行，根据开普勒第二定律，在b点时离行星近，在d点时离行星远，则卫星在b点的速率大于在d的速率，A、B错误；根据开普勒第二定律知，S1、S2两部分阴影面积大小相等，则卫星从a到b的运行时间等于从c到d的时间，C错误，D正确．变式2

(2023年肇庆联考)如图所示，“天问一号”从地球飞向火星时的转移轨道又叫霍曼转移轨道．霍曼转移轨道是与火星和地球公转轨道均相切的椭圆轨道，其切点分别为P、Q．已知地球公转周期为T1，火星公转周期为T2，“天问一号”从霍曼转移轨道P点运动到Q点所用时间为t，则(

)【答案】C

1．开普勒定律不仅适用于行星，也适用于卫星或其他天体运动．2．将两颗卫星的运动看作圆周运动，应用圆周运动规律和开普勒第三定律相结合，就可以分析此题．核心素养应用地球绕太阳运行和二十四节气地球上的二十四节气是我们的祖先通过长期的生活劳动经验总结出来的，并且在相当长的时间内，有力地推进了农业生产的发展，方便了人们的生活，是物理知识应用于生产和生活的典型实例．例3

(2023年普宁勤建学校期末)北京冬奥会开幕式二十四节气倒计时惊艳全球，如图所示是地球沿椭圆轨道绕太阳运行所处不同位置对应的节气，下列说法正确的是(

)【答案】C小练·随堂巩固1．发现“所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆”的规律的科学家是

(

)A．第谷

B．开普勒C．牛顿

D．卡文迪许【答案】B

【解析】由物理学史知B正确．2．下列关于行星绕太阳运动的说法，正确的是

(

)A．所有行星都在同一椭圆轨道上绕太阳运动B．行星绕太阳运动时，太阳位于行星轨道的中心处C．离太阳越近的行星的运动周期越长D．所有行星的轨道半长轴的三次方与公转周期的平方的比值都相等【答案】D

【解析】所有行星都沿着不同的椭圆轨道绕太阳运动，A错误；行星绕太阳运动时太阳位于行星椭圆轨道的一个焦点处，B错误；根据开普勒第三定律可知，离太阳越近的行星的运动周期越短，C错误；根据开普勒第三定律可知，所有行星的轨道半长轴的三次方跟公转周期的平方的比值都相等，D正确．A．k与a3成正比B．k与T2成反比C．k只与中心天体的体积有关D．该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【答案】D

4．为了探测引力波，“天琴计划”预计发射地球卫星P，其轨道半径约为地球半径的16倍．另一地球卫星Q的轨道半径约为地球半径的4倍．P与Q的周期之比约为

(

)A．2∶1

B．4∶1C．8∶1

D．16∶1【答案】C

5．如图所示，焦点为F1和F2的椭圆表示火星