高一理化生万有引力课件1

一、本章纵览本章重点讲述万有引力定律的发现及其在天体运动中的应用．万有引力定律是在哥白尼、伽利略、开普勒等人的天文学研究成果的基础上，由牛顿运用动力学原理而发现的重要定律．它不仅能解释重力产生的原因．也能够解释行星和卫星的运动规律．它是天文学上研究各种天体运动规律的依据，它所揭示的万有引力是自然界中四种基本相互作用之一．本章的重点内容是：万有引力在天体运动中的应用及人造地球卫星的发射和运行，第一宇宙速度的推导和理解．本章的难点是：开普勒有关行星运动的三个定律、万有引力定律、牛顿第二定律以及匀速圆周运动知识在天体运动中的综合运用．本章可分三个单元，第一单元(第1、2、3节)开普勒关于行星运动描述的有关知识及万有引力定律的知识；第二单元(第4、5节)万有引力定律在天体运动中的有关应用；第三单元(第6节)介绍经典力学的局限性．二、能力要求1．理解万有引力定律的内容和公式．2．掌握万有引力定律的适用条件．3．了解万有引力的“三性”，即：(1)普遍性；(2)相互性；(3)宏观性．4．掌握对天体运动的分析方法．1行星的运动

1．地心说认为

是宇宙的中心，是静止不动的，太阳、月亮及其他行星都绕

运动；日心说认为

是静止不动的，地球和其他行星都绕

运动．地球地球太阳太阳2．开普勒行星运动定律(1)德国天文学家

仔细研究了第谷的资料，最终发现，所有的行星绕太阳运动的轨道都是

，太阳处在椭圆的一个

上；(2)对任一个行星来说，它与太阳连线在

内扫过相等的

；(3)所有行星的轨道的半长轴的

跟它的公转周期的二次方的比值

．开普勒椭圆焦点相等的时间面积三次方都相等3．人类对行星运动规律的认识过程充满着曲折与艰辛，不同时期人们的宇宙观代表着与社会大背景相适应的主流观念和意识，从

的直接经验开始，到

的转变，不是简单的

的变化，是人类思想的一次重大解放，从此人类的视角超越了地球．然而，地心说和日心说都保留了人们心目中所钟爱的完美图形“圆”，这在一定程度上代表了古代人的审美观．

能够最终放弃这一世世代代为人信仰的完美图形，而坚信

的精确观察数据，不仅需要严谨的科学态度与科学精神，也需要极大的勇气．地心说日心说参考系开普勒第谷1．如何正确理解行星运动的地心说和日心说？(1)两种学说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、最和谐的匀速圆周运动．(2)两种学说都是错误的．哥白尼学说存在两大缺点：①把太阳当作宇宙的中心．实际上太阳仅是太阳系中的一颗中心天体，而不是宇宙的中心．②沿用了行星在圆形轨道上做匀速圆周运动的陈旧观念．实际上行星轨道是椭圆的，行星的运动也不是匀速的．2．如何理解开普勒行星运动定律(1)由开普勒第一定律可知，所有行星绕太阳运行时的轨道是椭圆的，太阳处于椭圆的一个焦点上，因此在行星的轨道上出现了近日点和远日点．(2)由开普勒第二定律可知：行星从近日点向远日点运动时，其速率减小，由远日点向近日点运动时其速率增大．(4)开普勒三定律是根据行星运动的观察结果而总结归纳出来的规律，每一条都是经验定律．开普勒的三个行星运动定律，不仅适用于行星绕太阳的运动，也适用于其他天体系统．题型一人们对天体运动的认识历程【例1】

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，这四个基本论点目前看存在缺陷的是(

)A．宇宙的中心是太阳，所有的行星都在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，它绕地球运动的同时还跟地球一起绕太阳运动C．天穹不转动，因为地球每天自西向东转一周，造成天体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，比日地间的距离大的多【解析】

所有行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上；行星在椭圆轨道上运动的周期T和轨道半长轴R满足＝恒量，故所有行星实际并不是在做匀速圆周运动，整个宇宙是在不停运动的．【答案】

ABC规律总结：天文学家开普勒在认真整理了第谷的观测资料以后，在哥白尼学说的基础上，抛弃了圆轨道的说法，提出了以大量观察资料为依据的三大定律，揭示了天体运动的真相，它们中的每一条都是以观测事实为依据的定律．“日心说”虽然比“地心说”更进了一步，但它毕竟也没有抛弃圆轨道的说法，这也正是它与开普勒定律矛盾的地方．

应用1—1关于“日心说”和“地心说”的一些说法中，正确的是(

)A．地球是宇宙的中心，是静止不动的B．“太阳从东方升起，在西方落下”，这说明太阳绕地球转动，地球是不动的C．如果认为地球是不动的(以地球为参考系)，行星运动的描述不仅复杂且问题很多D．如果认为太阳是不动的(以太阳为参考系)，则地球和其他行星都在绕太阳转动解析：“太阳从东方升起，在西边落下”，是地球上的人以地球为参考系观察的结果，并不能说太阳绕地球转动，因为运动是相对的，参考系不同，对运动的描述也不同．答案：CD题型二对开普勒第二定律的理解【例2】某行星沿椭圆轨道运行，远日点离太阳的距离为a，近日点离太阳的距离为b，过远日点时行星的速率为va，则过近日点时的速率为 (

)【解析】

如图6—1—1所示，A、B分别表示远日点、近日点，由开普勒第二定律知，太阳和行星的连线在相等的时间里扫过的面积相等，取足够短的时间Δt，则有：va·Δt·a＝vb·Δt·b，所以vb＝va.【答案】

C规律总结：把握开普勒第二定律中太阳和行星的连线在相等的时间里扫过相等的面积是解题的关键．应用2—1如图6—1—2所示为地球绕太阳运行的示意图，图中椭圆表示地球公转轨道，C、Q、X、D分别表示中国农历节气中的春分、秋分、夏至、冬至时地球所在位置，试说明一年之内秋冬两季比春夏两季要少几天的原因．解析：地球绕日运行时，对北半球的观察者而言，在冬天经过近日点，夏天经过远日点，由开普勒第二定律可知，地球在冬天比在夏天运动得快一些，因此地球轨道上相当于春夏部分比秋冬部分要长些，从题图看出春分到秋分的春夏两季地日连线所扫过的面积比秋分到次年春分的秋冬两季地日连线所扫过的面积大，即春夏两季比秋冬两季长一些，一年之内，春夏两季共186天，而秋冬两季只有179天．答案：见解析题型三对开普勒第三定律的理解和应用【例3】有一个名叫谷神的小行星，质量为m＝1.00×1021kg，它的轨道半径是地球绕太阳运动的轨道半径的2.77倍，求它绕太阳运动一周所需要的时间．【解析】

假设地球绕太阳运动的轨道半径为R0，则谷神绕太阳运动的轨道半径为R＝2.77R0.已知地球绕太阳运动的运动周期为T0＝365天．即T0＝31536000s.【答案】

1.45×108s规律总结：(1)不同天体系统中k值不同，不要把k作为一个已知的常数来计算．(2)地球的公转周期是一个重要的隐含条件，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分析其他行星的运动．应用3—1下表给出了太阳系八大行星平均轨道半径和周期的数值，从表中任选三个行星验证开普勒第三定律，并计算常量k＝的值．太阳系八大行星的平均轨道半径和周期行星平均轨道半径/m周期/s水星5.79×10107.60×106金星1.08×10111.