人教版高中物理必修二第六章《萬有引力與航天》課件

物理必修2第六章《萬有引力與航天》物理必修2一、本章教材概述：（1）從知識結構上看，本章教材是應用牛頓運動定律和曲線運動的知識研究天體運動。牛頓運動定律和萬有引力定律構成了牛頓力學的核心內容。本章前三節(jié)內容充分展現了萬有引力定律發(fā)現的科學過程，也向我們展現了前輩科學家富有創(chuàng)造而又嚴謹的科學思維。教學中可以充分利用這些材料進行物理學史及物理研究方法教育，培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)進而發(fā)展學生的科學思維能力。

“萬有引力定律的成就”和“宇宙航行”向我們展示了科學帶給我們的成就；揭示了科學跟生活、社會的聯(lián)系是非常緊密的，航天正在改變著我們的日常生活。

“經典力學的局限性”對經典力學適用性進行了總結。一、本章教材概述：（2）從物理方法的角度來看，本章的教學內容滲透了科學探究的思想和方法，理想化模型的建立，從特殊經過推理、猜想推廣到一般（即統(tǒng)一的思想）等.（2）從物理方法的角度來看，本章的教學內容滲透了科學探究的思二、本章知識結構開普勒三定律牛頓運動定律人造地球衛(wèi)星天體運動萬有引力定律天體質量天體密度宇宙速度環(huán)繞速度運行周期重力加速度同步衛(wèi)星雙星二、本章知識結構開普勒三定律牛頓運動定律人造地球衛(wèi)星天體運動課時分配建議第一單元第一節(jié)行星的運動1課時第二節(jié)太陽與行星間的引力1課時第三節(jié)萬有引力定律1課時萬有引力定律的建立過程。第二單元第四節(jié)萬有引力理論的成就第五節(jié)宇宙航行3課時萬有引力定律的應用和人類航天第三單元第六節(jié)經典力學的局限性1課時牛頓運動定律和萬有引力定律的局限性復習總結1-2課時8-9課時三、教學建議課時分配建議第一第一節(jié)行星的運動（A）第一單元的教材理解建立萬有引力定律的過程遵循了運動到受力的過程，首先由行星的運動做為本章的切入點，向我們勾勒出一幅人類對天體運動、宇宙世界的認識發(fā)展圖。（A）第一單元的教材理解建立萬有引力定律的過程遵循了運動到受完成地心說體系天文學家托勒密(約90—168)

創(chuàng)造了本輪（每個行星都沿著圓周運動，這個圓叫本輪）、均輪（本輪的圓心環(huán)繞地球沿一個大圓運動，這個圓叫均輪）、偏心圓等幾何圖形，用它們表示星體做勻速圓周運動的模型（一）行星的運動“地心說”的集大成者，生于埃及，父母都是希臘人。完成地心說體系天文學家托勒密(約90—168)創(chuàng)造了本輪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世紀的波蘭天文學家、數學家。日心說哥白尼堅信宇宙與自然是美的，而美的東西一定是簡單與和諧的。哥白尼提出了日心說，經過長年的觀察和計算完成了偉大著作《天體運行論》?！短祗w運行論》問世以來，使人們對宇宙的認識產生了巨大的飛躍，它的作用遠遠超出了天文學的范圍，促使自然科學沖破了神學的束縛，加速前進。哥白尼哥白尼是15-16世紀的波蘭天文學家、數學家。日心說哥太陽是靜止不動的，地球和其他行星都繞太陽做勻速圓周運動。太陽在宇宙正中坐在其寶座上。日心宇宙太陽是靜止不動的，地球和其他行星都繞太陽做勻速圓周運動。太陽第谷第谷·布拉赫，丹麥著名天文學家，近代天文學的奠基人。第谷是一位杰出的觀測家，是著名天文學家開普勒的導師。他在沒有望遠鏡的條件下進行更為精確的觀察。托勒密觀察的準確度達到十弧分，而第谷觀察的準確度達到二弧分。大量天文觀測數據的積累第谷第谷·布拉赫，丹麥著名天文學家，近代天文學的奠基人。第谷開普勒，德國天文學家。利用第谷多年積累的觀測資料，仔細分析研究，發(fā)現了行星沿橢圓軌道運行，并且提出行星運動三定律，被后人稱為“天空立法者”。開普勒主要著作有《宇宙的神秘》、《光學》、《宇宙和諧論》、《哥白尼天文學概要》、《彗星論》。開普勒的多難人生開普勒開普勒三定律我曾測量天空，現在測量幽冥。靈魂飛向天國，肉體安息土中。

開普勒，德國天文學家。利用第谷多年積累的觀測資料，仔細分析研開普勒第二定律（等面積定律）

對任意一個行星來說，它與太陽的連線在相等的時間內掃過相等的面積。推論：行星運動是不等速的，在遠日點的速度小，近日點的速度大開普勒三定律開普勒第二定律（等面積定律）對任意一個行星來在開普勒對火星軌道的研究中，70余次的嘗試所得的結果都與第谷的觀測數據有至少8分的角度偏差。8分的角度偏差，是測量誤差還是另有玄機？在開普勒對火星軌道的研究中，70余次的嘗試所得的結果都與第谷開普勒第一定律（橢圓軌道定律）

所有行星繞太陽運動的軌道都是橢圓，太陽處在橢圓的一個焦點上。開普勒三定律開普勒第一定律（橢圓軌道定律）所有行星繞太陽運動的軌開普勒遇到的困難：太陽占據一個焦點，另一個焦點上什么也沒有，破壞了軌道的對稱性。卵形線橢圓開普勒遇到的困難：太陽占據一個焦點，另一個焦點上什么也沒有，開普勒第三定律（和諧定律）

所有行星的軌道的半長軸的三次方跟它的公轉周期的二次方的比值都相等。開普勒三定律開普勒認為，各個行星都沿橢圓軌道，以勻面積速度運行不是偶然的，必有某種更普遍的規(guī)律聯(lián)系著太陽系的所有行星的運動，只有發(fā)現各個行星運動之間存在的統(tǒng)一關系，才可以建立一個太陽系的整體模型，從而揭示出宇宙的和諧與一致。開普勒第三定律（和諧定律）所有行星的軌道的半開普勒關于天文學研究方法的特點：（1）尊重觀察到的客觀事實（2）用數學公式來表達物理定律（3）不僅從事運動學研究還從事天體力學的研究開普勒對天上運動的研究與伽利略對地上運動的研究一起為牛頓定律及其世界體系的建立奠定了基礎。開普勒關于天文學研究方法的特點：伽利略（1564－1642）

托勒密(約90—168)哥白尼（1473—1543）第谷（1546—1601）開普勒（1571-1630）笛卡爾（1596-1650）牛頓（1643—1727）胡克（1635－1703）哈雷（1656-1742）卡文迪許（1731-1810）

伽利略（1564－1642）托勒密(約90—168)哥白科學精神的熏陶在合作中共同推動科學的發(fā)展分享：分享觀點；分享數據

質疑：質疑繁瑣的表達以事實為基礎，質疑前人的理論科學本質理解：科學的發(fā)展；科學知識表述的簡潔、和諧等科學精神的熏陶在合作中共同推動科學的發(fā)展科學本質理解：科學的（二）萬有引力定律的發(fā)現

從行星運動規(guī)律到萬有引力定律，是極好的科學過程教育素材，應該向學生展示這一過程。（1）簡化：把行星繞太陽所作的橢圓運動近似的視為圓運動（2）規(guī)律：根據圓周運動的相關規(guī)律寫出動力學方程（3）周期：注意到圓周運動線速度與周期間的關系（二）萬有引力定律的發(fā)現從行星運動規(guī)律到萬有引力定律，是極（4）向心力表達式：

代入動力學方程，得

（5）開普勒第三定律

（6）表明：太陽對不同行星的引力，與行星的質量成正比，與行星和太陽間距離的二次方成反比。r與T之間的相關性，消T（4）向心力表達式：代入動力學方程，得（5）開普勒第三定（7）從相互作用的角度來看（對稱性的觀念），太陽吸引行星，行星也吸引太陽，就行星對太陽的引力來說，太陽是受力星體。因此有(8)由牛頓第三定律可得：寫成等式G是比例系數，與太陽、行星都沒有關系（牛頓第三定律在這里做了拓展，用到了天上，這也是牛頓大膽的想法）（7）從相互作用的角度來看（對稱性的觀念），太陽吸引行星，（9）月-地檢驗假定維持月球繞地球運動的力與使得蘋果下落的力真是同一種力，同樣遵從“平方反比”的規(guī)律，那么，由于月球軌道半徑約為地球半徑的60倍，所以月球軌道上一個物體受到的引力，比它在地面附近時受到的引力要小，前者只有后者的根據牛頓第二定律，物體在月球軌道上運動時的加速度也就應該大約是它在地面附近下落時的加速度的。（9）月-地檢驗假定維持月球繞地球運動的力與使得蘋果下落的力計算過程：計算過程：（10）推而廣之：自然界中任何兩個物體都相互吸引，引力的方向在它們的連線上，引力的大小與物體的質量m1和m2的乘積成正比，與它們之間距離r的二次方成反比，即式中質量單位用kg，距離的單位用m，力的單位用N。G是比例系數，叫做引力常量。注：普適性、相互性、宏觀性r為兩質點或兩球心間的距離（10）推而廣之：自然界中任何兩個物體都相互吸引，引力的方向萬有引力定律的意義：在牛頓以前，無論是東方還是西方，天與地的區(qū)分是根深蒂固的。沒有任何一項成果能說明天上運動與地上運動服從相同的規(guī)律。萬有引力定律體現了天上運動與地上運動的統(tǒng)一性，它把開普勒的行星運動和伽利略的落體與拋體運動統(tǒng)一了，從而天體運動納入到根據地面上的實驗得出的力學原理之中。這是物理學史上第一次偉大的綜合，也是人類認識上一次巨大的飛躍。萬有引力定律的意義：（11）學生對定律理解的疑難辨析：辨析1：既然任何兩個物體間都存在引力，為什么當放在水平地面上的木塊A和木塊B很接近時，它們并沒有吸在一起？

答：由于木塊的質量相對于地球的質量而言非常小，因此兩木塊很接近時盡管距離不大，但它們間的引力是相當小的，不足以克服地面對木塊的最大靜摩擦力，兩木塊不能吸在一起。（11）學生對定律理解的疑難辨析：辨析2：由萬有引力定律公式

可知，當

時，

。這個結論對嗎？答：這個結論不對！萬有引力定律公式

只適用于求兩個質點（或兩個物體均可視為質點）之間的萬有引力（若兩個物體不能視為質點，則要將它們分割成許多小塊（質點），然后用此式去計算每一對小塊間的引力，最后將其中一個物體所受的各個引力進行矢量合成）。當

時就不能將兩個物體視為質點了！我們不能將物理問題純數學化！辨析2：由萬有引力定律公式可知，當時，辨析3：圖中，A、B均為勻質實心球，質量分別為mA

和mB

，半徑分別為rA

、rB

，兩球面的最近距離為r，r雖大于rA

和rB

，但兩球半徑均不可忽略，怎樣求A、B兩球間萬有引力的大??？（引力常量為G）

答：兩個勻質實心球間的萬有引力等效于把兩球體的質量分別集中于各自的球心的質點間的萬有引力。所以A、B間萬有引力的大小為

辨析3：圖中，A、B均為勻質實心球，質量分別為mA和m（12）引力常量的測定：1798年，卡文迪許扭秤實驗距離發(fā)現萬有引力定律已經過了100多年rFrFmm′mm′（12）引力常量的測定：1798年，卡文迪許扭秤實驗距離發(fā)現卡文迪許實驗的重要意義：證明了萬有引力的存在；使萬有引力定律有了真正的實用價值；標志著力學實驗精密程度的提高，開創(chuàng)了測量弱引力的新時代。該實驗也被稱作“最美麗”的十大物理實驗之一。卡文迪許實驗的物理思想和科學方法：扭秤裝置把微小力轉變成力矩來反映（一次放大），扭轉角度又通過光標的移動來反映（二次放大）。從而確定物體間的萬有引力?？ㄎ牡显S實驗的重要意義：卡文迪許實驗的物理思想和科學方法：（一）萬有引力的成就（1）計算天體的質量解決思路：天體間的萬有引力充當向心力(B)第二單元的教材理解情況一：利用環(huán)繞天體的運動來求中心天體的質量（一）萬有引力的成就（1）計算天體的質量解決思路：天體間的情況二：利用行星表面的重力加速度求行星質量情況二：利用行星表面的重力加速度求行星質量（2）發(fā)現未知天體：海王星和冥王星（3）雙星相同的角速度、周期向心力大小相等（2）發(fā)現未知天體：海王星和冥王星（3）雙星相同的角速度、（二）宇宙航行（1）地球：利用地球儀講清：經度、緯度、地軸、自轉、公轉（二）宇宙航行（1）地球：（二）宇宙航行（2）人造衛(wèi)星宇宙速度衛(wèi)星的發(fā)射原理（牛頓設想圖）第一宇宙速度的推導第一宇宙速度是發(fā)射人造衛(wèi)星的最小速度是衛(wèi)星繞地運行的最大速度（二）宇宙航行（2）人造衛(wèi)星宇宙速度衛(wèi)星的發(fā)射原理（牛頓對三個宇宙速度的認識

第一宇宙速度：從地球表面發(fā)射的能環(huán)繞地球表面附近做勻速圓周運動的人造星體所需要的發(fā)射速度。第二宇宙速度：從地球表面發(fā)射的能夠脫離地球引力的人造星體所需要的最小發(fā)射速度。第三宇宙速度：從地球表面發(fā)射的能夠脫離太陽引力的人造星體所需要的最小發(fā)射速度。對發(fā)射速度的理解：星體脫離火箭時的速度為發(fā)射速度。要與衛(wèi)星在軌道上的運行速度區(qū)分開。（二）宇宙航行對三個宇宙速度的認識對發(fā)射速度的理解：星體脫離火箭時的速度為（二）宇宙航行（3）地球人造衛(wèi)星軌道：衛(wèi)星軌道的高度：高軌道中軌道低軌道（近地軌道）一般的分類：赤道軌道、極地軌道、傾斜軌道（二）宇宙航行（3）地球人造衛(wèi)星軌道：衛(wèi)星軌道的高度：一般的（4）地球同步靜止衛(wèi)星——

與地球保持相對靜止六個一定：周期、軌道平面、半徑（高度）、線速度、角速度、加速度三個不一定：質量、動能、勢能每3°一顆，共120顆（二）宇宙航行（4）地球同步靜止衛(wèi)星——與地球保持相對靜止六個一定：周（5）人造衛(wèi)星的發(fā)射（了解）：人造地球衛(wèi)星由運載火箭發(fā)射入軌。從發(fā)射點到入軌點的飛行軌跡叫發(fā)射軌道。發(fā)射軌道包括垂直起飛段、程序轉彎段和入軌段。垂直起飛段和程序轉彎段都大同小異，但入軌段根據軌道高度的不同有直接入軌、滑行入軌和過渡轉移入軌之分。

要將同步衛(wèi)星發(fā)射到同步軌道上，卻是相當困難和復雜的。不能將衛(wèi)星直接送到同步軌道上，必須分為三個階段才能入軌。（二）宇宙航行發(fā)射衛(wèi)星的視頻、動畫（5）人造衛(wèi)星的發(fā)射（了解）：（二）宇宙航行發(fā)射衛(wèi)星的視頻、第一步：運載火箭將衛(wèi)星送到停泊軌道；第二步：衛(wèi)星從停泊軌道到轉移軌道第三步：衛(wèi)星從轉移軌道到同步軌道推薦一部電影《地心引力》（二）宇宙航行第一步：運載火箭將衛(wèi)星送到停泊軌道；推薦一部電影（二）宇宙航（C）第三單元的理解

經典力學局限性

從宏觀到微觀----量子力學從低速到高速----狹義相對論從弱引力到強引力----廣義相對論加強學生自主學習、合作學習（C）第三單元的理解

經典力學局限性從宏觀到微觀四、本章教學中的幾點注意（1）慣性質量與引力質量慣性質量：牛頓第二定律公式中的質量稱為慣性質量，它是物體慣性的量度，用慣性秤可以確定物體的慣性質量詳見教參第83頁四、本章教學中的幾點注意（1）慣性質量與引力質量慣性質量：牛引力質量：萬有引力定律公式中的質量稱為引力質量，它表示物體產生引力場或引力作用的本領，一般用天平稱得的物體質量就是物體的引力質量。關系：慣性質量是量度物體慣性的大??；引力質量是量度物體與其他物體相互吸引的能力。地球以重力吸引石頭而對其慣性質量毫無所知。地球的“召喚”力與引力質量有關，而石頭所“回答”的運動則與慣性質量有關。愛因斯坦：引力質量與慣性質量具有等同性引力質量：萬有引力定律公式中的質量稱為引力質量，它表示物體產（2）在研究地-月系統(tǒng)時，沒有考慮太陽對月球的影響錯誤觀點：太陽與月球的距離遠大于地球與月球的距離，因此太陽對月球的吸引力遠小于地球對月球的吸引力，二者相比，可以忽略太陽對月球的引力。（2）在研究地-月系統(tǒng)時，沒有考慮太陽對月球的影響錯誤觀點：教參觀點：原因在于太陽對月球的作用效果與太陽對地球的作用效果是完全一樣的。這就是說假如地球和月球之間沒有引力作用，那么，在太陽引力作用下，地球和月球的軌道完全一樣，在地球上來看，月球和地球的相對位置始終保持不變，好像根本不存在太陽的作用。（詳見教參第84頁）教參觀點：原因在于太陽對月球的作用效果與太陽對地球的作用效果太陽太陽五、本章習題(1)有關天體質量、密度、速度、周期、加速度等問題1、土星周圍有許多大小不等的巖石顆粒，其繞土星的運動可視為圓周運動。其中有兩個巖石顆粒A和B與土星中心距離分別為和。忽略所有巖石顆粒間的相互作用。(結果可用根式表示)（1）求巖石顆粒A和B的線速度之比；（2）求巖石顆粒A和B的周期之比；（3）土星探測器上有一物體，在地球上重為10N，推算出它在距土星中心處受到土星的引力為0.38N。已知地球半徑為，請估算土星質量是地球質量的多少倍。五、本章習題(1)有關天體質量、密度、速度、周期、加速度等問解：（1）巖石顆粒圍繞土星中心做勻速圓周運動，土星對其的萬有引力做向心力，可得：

，所以（2）巖石顆粒圍繞土星中心做勻速圓周運動，可得：解：（1）巖石顆粒圍繞土星中心做勻速圓周運動，土星對其的萬有（3）物體在地球上的重力物體在土星上的引力所以（3）物體在地球上的重力物體在土星上的引力所以2、經天文學家觀察，太陽在繞著銀河系中心圓形軌道上運動，軌道半徑約為，轉動一周的時間約為。太陽做圓周運動的向心力是來自它軌道內側的大量星體的引力，可以把這些星體的全部質量看作集中在銀河系中心來處理問題。求：（1）從給出的數據來計算太陽軌道內側這些星體的總質量Ｍ（2）太陽在圓周運動軌道上的加速度a人教版高中物理必修二第六章《萬有引力與航天》課件（1）設太陽質量為m，軌道半徑為R，周期為T

星體對太陽的萬有引力充當向心力

得（2）太陽在圓周運動軌道上的加速度就是太陽的向心加速度，所以有（1）設太陽質量為m，軌道半徑為R，周期為T

3．發(fā)射地球同步衛(wèi)星時，先將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓軌道1，然后經點火，使其沿橢圓軌道2運行，最后再次點火，將衛(wèi)星送入同步軌道3。軌道1、2相切于Q點，軌道2、3相切于P點（如圖），則衛(wèi)星分別在1、2、3軌道上正常運行時，以下說法正確的是(BD)A．衛(wèi)星在軌道3上的線速度大于在軌道1上的線速度B．衛(wèi)星在軌道3上的角速度小于在軌道1上的角速度C．衛(wèi)星在軌道1上經過Q點時的加速度大于它在軌道2上經過Q點的加速度D．衛(wèi)星在軌道2上經過P點時的加速度等于它在軌道3上經過P點的加速度12PQ3（2）衛(wèi)星軌道問題3．發(fā)射地球同步衛(wèi)星時，先將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓軌道1，然后經4、一物體靜置在平均密度為ρ的球形天體表面的赤道上。已知萬有引力常量為G，若由于天體自轉使物體對天體表面壓力恰好為零，則天體自轉周期為（D）A．B．

C．D．

（3）自轉周期問題4、一物體靜置在平均密度為ρ的球形天體表面的赤道上。已知萬有解：解：謝謝！人教版高中物理必修二第六章《萬有引力與航天》課件物理必修2第六章《萬有引力與航天》物理必修2一、本章教材概述：（1）從知識結構上看，本章教材是應用牛頓運動定律和曲線運動的知識研究天體運動。牛頓運動定律和萬有引力定律構成了牛頓力學的核心內容。本章前三節(jié)內容充分展現了萬有引力定律發(fā)現的科學過程，也向我們展現了前輩科學家富有創(chuàng)造而又嚴謹的科學思維。教學中可以充分利用這些材料進行物理學史及物理研究方法教育，培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)進而發(fā)展學生的科學思維能力。

“萬有引力定律的成就”和“宇宙航行”向我們展示了科學帶給我們的成就；揭示了科學跟生活、社會的聯(lián)系是非常緊密的，航天正在改變著我們的日常生活。

“經典力學的局限性”對經典力學適用性進行了總結。一、本章教材概述：（2）從物理方法的角度來看，本章的教學內容滲透了科學探究的思想和方法，理想化模型的建立，從特殊經過推理、猜想推廣到一般（即統(tǒng)一的思想）等.（2）從物理方法的角度來看，本章的教學內容滲透了科學探究的思二、本章知識結構開普勒三定律牛頓運動定律人造地球衛(wèi)星天體運動萬有引力定律天體質量天體密度宇宙速度環(huán)繞速度運行周期重力加速度同步衛(wèi)星雙星二、本章知識結構開普勒三定律牛頓運動定律人造地球衛(wèi)星天體運動課時分配建議第一單元第一節(jié)行星的運動1課時第二節(jié)太陽與行星間的引力1課時第三節(jié)萬有引力定律1課時萬有引力定律的建立過程。第二單元第四節(jié)萬有引力理論的成就第五節(jié)宇宙航行3課時萬有引力定律的應用和人類航天第三單元第六節(jié)經典力學的局限性1課時牛頓運動定律和萬有引力定律的局限性復習總結1-2課時8-9課時三、教學建議課時分配建議第一第一節(jié)行星的運動（A）第一單元的教材理解建立萬有引力定律的過程遵循了運動到受力的過程，首先由行星的運動做為本章的切入點，向我們勾勒出一幅人類對天體運動、宇宙世界的認識發(fā)展圖。（A）第一單元的教材理解建立萬有引力定律的過程遵循了運動到受完成地心說體系天文學家托勒密(約90—168)

創(chuàng)造了本輪（每個行星都沿著圓周運動，這個圓叫本輪）、均輪（本輪的圓心環(huán)繞地球沿一個大圓運動，這個圓叫均輪）、偏心圓等幾何圖形，用它們表示星體做勻速圓周運動的模型（一）行星的運動“地心說”的集大成者，生于埃及，父母都是希臘人。完成地心說體系天文學家托勒密(約90—168)創(chuàng)造了本輪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世紀的波蘭天文學家、數學家。日心說哥白尼堅信宇宙與自然是美的，而美的東西一定是簡單與和諧的。哥白尼提出了日心說，經過長年的觀察和計算完成了偉大著作《天體運行論》。《天體運行論》問世以來，使人們對宇宙的認識產生了巨大的飛躍，它的作用遠遠超出了天文學的范圍，促使自然科學沖破了神學的束縛，加速前進。哥白尼哥白尼是15-16世紀的波蘭天文學家、數學家。日心說哥太陽是靜止不動的，地球和其他行星都繞太陽做勻速圓周運動。太陽在宇宙正中坐在其寶座上。日心宇宙太陽是靜止不動的，地球和其他行星都繞太陽做勻速圓周運動。太陽第谷第谷·布拉赫，丹麥著名天文學家，近代天文學的奠基人。第谷是一位杰出的觀測家，是著名天文學家開普勒的導師。他在沒有望遠鏡的條件下進行更為精確的觀察。托勒密觀察的準確度達到十弧分，而第谷觀察的準確度達到二弧分。大量天文觀測數據的積累第谷第谷·布拉赫，丹麥著名天文學家，近代天文學的奠基人。第谷開普勒，德國天文學家。利用第谷多年積累的觀測資料，仔細分析研究，發(fā)現了行星沿橢圓軌道運行，并且提出行星運動三定律，被后人稱為“天空立法者”。開普勒主要著作有《宇宙的神秘》、《光學》、《宇宙和諧論》、《哥白尼天文學概要》、《彗星論》。開普勒的多難人生開普勒開普勒三定律我曾測量天空，現在測量幽冥。靈魂飛向天國，肉體安息土中。

開普勒，德國天文學家。利用第谷多年積累的觀測資料，仔細分析研開普勒第二定律（等面積定律）

對任意一個行星來說，它與太陽的連線在相等的時間內掃過相等的面積。推論：行星運動是不等速的，在遠日點的速度小，近日點的速度大開普勒三定律開普勒第二定律（等面積定律）對任意一個行星來在開普勒對火星軌道的研究中，70余次的嘗試所得的結果都與第谷的觀測數據有至少8分的角度偏差。8分的角度偏差，是測量誤差還是另有玄機？在開普勒對火星軌道的研究中，70余次的嘗試所得的結果都與第谷開普勒第一定律（橢圓軌道定律）

所有行星繞太陽運動的軌道都是橢圓，太陽處在橢圓的一個焦點上。開普勒三定律開普勒第一定律（橢圓軌道定律）所有行星繞太陽運動的軌開普勒遇到的困難：太陽占據一個焦點，另一個焦點上什么也沒有，破壞了軌道的對稱性。卵形線橢圓開普勒遇到的困難：太陽占據一個焦點，另一個焦點上什么也沒有，開普勒第三定律（和諧定律）

所有行星的軌道的半長軸的三次方跟它的公轉周期的二次方的比值都相等。開普勒三定律開普勒認為，各個行星都沿橢圓軌道，以勻面積速度運行不是偶然的，必有某種更普遍的規(guī)律聯(lián)系著太陽系的所有行星的運動，只有發(fā)現各個行星運動之間存在的統(tǒng)一關系，才可以建立一個太陽系的整體模型，從而揭示出宇宙的和諧與一致。開普勒第三定律（和諧定律）所有行星的軌道的半開普勒關于天文學研究方法的特點：（1）尊重觀察到的客觀事實（2）用數學公式來表達物理定律（3）不僅從事運動學研究還從事天體力學的研究開普勒對天上運動的研究與伽利略對地上運動的研究一起為牛頓定律及其世界體系的建立奠定了基礎。開普勒關于天文學研究方法的特點：伽利略（1564－1642）

托勒密(約90—168)哥白尼（1473—1543）第谷（1546—1601）開普勒（1571-1630）笛卡爾（1596-1650）牛頓（1643—1727）胡克（1635－1703）哈雷（1656-1742）卡文迪許（1731-1810）

伽利略（1564－1642）托勒密(約90—168)哥白科學精神的熏陶在合作中共同推動科學的發(fā)展分享：分享觀點；分享數據

質疑：質疑繁瑣的表達以事實為基礎，質疑前人的理論科學本質理解：科學的發(fā)展；科學知識表述的簡潔、和諧等科學精神的熏陶在合作中共同推動科學的發(fā)展科學本質理解：科學的（二）萬有引力定律的發(fā)現

從行星運動規(guī)律到萬有引力定律，是極好的科學過程教育素材，應該向學生展示這一過程。（1）簡化：把行星繞太陽所作的橢圓運動近似的視為圓運動（2）規(guī)律：根據圓周運動的相關規(guī)律寫出動力學方程（3）周期：注意到圓周運動線速度與周期間的關系（二）萬有引力定律的發(fā)現從行星運動規(guī)律到萬有引力定律，是極（4）向心力表達式：

代入動力學方程，得

（5）開普勒第三定律

（6）表明：太陽對不同行星的引力，與行星的質量成正比，與行星和太陽間距離的二次方成反比。r與T之間的相關性，消T（4）向心力表達式：代入動力學方程，得（5）開普勒第三定（7）從相互作用的角度來看（對稱性的觀念），太陽吸引行星，行星也吸引太陽，就行星對太陽的引力來說，太陽是受力星體。因此有(8)由牛頓第三定律可得：寫成等式G是比例系數，與太陽、行星都沒有關系（牛頓第三定律在這里做了拓展，用到了天上，這也是牛頓大膽的想法）（7）從相互作用的角度來看（對稱性的觀念），太陽吸引行星，（9）月-地檢驗假定維持月球繞地球運動的力與使得蘋果下落的力真是同一種力，同樣遵從“平方反比”的規(guī)律，那么，由于月球軌道半徑約為地球半徑的60倍，所以月球軌道上一個物體受到的引力，比它在地面附近時受到的引力要小，前者只有后者的根據牛頓第二定律，物體在月球軌道上運動時的加速度也就應該大約是它在地面附近下落時的加速度的。（9）月-地檢驗假定維持月球繞地球運動的力與使得蘋果下落的力計算過程：計算過程：（10）推而廣之：自然界中任何兩個物體都相互吸引，引力的方向在它們的連線上，引力的大小與物體的質量m1和m2的乘積成正比，與它們之間距離r的二次方成反比，即式中質量單位用kg，距離的單位用m，力的單位用N。G是比例系數，叫做引力常量。注：普適性、相互性、宏觀性r為兩質點或兩球心間的距離（10）推而廣之：自然界中任何兩個物體都相互吸引，引力的方向萬有引力定律的意義：在牛頓以前，無論是東方還是西方，天與地的區(qū)分是根深蒂固的。沒有任何一項成果能說明天上運動與地上運動服從相同的規(guī)律。萬有引力定律體現了天上運動與地上運動的統(tǒng)一性，它把開普勒的行星運動和伽利略的落體與拋體運動統(tǒng)一了，從而天體運動納入到根據地面上的實驗得出的力學原理之中。這是物理學史上第一次偉大的綜合，也是人類認識上一次巨大的飛躍。萬有引力定律的意義：（11）學生對定律理解的疑難辨析：辨析1：既然任何兩個物體間都存在引力，為什么當放在水平地面上的木塊A和木塊B很接近時，它們并沒有吸在一起？

答：由于木塊的質量相對于地球的質量而言非常小，因此兩木塊很接近時盡管距離不大，但它們間的引力是相當小的，不足以克服地面對木塊的最大靜摩擦力，兩木塊不能吸在一起。（11）學生對定律理解的疑難辨析：辨析2：由萬有引力定律公式

可知，當

時，

。這個結論對嗎？答：這個結論不對！萬有引力定律公式

只適用于求兩個質點（或兩個物體均可視為質點）之間的萬有引力（若兩個物體不能視為質點，則要將它們分割成許多小塊（質點），然后用此式去計算每一對小塊間的引力，最后將其中一個物體所受的各個引力進行矢量合成）。當

時就不能將兩個物體視為質點了！我們不能將物理問題純數學化！辨析2：由萬有引力定律公式可知，當時，辨析3：圖中，A、B均為勻質實心球，質量分別為mA

和mB

，半徑分別為rA

、rB

，兩球面的最近距離為r，r雖大于rA

和rB

，但兩球半徑均不可忽略，怎樣求A、B兩球間萬有引力的大?。浚ㄒΤＡ繛镚）

答：兩個勻質實心球間的萬有引力等效于把兩球體的質量分別集中于各自的球心的質點間的萬有引力。所以A、B間萬有引力的大小為

辨析3：圖中，A、B均為勻質實心球，質量分別為mA和m（12）引力常量的測定：1798年，卡文迪許扭秤實驗距離發(fā)現萬有引力定律已經過了100多年rFrFmm′mm′（12）引力常量的測定：1798年，卡文迪許扭秤實驗距離發(fā)現卡文迪許實驗的重要意義：證明了萬有引力的存在；使萬有引力定律有了真正的實用價值；標志著力學實驗精密程度的提高，開創(chuàng)了測量弱引力的新時代。該實驗也被稱作“最美麗”的十大物理實驗之一?？ㄎ牡显S實驗的物理思想和科學方法：扭秤裝置把微小力轉變成力矩來反映（一次放大），扭轉角度又通過光標的移動來反映（二次放大）。從而確定物體間的萬有引力?？ㄎ牡显S實驗的重要意義：卡文迪許實驗的物理思想和科學方法：（一）萬有引力的成就（1）計算天體的質量解決思路：天體間的萬有引力充當向心力(B)第二單元的教材理解情況一：利用環(huán)繞天體的運動來求中心天體的質量（一）萬有引力的成就（1）計算天體的質量解決思路：天體間的情況二：利用行星表面的重力加速度求行星質量情況二：利用行星表面的重力加速度求行星質量（2）發(fā)現未知天體：海王星和冥王星（3）雙星相同的角速度、周期向心力大小相等（2）發(fā)現未知天體：海王星和冥王星（3）雙星相同的角速度、（二）宇宙航行（1）地球：利用地球儀講清：經度、緯度、地軸、自轉、公轉（二）宇宙航行（1）地球：（二）宇宙航行（2）人造衛(wèi)星宇宙速度衛(wèi)星的發(fā)射原理（牛頓設想圖）第一宇宙速度的推導第一宇宙速度是發(fā)射人造衛(wèi)星的最小速度是衛(wèi)星繞地運行的最大速度（二）宇宙航行（2）人造衛(wèi)星宇宙速度衛(wèi)星的發(fā)射原理（牛頓對三個宇宙速度的認識

第一宇宙速度：從地球表面發(fā)射的能環(huán)繞地球表面附近做勻速圓周運動的人造星體所需要的發(fā)射速度。第二宇宙速度：從地球表面發(fā)射的能夠脫離地球引力的人造星體所需要的最小發(fā)射速度。第三宇宙速度：從地球表面發(fā)射的能夠脫離太陽引力的人造星體所需要的最小發(fā)射速度。對發(fā)射速度的理解：星體脫離火箭時的速度為發(fā)射速度。要與衛(wèi)星在軌道上的運行速度區(qū)分開。（二）宇宙航行對三個宇宙速度的認識對發(fā)射速度的理解：星體脫離火箭時的速度為（二）宇宙航行（3）地球人造衛(wèi)星軌道：衛(wèi)星軌道的高度：高軌道中軌道低軌道（近地軌道）一般的分類：赤道軌道、極地軌道、傾斜軌道（二）宇宙航行（3）地球人造衛(wèi)星軌道：衛(wèi)星軌道的高度：一般的（4）地球同步靜止衛(wèi)星——

與地球保持相對靜止六個一定：周期、軌道平面、半徑（高度）、線速度、角速度、加速度三個不一定：質量、動能、勢能每3°一顆，共120顆（二）宇宙航行（4）地球同步靜止衛(wèi)星——與地球保持相對靜止六個一定：周（5）人造衛(wèi)星的發(fā)射（了解）：人造地球衛(wèi)星由運載火箭發(fā)射入軌。從發(fā)射點到入軌點的飛行軌跡叫發(fā)射軌道。發(fā)射軌道包括垂直起飛段、程序轉彎段和入軌段。垂直起飛段和程序轉彎段都大同小異，但入軌段根據軌道高度的不同有直接入軌、滑行入軌和過渡轉移入軌之分。

要將同步衛(wèi)星發(fā)射到同步軌道上，卻是相當困難和復雜的。不能將衛(wèi)星直接送到同步軌道上，必須分為三個階段才能入軌。（二）宇宙航行發(fā)射衛(wèi)星的視頻、動畫（5）人造衛(wèi)星的發(fā)射（了解）：（二）宇宙航行發(fā)射衛(wèi)星的視頻、第一步：運載火箭將衛(wèi)星送到停泊軌道；第二步：衛(wèi)星從停泊軌道到轉移軌道第三步：衛(wèi)星從轉移軌道到同步軌道推薦一部電影《地心引力》（二）宇宙航行第一步：運載火箭將衛(wèi)星送到停泊軌道；推薦一部電影（二）宇宙航（C）第三單元的理解

經典力學局限性

從宏觀到微觀----量子力學從低速到高速----狹義相對論從弱引力到強引力----廣義相對論加強學生自主學習、合作學習（C）第三單元的理解

經典力學局限性從宏觀到微觀四、本章教學中的幾點注意（1）慣性質量與引力質量慣性質量：牛頓第二定律公式中的質量稱為慣性質量，它是物體慣性的量度，用慣性秤可以確定物體的慣性質量詳見教參第83頁四、本章教學中的幾點注意（1）慣性質量與引力質量慣性質量：牛引力質量：萬有引力定律公式中的質量稱為引力質量，它表示物體產生引力場或引力作用的本領，一般用天平稱得的物體質量就是物體的引力質量。關系：慣性質量是量度物體慣性的大?。灰|量是量度物體與其他物體相互吸引的能力。地球以重力吸引石頭而對其慣性質量毫無所知。地球的“召喚”力與引力質量有關，而石頭所“回答”的運動則與慣性質量有關。愛因斯坦：引力質量與慣性質量具有等同性引力質量：萬有引力定律公式中