新教材高一人教物理必修第二冊(cè)課件第7章1行星的運(yùn)動(dòng)

第七章萬(wàn)有引力與宇宙航行〔情

境

導(dǎo)

入〕日出日落，斗轉(zhuǎn)星移，神秘的宇宙壯麗璀璨……當(dāng)我們遠(yuǎn)古的祖先驚嘆星空的玄妙時(shí)，他們就開(kāi)始試圖破譯日月星辰等天文現(xiàn)象的奧秘……到了17世紀(jì)，牛頓以他偉大的工作把天空中的現(xiàn)象與地面上的現(xiàn)象統(tǒng)一起來(lái)，成功地解釋了天體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。本章我們將學(xué)習(xí)對(duì)人類(lèi)智慧影響極為深遠(yuǎn)、在天體運(yùn)動(dòng)中起著決定作用的萬(wàn)有引力定律，并了解它的發(fā)現(xiàn)歷程和在人類(lèi)開(kāi)拓太空中的作用。本章素養(yǎng)概述〔內(nèi)

容

提

要〕本章主要講述了人們對(duì)天體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)歷程及自然界普遍遵循的規(guī)律之一——萬(wàn)有引力定律。本章內(nèi)容可分為三個(gè)單元：第一單元(第1節(jié)～第2節(jié))：回顧過(guò)去，即介紹萬(wàn)有引力定律的建立過(guò)程。第二單元(第3節(jié)～第4節(jié))：展示現(xiàn)在，即列舉萬(wàn)有引力理論的巨大成就。一是其理論成就“稱(chēng)量地球的質(zhì)量”“未知天體的發(fā)現(xiàn)”等，二是其實(shí)踐成就，航天事業(yè)的發(fā)展及其巨大成果。第三單元(第5節(jié))：展望未來(lái)，指出萬(wàn)有引力定律與任何其他理論一樣，有其局限性。本章的重點(diǎn)是萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程和該定律的具體應(yīng)用。難點(diǎn)是利用萬(wàn)有引力定律解決航空航天及天體運(yùn)動(dòng)的實(shí)際問(wèn)題?！矊W(xué)

法

指

導(dǎo)〕1．在本章學(xué)習(xí)中，要充分感悟前輩科學(xué)家們探索自然奧秘不屈不撓的精神和對(duì)待科學(xué)研究一絲不茍的態(tài)度，感悟到科學(xué)的結(jié)論總是在頑強(qiáng)曲折的科學(xué)實(shí)踐中悄悄地來(lái)臨。3．航天正改變著我們的日常生活，從氣象衛(wèi)星到天氣預(yù)報(bào)，從衛(wèi)星定位系統(tǒng)到自動(dòng)導(dǎo)航，從失重現(xiàn)象到微重力實(shí)驗(yàn)，從太空輻射到太空育種……，認(rèn)真關(guān)注科學(xué)跟生活、社會(huì)的緊密聯(lián)系，體會(huì)物理學(xué)就在我們身邊。1．行星的運(yùn)動(dòng)課前預(yù)習(xí)反饋課內(nèi)互動(dòng)探究課堂達(dá)標(biāo)檢測(cè)目標(biāo)體系構(gòu)建易錯(cuò)辨析警示夯基提能作業(yè)目標(biāo)體系構(gòu)建【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．了解人類(lèi)對(duì)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)歷程，知道開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律及其科學(xué)價(jià)值。2．知道行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的原因，知道引力提供了行星繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力。3．掌握開(kāi)普勒定律的應(yīng)用。【思維脈絡(luò)】課前預(yù)習(xí)反饋

知識(shí)點(diǎn)1地心說(shuō)與日心說(shuō)

內(nèi)容局限性地心說(shuō)_______是宇宙的中心，而且是靜止不動(dòng)的，太陽(yáng)、月亮以及其他行星都繞_______運(yùn)動(dòng)都把天體的運(yùn)動(dòng)看得很神圣，認(rèn)為天體的運(yùn)動(dòng)必然是最完美、最和諧的___________運(yùn)動(dòng)，但計(jì)算所得的數(shù)據(jù)和丹麥天文學(xué)家_______的觀測(cè)數(shù)據(jù)不符日心說(shuō)_______是宇宙的中心，而且是靜止不動(dòng)的，地球和其他行星都繞_______運(yùn)動(dòng)地球地球太陽(yáng)太陽(yáng)勻速圓周第谷知識(shí)點(diǎn)2開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律橢圓橢圓焦點(diǎn)相等相等半長(zhǎng)軸公轉(zhuǎn)周期無(wú)關(guān)行星的軌道與圓十分接近，在中學(xué)階段的研究中我們可按圓軌道處理。這樣就可以說(shuō)：1．行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道十分接近圓，太陽(yáng)處在_______。2．行星繞太陽(yáng)做___________運(yùn)動(dòng)。知識(shí)點(diǎn)3行星運(yùn)動(dòng)的近似處理圓心勻速圓周軌道半徑r

比值都相等思考辨析『判一判』(1)地球是整個(gè)宇宙的中心，其他天體都繞地球運(yùn)動(dòng)。 (

)(2)同一行星沿橢圓軌道繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)，靠近太陽(yáng)時(shí)速度增大，遠(yuǎn)離太陽(yáng)時(shí)速度減小。

(

)(3)太陽(yáng)系中所有行星都繞太陽(yáng)做橢圓運(yùn)動(dòng)，且它們到太陽(yáng)的距離都相同。

(

)(4)行星軌道的半長(zhǎng)軸越長(zhǎng)，行星的周期越長(zhǎng)。 (

)×

√

×

√

√

×

『選一選』(2021·南開(kāi)區(qū)天津四十三中高一月考)在“金星凌日”的精彩天象中，觀察到太陽(yáng)表面上有顆小黑點(diǎn)緩慢走過(guò)，持續(xù)時(shí)間達(dá)六個(gè)半小時(shí)，那便是金星，如圖所示。下面說(shuō)法正確的是 (

)A．觀測(cè)“金星凌日”時(shí)可將太陽(yáng)看成質(zhì)點(diǎn)B．地球在金星與太陽(yáng)之間C．金星繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)一周時(shí)間小于365天D．相同時(shí)間內(nèi)，金星與太陽(yáng)連線(xiàn)掃過(guò)的面積等于地球與太陽(yáng)連線(xiàn)掃過(guò)的面積C

『想一想』可以用一條細(xì)繩和兩只圖釘來(lái)畫(huà)橢圓。如圖，把白紙鋪在木板上，然后按上圖釘。把細(xì)繩的兩端系在圖釘上，用一支鉛筆緊貼著細(xì)繩滑動(dòng)，使繩始終保持張緊狀態(tài)。鉛筆在紙上畫(huà)出的軌跡就是橢圓，圖釘在紙上留下的痕跡叫作橢圓的焦點(diǎn)。保持繩長(zhǎng)不變，當(dāng)兩焦點(diǎn)不斷靠近時(shí)，橢圓形狀如何變化？焦點(diǎn)重合時(shí)，半長(zhǎng)軸轉(zhuǎn)變?yōu)槭裁矗看鸢福寒?dāng)兩焦點(diǎn)不斷靠近時(shí)，橢圓的形狀越來(lái)越圓；當(dāng)兩焦點(diǎn)重合時(shí)，橢圓變?yōu)閳A，半長(zhǎng)軸轉(zhuǎn)變?yōu)閳A的半徑。課內(nèi)互動(dòng)探究探究

如圖所示是地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)及四季的示意圖，由圖可知地球在春分日、夏至日、秋分日和冬至日四天中哪一天繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的速度最大？哪一天繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的速度最?。繉?duì)開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律的認(rèn)識(shí)情景導(dǎo)入提示：冬至日，夏至日。由圖可知，冬至日地球在近日點(diǎn)附近，夏至日在遠(yuǎn)日點(diǎn)附近，由開(kāi)普勒第二定律可知，冬至日地球繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的速度最大，夏至日地球繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的速度最小。1．從空間分布認(rèn)識(shí)行星的軌道都是橢圓，所有橢圓有一個(gè)共同的焦點(diǎn)，太陽(yáng)就在此焦點(diǎn)上。因此第一定律又叫橢圓軌道定律，如圖1所示。要點(diǎn)提煉圖12．從速度大小認(rèn)識(shí)如圖2所示，如果時(shí)間間隔相等，即t2－t1＝t4－t3，由開(kāi)普勒第二定律，面積A等于面積B，可見(jiàn)離太陽(yáng)越近，行星在相等時(shí)間內(nèi)經(jīng)過(guò)的弧長(zhǎng)越長(zhǎng)，即行星的速率就越大。圖2圖3

(1)開(kāi)普勒三定律是對(duì)行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的總結(jié)，實(shí)踐表明該定律也適用于其他天體的運(yùn)動(dòng)，如月球繞地球的運(yùn)動(dòng)，衛(wèi)星(或人造衛(wèi)星)繞行星的運(yùn)動(dòng)。(2)開(kāi)普勒第二定律說(shuō)的是同一行星在距太陽(yáng)不同距離時(shí)的運(yùn)動(dòng)快慢的規(guī)律；開(kāi)普勒第三定律說(shuō)的是不同行星運(yùn)動(dòng)快慢的規(guī)律。特別提醒 (2021·江蘇淮安市高一月考)火星和木星沿各自的橢圓軌道繞太陽(yáng)運(yùn)行，根據(jù)開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律可知 (

)A．太陽(yáng)位于木星運(yùn)行軌道的中心B．火星和木星繞太陽(yáng)運(yùn)行速度的大小始終相等C．火星與木星公轉(zhuǎn)周期之比的平方等于它們軌道半長(zhǎng)軸之比的立方D．相同時(shí)間內(nèi)，火星與太陽(yáng)連線(xiàn)掃過(guò)的面積等于木星與太陽(yáng)連線(xiàn)掃過(guò)的面積思路引導(dǎo)：正確理解開(kāi)普勒三定律是解題關(guān)鍵。典題1典例剖析C

1．(2021·贛榆智賢中學(xué)高一月考)某行星繞太陽(yáng)運(yùn)行的橢圓軌道如圖所示，F(xiàn)1和F2是橢圓軌道的兩個(gè)焦點(diǎn)，行星在A點(diǎn)的速率比在B點(diǎn)的速率大，則太陽(yáng)位于

(

)A．點(diǎn)F2

B．點(diǎn)AC．點(diǎn)F1

D．點(diǎn)B對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練A

解析：根據(jù)開(kāi)普勒第二定律，行星和太陽(yáng)的連線(xiàn)在相等時(shí)內(nèi)掃過(guò)的面積相等，則它在近日點(diǎn)的速度大于它在遠(yuǎn)日點(diǎn)的速度，由于行星在A點(diǎn)的速率比在B點(diǎn)的速率大，則太陽(yáng)位于點(diǎn)F2，所以A正確；B、C、D錯(cuò)誤。探究

如圖所示是火星沖日的年份示意圖，請(qǐng)思考：(1)觀察圖中地球、火星的位置，地球和火星誰(shuí)的公轉(zhuǎn)周期更長(zhǎng)？開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用情景導(dǎo)入(2)已知地球的公轉(zhuǎn)周期是一年，由此計(jì)算火星的公轉(zhuǎn)周期還需要知道哪些數(shù)據(jù)？(3)地球、火星的軌道可近似看成圓軌道，開(kāi)普勒第三定律還適用嗎？1．模型構(gòu)建天體雖做橢圓運(yùn)動(dòng)，但它們的軌道一般接近圓。中學(xué)階段我們?cè)谔幚硖祗w運(yùn)動(dòng)問(wèn)題時(shí)，為簡(jiǎn)化運(yùn)算，一般把天體的運(yùn)動(dòng)當(dāng)作圓周運(yùn)動(dòng)來(lái)研究，并且把它們視為做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，橢圓的半長(zhǎng)軸即為圓半徑。要點(diǎn)提煉3．適用規(guī)律天體的運(yùn)動(dòng)遵循牛頓運(yùn)動(dòng)定律及勻速圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律，它的運(yùn)動(dòng)與一般物體的運(yùn)動(dòng)在應(yīng)用這兩規(guī)律上沒(méi)有區(qū)別。

飛船沿半徑為R的圓周繞地球運(yùn)動(dòng)，其周期為T(mén)。如果飛船要返回地面，可在軌道上某點(diǎn)A處，將速率降低到適當(dāng)數(shù)值，從而使飛船沿著以地心為焦點(diǎn)的橢圓軌道運(yùn)動(dòng)，橢圓和地球表面在B點(diǎn)相切，如圖所示。如果地球半徑為R0，求飛船由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)所需要的時(shí)間。典題2典例剖析[一題多變]上例中，飛船在半徑為R的圓周軌道與橢圓軌道上運(yùn)行時(shí)的周期之比為多少？對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練C

易錯(cuò)辨析警示易錯(cuò)點(diǎn)：對(duì)開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律理解不透徹而出錯(cuò)

劉軍同學(xué)認(rèn)為盡管太陽(yáng)系里所有的行星和行星的衛(wèi)星運(yùn)行的軌道各不相同，但其橢圓軌道半長(zhǎng)軸a的三次方跟它公轉(zhuǎn)周期T的二次方之比等于同一個(gè)常量k。你認(rèn)為對(duì)嗎？案例課堂達(dá)標(biāo)檢測(cè)1．(2021·河北石家莊市石家莊二中高一月考)在物理學(xué)發(fā)展歷史中，許多物理學(xué)家做出了卓越貢獻(xiàn)。以下關(guān)于物理學(xué)家所作科學(xué)貢獻(xiàn)的敘述中，正確的是

(

)A．地心說(shuō)認(rèn)為地球是宇宙的中心，是靜止不動(dòng)的B．伽利略提出了“日心說(shuō)”C．牛頓提出了“日心說(shuō)”D．哥白尼發(fā)現(xiàn)了行星運(yùn)動(dòng)三大定律解析：地心說(shuō)認(rèn)為地球是宇宙的中心，是靜止不動(dòng)的，A正確；哥白尼提出了“日心說(shuō)”，B、C錯(cuò)誤；開(kāi)普勒發(fā)現(xiàn)了行星運(yùn)動(dòng)三定律，D錯(cuò)誤。A

2．(2021·江蘇蘇州中學(xué)高一月考)如圖是行星繞太陽(yáng)運(yùn)行的示意圖，下列說(shuō)法正確的是

(

)A．行星速率最大時(shí)在B點(diǎn)B．行星速