《行星的运动》万有引力与宇宙航行PPT

《行星的运动》万有引力与宇宙航行PPT

第一部分内容：学习目标

1. 了解人类对行星运动规律的认识历程

2. 知道观察是研究行星运动规律的一种重要的方法

3. 知道如何画椭圆及椭圆的特征

4. 知道开普勒行星运动定律，知道开普勒行星运动定律的科学价值

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行星的运动PPT，第二部分内容：内容解析

了解：古人对天体运动有哪些看法？

关注：日心说

(1)日心说提出的背景：在当时，哥伦布和麦哲伦的探险航行已经使不少人相信地球并不是一个平台，而是一个球体。

(2)哥白尼的推测：是不是地球每天在围绕自己的轴线旋转一周

(3)内容：他假设地球并不是宇宙的中心，太阳是静止不动的，地球和其他行星都是围绕着太阳做匀速圆周运动. 

日心说的局限性：

日心说相对地心说能更完美地解释天体的运动，但这两种学说都不完善。

因为太阳、地球等天体都是运动的，鉴于当时对自然科学的认识能力，日心说比地心说更先进。

天文学家对天体运动进一步的研究

1. 丹麦天文学家第谷 的探索:

在哥白尼之后，第谷连续20年对行星的位置进行了较仔细的测量，大大提高了测量的精确程度。在第谷之前，人们测量天体位置的误差大约是10，第谷把这个不确定性减小到2'。得出行星绕太阳做匀速圆周运动的模型。

2. 德国物理学家开普勒的研究. 

总结了他的导师第谷的全部观测资料，在他最初研究时，他得到的结果与第谷的观察数据相不一致，开普勒想,误差可能就是认为行星绕太阳做匀速圆周运动造成的.后来他花了四年时间一遍一遍地进行数学计算，通过计算这一怀疑使他发现了行星运动三大定律.

定律：开普勒三定律

1.开普勒第一定律（轨道定律）

所有的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。

2.开普勒第二定律（面积定律）

对于每一个行星而言，太阳和行星的联线在相等的时间内扫过相等的面积。

3.开普勒第三定律（周期定律）

所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等。

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行星的运动PPT，第三部分内容：常考题型

题组一  对开普勒行星运动定律的理解

题1 ［2019·四川双流中学高三模拟］［多选］根据开普勒行星运动定律，以下说法中正确的是（　　）

A. 行星沿椭圆轨道运动，在远日点的速度最大，近日点的速度最小

B. 行星沿椭圆轨道运动，在远日点的速度最小，近日点的速度最大

C. 行星运动的速度大小是不变的

D. 行星的运动是变速曲线运动

【解析】　A、C错，B对：在行星运动时，行星和太阳的连线，在相等的时间内，扫过相等的面积，故远日点速度小，近日点速度大。

D对：行星运行时速度的大小、方向都在改变，所以是变速曲线运动。

【答案】　BD

【特别提醒】

（1）开普勒行星运动定律也适用于其他天体的运动，如月球（或人造卫星）绕地球的运动，卫星绕行星的运动。

（2）开普勒第二定律与第三定律的区别：前者揭示的是同一行星在距太阳不同距离时运动快慢的规律，后者揭示的是不同行星运动快慢的规律。

题3［2019·河北成安一中高一检测］对于开普勒行星运动的规律     =k，以下理解正确的是（　　）

A. k是一个与行星质量有关的量

B. 若地球绕太阳运转轨道的半长轴为a地，周期为T地；月球绕地球运转轨道的半长轴为a月，周期为T月，则     = 

C. T表示行星运动的自转周期

D. T表示行星运动的公转周期

【特别提醒】

（1）天体运动的轨迹一般是椭圆，有些星体（行星、卫星）的轨迹近似为圆，为方便分析，可当作圆轨道处理。

（2）在开普勒第三定律中，所有行星绕太阳转动的k值均相同；但对于不同的天体系统k值不相同。k值的大小由系统的中心天体决定。

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行星的运动PPT，第四部分内容：内容小结

本节学习的是开普勒行星运动的三定律，其中第一定律反映了行星运动的轨迹是椭圆，第二定律描述了对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等时间内扫过相等的面积．行星在近日点的速率最小，在远日点的速率最大，第三定律揭示了轨道半长轴与公转周期的定量关系．在近似计算中可以认为行星都以太阳为圆心做匀速圆周运动

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《行星的运动》万有引力与宇宙航行PPT优秀课件

第一部分内容：学习目标

1.了解地心说与日心说的主要内容和代表人物.

2.理解开普勒行星运动定律，知道开普勒第三定律中k值的大小只与中心天体有关.

3.知道行星运动在中学阶段的研究中的近似处理.

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行星的运动PPT，第二部分内容：01梳理教材　夯实基础

一、两种对立的学说

1.地心说

(1)______是宇宙的中心，是静止不动的；

(2)太阳、月亮以及其他行星都绕 ______运动；

(3)地心说的代表人物是古希腊科学家______ .

2.日心说

(1)______是宇宙的中心，是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳做                         ；

(2)日心说的代表人物是______ .

3.局限性

(1)古人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______运动.

(2)开普勒研究了______的行星观测记录，发现如果假设行星的运动是匀速圆周运动，计算所得的数据与观测数据 ______(填“不符”或“相符”).

二、开普勒定律

1.第一定律：所有行星绕太阳运动的轨道都是______，太阳处在__________________上.

2.第二定律：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的____________.

3.第三定律：所有行星轨道的________________________跟它的__________________ 的比都相等.其表达式为 ______＝k，其中a是椭圆轨道的半长轴，T是公转周期，k是一个对所有行星 ____________的常量.

三、行星运动的近似处理

1.行星绕太阳运动的轨道十分接近圆，太阳处在______.

2.行星绕太阳做____________运动.

3.所有行星__________________  的三次方跟它的公转周期T的二次方的____________，即______＝k.

1.判断下列说法的正误.

(1)同一行星沿椭圆轨道绕太阳运动，靠近太阳时速度增大，远离太阳时速度减小.(　　)

(2)行星轨道的半长轴越长，行星的周期越长.(　　)

(3)开普勒定律仅适用于行星绕太阳的运动.(　　)

(4)开普勒第三定律中的常数k与行星无关，与太阳也无关.(　　)

2.如图1所示，椭圆为地球绕太阳运动的轨道，A、B分别为地球绕太阳运动的近日点和远日点，地球经过这两点时的速率分别为vA和vB；阴影部分为地球与太阳的连线在相等时间内扫过的面积，分别用SA和SB表示，则vA_____vB、SA______SB.(均选填“>”“＝”或“<”)

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行星的运动PPT，第三部分内容：02探究重点　提升素养

一、开普勒定律的理解

1.开普勒第一定律解决了行星运动的轨道问题

行星绕太阳运行的轨道都是椭圆，如图2所示.不同行星绕太阳运动的椭圆轨道是不同的，但所有轨道都有一个共同的焦点——太阳.开普勒第一定律又叫轨道定律.

2.开普勒第二定律比较了某个行星在椭圆轨道上不同位置的速度大小问题

(1)如图3所示，在相等的时间内，面积SA＝SB，这说明离太阳越近，行星在相等时间内经过的弧长越长，即行星的速率越大.开普勒第二定律又叫面积定律.

(2)近日点、远日点分别是行星距离太阳最近、最远的点.同一行星在近日点速度最大，在远日点速度最小.

3.开普勒第三定律比较了不同行星周期的长短问题

(1)如图4所示，由   ＝k知椭圆轨道半长轴越长的行星，其公转周期越长.比值k是一个对所有行星都相同的常量.开普勒第三定律也叫周期定律.

(2)该定律不仅适用于行星绕太阳的运动，也适用于卫星绕地球的运动，对于地球卫星，常量k只与地球有关，而与卫星无关，也就是说k值大小由中心天体决定.

例1　火星和木星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行，根据开普勒行星运动定律可知

A.太阳位于木星运行轨道的中心

B.火星绕太阳运行速度的大小始终相等

C.火星和木星公转周期之比的二次方等于它们轨道半长轴之比的三次方

D.相同时间内，火星与太阳连线扫过的面积等于木星与太阳连线扫过的面积

针对训练1　如图5所示，B为绕地球做椭圆轨道运行的卫星，椭圆的半长轴为a，运行周期为TB；C为绕地球做圆周运动的卫星，圆周的半径为r，运行周期为TC.下列说法或关系式正确的是

A.地球位于B卫星轨道的一个焦点上，位于C卫星轨道的圆心上

B.B卫星和C卫星运动的速度大小均不变

二、开普勒定律的应用

1.当比较一个行星在椭圆轨道不同位置的速度大小时，选用开普勒第二定律；当比较或计算两个行星的周期问题时，选用开普勒第三定律.

2.由于大多数行星绕太阳运动的轨道与圆十分接近，因此，在中学阶段的研究中我们可以按圆轨道处理，且把行星绕太阳的运动看作是匀速圆周运动，这时椭圆轨道的半长轴取圆轨道的半径.

例2　(2018·夷陵中学期中)某行星沿椭圆轨道运动，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，则过近日点时行星的速率为

例3　(2019·深圳市龙岗区高一下月考)长期以来，“卡戎星(Charon)”被认为是冥王星唯一的卫星，它的公转轨道半径r1＝19 600 km，公转周期T1＝6.39天.2006年3月，天文学家又发现两颗冥王星的小卫星，其中一颗的公转半径r2＝48 000 km，则它的公转周期T2最接近

A.15天  B.25天  C.35天  D.45天

针对训练2　木星和地球都绕太阳公转，木星的公转周期约为12年，地球与太阳的距离为1天文单位，则木星与太阳的距离约为

A.2天文单位  B.5.2天文单位

C.10天文单位  D.12天文单位

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行星的运动PPT，第四部分内容：03随堂演练　逐点落实

1.(对开普勒定律的认识)(2018·孟坝中学期末)关于开普勒行星运动定律，下列说法正确的是

A.所有的行星都绕太阳做圆周运动

B.对任意一个行星，它与太阳的连线在相等时间内扫过相等的面积

C.在    ＝k中，k是与太阳无关的常量

D.开普勒行星运动定律仅适用于行星绕太阳运动

2.(开普勒第二定律的应用)(2019·云天化中学高一下学期期中)如图6所示是行星m绕太阳M运行情况的示意图，A点是远日点，B点是近日点，CD是椭圆轨道的短轴.下列说法中正确的是

A.行星运动到A点时速度最大

B.行星运动到C点或D点时速度最小

C.行星从C点顺时针运动到B点的过程中做加速运动

D.行星从B点顺时针运动到D点的时间与从A点顺时针运动到C点的时间相等

3.(对开普勒第三定律的理解)(多选)关于开普勒行星运动定律的表达式　＝k，以下理解正确的是

A.k是一个与行星无关的常量

B.a代表行星的球体半径

C.T代表行星运动的自转周期

D.T代表行星绕中心天体运动的公转周期

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《行星的运动》万有引力与宇宙航行PPT优质课件

第一部分内容：核心素养目标

了解地心说和日心说，知道开普勒行星运动三定律的内容。

掌握行星运动定律的应用。

科学态度与责任

了解人们对行星运动的认识过程漫长复杂，真理来之不易。

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行星的运动PPT，第二部分内容：课前学习

知识点一　地心说与日心说

[观图助学]

地心说和日心说的内容分别是什么？

1.地心说：_________是宇宙的中心，是______________的，太阳、月球以及其他星体都绕___________。

2.日心说：_________是静止不动的，地球和其他行星都绕_________运动。

3.局限性：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________________，而与丹麦天文学家_______的观测数据不符。

[思考判断]

(1)地球是整个宇宙的中心，其他天体都绕地球运动。(    )

(2)太阳是整个宇宙的中心，其他天体都绕太阳运动。(     )

(3)太阳每天东升西落，这一现象说明太阳绕着地球运动。(    )

地心说的代表人物：托勒密(古希腊)。

日心说的代表人物：哥白尼(波兰)。

两种学说都不正确，因为任何天体都在不停地运动。

知识点二　开普勒定律

[观图助学]

如图所示，太阳系的八大行星围绕太阳以什么样的轨道运转？其运动有什么规律？

[思考判断]

(1)太阳系中所有行星都绕太阳做椭圆运动，且它们到太阳的距离各不相同。(       )

(2)太阳系中所有行星都绕太阳在同一个平面内运动。(   )

(3)太阳系中离太阳越远的行星，运行周期就越大。(        )

(4)可近似认为地球围绕太阳做圆周运动。(      )

在二十四节气中，春分、秋分是日夜平分的日子，在北半球夏至、冬至分别是白天最长和最短的日子，各节气地球与太阳的位置关系如图所示。

开普勒行星运动定律不仅适用于行星围绕太阳运转，也适用于卫星围绕行星运转。在开普勒第三定律中，同一天体系统中k值相等，但在不同的天体系统中，k值不相等。

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行星的运动PPT，第三部分内容：核心探究

核心要点一　对开普勒三定律的理解

[问题探究]　

如图所示为地球绕太阳运动的示意图及北半球春分、夏至、秋分、冬至时地球所在的位置。

(1)太阳是否在轨道平面的中心？夏至、冬至时地球到太阳的距离是否相同？

(2)一年之内秋冬两季比春夏两季为什么要少几天？

答案　(1)太阳不在轨道中心，而在轨迹的焦点上。夏至、冬至时地球到太阳的距离不相同，夏至时地球离太阳远些。

(2)在冬天地球要经过近日点，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、夏两季地球与太阳连线所扫过的面积比秋分到次年春分的秋、冬两季地球与太阳连线所扫过的面积大，即一年之内秋冬两季比春夏两季要少几天。

[探究归纳]

1.不同行星绕太阳运行时的椭圆轨道是不同的。多数行星的轨道都十分接近圆。

2.近日点速率大，远日点速率小。

3.开普勒三定律是对行星绕太阳运动的总结，实践表明开普勒三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。

[试题案例]

[例1] 关于行星运动的规律，下列说法符合史实的是(　　)

A.第谷总结出了行星按照椭圆轨道运行的规律

B.开普勒在牛顿运动定律的基础上，导出了行星运动的规律

C.开普勒在天文观测数据的基础上，总结出了行星运动的规律

D.开普勒总结出了行星运动的规律，找出了行星按照这些规律运动的原因

[针对训练1] 火星和木星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行，根据开普勒行星运动定律可知(　　)

A.太阳位于木星运行轨道的中心

B.火星和木星绕太阳运行速度的大小始终相等

C.火星与木星公转周期之比的平方等于它们轨道半长轴之比的立方

D.相同时间内，火星与太阳连线扫过的面积等于木星与太阳连线扫过的面积

核心要点二　开普勒第三定律的应用

[问题探究]

如图所示是火星冲日的年份示意图，请思考：

(1)观察图中地球、火星的位置，地球和火星的公转周期哪个更长？

(2)已知地球的公转周期是一年，由此计算火星的公转周期还需要知道哪些数据？

(3)地球、火星的轨道可近似看成圆轨道，开普勒第三定律还适用吗？

[探究归纳]　

1.适用范围：天体的运动可近似看成匀速圆周运动，开普勒第三定律既适用于做椭圆运动的天体，也适用于做圆周运动的天体。

(1)知道了行星到太阳的距离，就可以由开普勒第三定律计算或比较行星绕太阳运行的周期。反之，知道了行星的周期，也可以计算或比较其到太阳的距离。

(2)知道了彗星的周期，就可以由开普勒第三定律计算彗星轨道的半长轴。反之，知道了彗星的半长轴也可以求出彗星的周期。

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《行星的运动》万有引力与宇宙航行PPT

第一部分内容：学习目标

1. 了解人类对行星运动规律的认识历程

2. 知道观察是研究行星运动规律的一种重要的方法

3. 知道如何画椭圆及椭圆的特征

4. 知道开普勒行星运动定律，知道开普勒行星运动定律的科学价值

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行星的运动PPT，第二部分内容：内容解析

了解：古人对天体运动有哪些看法？

关注：日心说

(1)日心说提出的背景：在当时，哥伦布和麦哲伦的探险航行已经使不少人相信地球并不是一个平台，而是一个球体。

(2)哥白尼的推测：是不是地球每天在围绕自己的轴线旋转一周

(3)内容：他假设地球并不是宇宙的中心，太阳是静止不动的，地球和其他行星都是围绕着太阳做匀速圆周运动. 

日心说的局限性：

日心说相对地心说能更完美地解释天体的运动，但这两种学说都不完善。

因为太阳、地球等天体都是运动的，鉴于当时对自然科学的认识能力，日心说比地心说更先进。

天文学家对天体运动进一步的研究

1. 丹麦天文学家第谷 的探索:

在哥白尼之后，第谷连续20年对行星的位置进行了较仔细的测量，大大提高了测量的精确程度。在第谷之前，人们测量天体位置的误差大约是10，第谷把这个不确定性减小到2'。得出行星绕太阳做匀速圆周运动的模型。

2. 德国物理学家开普勒的研究. 

总结了他的导师第谷的全部观测资料，在他最初研究时，他得到的结果与第谷的观察数据相不一致，开普勒想,误差可能就是认为行星绕太阳做匀速圆周运动造成的.后来他花了四年时间一遍一遍地进行数学计算，通过计算这一怀疑使他发现了行星运动三大定律.

定律：开普勒三定律

1.开普勒第一定律（轨道定律）

所有的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。

2.开普勒第二定律（面积定律）

对于每一个行星而言，太阳和行星的联线在相等的时间内扫过相等的面积。

3.开普勒第三定律（周期定律）

所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等。

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行星的运动PPT，第三部分内容：常考题型

题组一  对开普勒行星运动定律的理解

题1 ［2019·四川双流中学高三模拟］［多选］根据开普勒行星运动定律，以下说法中正确的是（　　）

A. 行星沿椭圆轨道运动，在远日点的速度最大，近日点的速度最小

B. 行星沿椭圆轨道运动，在远日点的速度最小，近日点的速度最大

C. 行星运动的速度大小是不变的

D. 行星的运动是变速曲线运动

【解析】　A、C错，B对：在行星运动时，行星和太阳的连线，在相等的时间内，扫过相等的面积，故远日点速度小，近日点速度大。

D对：行星运行时速度的大小、方向都在改变，所以是变速曲线运动。

【答案】　BD

【特别提醒】

（1）开普勒行星运动定律也适用于其他天体的运动，如月球（或人造卫星）绕地球的运动，卫星绕行星的运动。

（2）开普勒第二定律与第三定律的区别：前者揭示的是同一行星在距太阳不同距离时运动快慢的规律，后者揭示的是不同行星运动快慢的规律。

题3［2019·河北成安一中高一检测］对于开普勒行星运动的规律     =k，以下理解正确的是（　　）

A. k是一个与行星质量有关的量

B. 若地球绕太阳运转轨道的半长轴为a地，周期为T地；月球绕地球运转轨道的半长轴为a月，周期为T月，则     = 

C. T表示行星运动的自转周期

D. T表示行星运动的公转周期

【特别提醒】

（1）天体运动的轨迹一般是椭圆，有些星体（行星、卫星）的轨迹近似为圆，为方便分析，可当作圆轨道处理。

（2）在开普勒第三定律中，所有行星绕太阳转动的k值均相同；但对于不同的天体系统k值不相同。k值的大小由系统的中心天体决定。

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行星的运动PPT，第四部分内容：内容小结

本节学习的是开普勒行星运动的三定律，其中第一定律反映了行星运动的轨迹是椭圆，第二定律描述了对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等时间内扫过相等的面积．行星在近日点的速率最小，在远日点的速率最大，第三定律揭示了轨道半长轴与公转周期的定量关系．在近似计算中可以认为行星都以太阳为圆心做匀速圆周运动

《拓展课 突破卫星运行问题中的三个难点》万有引力与宇宙航行PPT优质课件 知识拓展 拓展点一 卫星的变轨问题 1.卫星变轨问题的处理 卫星在运动中的变轨有两种情况：离心运动和近心运..

《相对论时空观与牛顿力学的局限性》万有引力与宇宙航行PPT优质课件 第一部分内容：核心素养目标 物理观念 知道爱因斯坦的两条假设，了解时间延缓效应、长度收缩效应，认识牛顿力学的..

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《万有引力定律》万有引力与宇宙航行PPT

第一部分内容：学习目标

(1)理解太阳与行星间引力的存在;

(2)能根据开普勒行星运动定律和牛顿第三定律推导出太阳  与行星间的引力表达式;

(3)了解万有引力定律得出的思路和过程，理解万有引力定律的含义，掌握万有引力定律的公式;

(4)知道任何物体间都存在着万有引力，且遵循相同的规律。

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万有引力定律PPT，第二部分内容：知识回顾：开普勒三定律

开普勒第一定律——轨道定律

所有行星都分别在大小不同的椭圆轨道上围绕太阳运动，

太阳是在这些椭圆的一个焦点上;

开普勒第二定律——面积定律

对每个行星来说，太阳和行星的连线在相等的时间扫过相等的面积;

开普勒第三定律——周期定律

所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等.

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万有引力定律PPT，第三部分内容：科学足迹

一切物体都有合并的趋势。

行星的运动是受到了来自太阳的类似于磁力的作用 ，与距离成反比。

在行星的周围有旋转的物质(以太)作用在行星上，使得行星绕太阳运动

行星的运动是太阳吸引的缘故，并且力的大小与到太阳距离的平方成反比。 

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万有引力定律PPT，第四部分内容：建立模型：

诱思：行星的实际运动是椭圆运动，但我们还不了解椭圆运动规律，那应该怎么办？能把它简化成什么运动呢？

诱思：既然把行星绕太阳的运动简化为圆周运动。那么行星绕太阳运动可看成匀速圆周运动还是变速圆周运动？

诱思：太阳对行星的引力提供向心力，那这个力大小有什么样的定量关系呢？

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万有引力定律PPT，第五部分内容：行星对太阳的引力:

太阳对行星的引力跟受力星体的质量成正比，与行星、太阳距离的二次方成反比.

行星对太阳的引力F′跟太阳的质量成正比，与行星、太阳距离的二次方成反比.

引力恒量的测定:

装置介绍:T形架、石英丝、镜尺、M球和m球⑵测量原理介绍:扭秤达到平衡时,引力矩等于石英丝的阻力矩. 石英丝转角可由镜尺测出,由石英丝转角可知扭力矩等于引力矩,从而可测得万有引力,进而可测引力恒量G.

公式的适用条件：

1.万有引力存在于一切物体之间，但万有引力公式适用于质点间的引力大小的计算.r为质点间的距离，两物体的形状和大小对其间距的影响可忽略不计，r≫R;

2.两质量分布均匀的球体之间的引力，也可用上述公式计算，且r为两球心间距离；

3.一个质量分布均匀的球体与球外一个质点间的万有引力，r为球心到质点间的距离。

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万有引力定律PPT，第六部分内容：万有引力的性质：

1.普遍性

万有引力存在于任何两个有质量的物体之间,它是自然界中物质间基本的相互作用之一

2.宏观性

一般物体之间虽然存在万有引力，但是很小，只有天体与物体之间或天体之间万有引力才比较显著，因此，涉及天体运动时。才考虑万有引力

3.相互性

万有引力的作用是相互的，符合牛顿第三定律

4.独立性

两物体间的万有引力只与它们本身的质量和它们间的距离有关，与周围有无其他物质无关

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万有引力定律PPT，第七部分内容：常考题型

题组一　月----地检验

题1［2019•广东仲元中学高一检测］为了将天上的力和地上的力统一起来，牛顿进行了著名的“月—地检验”。“月—地检验”比较的是（　　）

A. 月球表面上物体的重力加速度和地球公转的向心加速度

B. 月球表面上物体的重力加速度和地球表面上物体的重力加速度

C. 月球公转的向心加速度和地球公转的向心加速度

D. 月球公转的向心加速度和地球表面上物体的重力加速度

【解析】“月—地检验”比较的是月球绕地球公转的向心加速度和地球表面上物体的重力加速度，得出天上的力和地上的力是统一的。

【答案】D

【点评】知道物理学史，知道物理学家在对应科学研究中的主要步骤和采用的物理方法。

题2［2018·北京卷］若想检验“使月球绕地球运动的力”与“使苹果落地的力”是否遵循同样的规律，在已知月地距离约为地球半径60倍的情况下，需要验证（　　）

A.地球吸引月球的力约为地球吸引苹果的力的 

B.月球公转的加速度约为苹果落向地面加速度的 

C.自由落体在月球表面的加速度约为地球表面的 

D.苹果在月球表面受到的引力约为在地球表面的 

题组二　对万有引力定律的理解

题3［2019•广东潮阳实验学校高一检测］对于万有引力定律的表达式F=____，下面说法中正确的是（　　）

A. 公式中G为引力常量，它不是由实验测得的，而是人为规定的

B. 当两物体表面距离r趋于零时，万有引力趋于无穷大

C. m1、m2受到彼此的引力总是大小相等的，而与m1、m2是否相等无关

D. m1、m2受到彼此的引力总是大小相等、方向相反的，是一对平衡力

【解析】　A错：公式中G为引力常量，它不是人为规定的，而是由实验测得的。

B错：万有引力定律只适用于质点间的作用，当两物体表面距离r趋于零时，万有引力定律不再成立。

C对，D错：m1、m2受到彼此的引力是作用力与反作用力，不是平衡力，总是大小相等、方向相反，与m1、m2是否相等无关。

【答案】　C

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《万有引力理论的成就》万有引力与宇宙航行PPT

第一部分内容：学习目标

1.了解万有引力定律在天文学上的重要应用； 

2.会用万有引力定律计算天体质量；

3.理解并运用万有引力定律处理天体问题的思路和方法。

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万有引力理论的成就PPT，第二部分内容：复习回顾

1.物体做圆周运动的向心力公式是什么？分别写出向心力与线速度、角速度以及周期的关系式。

2.万有引力定律的内容是什么？如何用公式表示？

3.重力和万有引力的关系？

物体m在纬度为θ的位置，万有引力指向地心，分解为两个分力：m随地球自转围绕地轴运动的向心力和重力。

重力是万有引力的一个分力，当忽略了地球的自转时,可认为重力在数值上就等于万有引力大小。

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万有引力理论的成就PPT，第三部分内容：新课导入

“给我一个支点，我可以撬动球。” 

那我们又是怎么知道巨大的地球的质量呢?

1.思路：地球的质量不可能用天平称量.

万有引力定律是否能给予我们帮助呢?

重力是万有引力的一个分力，当忽略了地球的自转时,可认为重力在数值上就等于万有引力大小。

称量地球的质量

著名文学家马克·吐温满怀激情地说：

“科学真是迷人。根据零星的事实，增添一点猜想，竟能赢得那么多收获！”

思考：应用万有引力可算出地球的质量，能否算出太阳的质量呢?

1、地球公转实际轨道是什么形状？为了解决问题的方便，我们通常可以认为地球在绕怎样的轨道做什么运动？

2、地球作圆周运动的向心力是由什么力提供的？

天体质量的计算

求解思路：环行天体的向心力由中心天体对其万有引力独家提供

注意：待求天体（M）的质量与环行天体（m）的质量无关

质量为m的物体在地球(星体)表面受到的万有引力等于其重力，即G＝mg。可以得到：GM＝gR2

由于G和M(地球质量)这两个参数往往不易记住，而g和R容易记住。所以粗略计算时，一般都采用上述代换，这就避开了万有引力常量G值和地球的质量M值

发现未知天体---海王星 

在1781年发现的第七个行星—天王星的运动轨道，总是同根据万有引力定律计算出来的有一定偏离.当时有人预测，肯定在其轨道外还有一颗未发现的新星,这就是后来发现的第八大行星—海王星.

海王星的实际轨道由英国剑桥大学的学生亚当斯和法国年轻的天文爱好者勒维耶根据天王星的观测资料各自独立地利用万有引力定律计算出来的.

预言并发现冥王星：

海王星发现之后，人们发现它的轨道也与理论计算的不一致。于是几位学者用亚当斯和勒维耶的方法预言另一颗新行星的存在．

在预言提出之后，1930年，汤博发现了太阳系的后来曾被称为第九大行星的冥王星

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万有引力理论的成就PPT，第四部分内容：常考题型

题组一　计算天体质量和密度

题1［2019•广东佛山一中高一检测］（1）开普勒第三定律指出：行星绕太阳运动椭圆轨道的半长轴a的三次方与它的公转周期T的二次方成正比，即      =k，k是一个对所有行星都相同的常量。将行星绕太阳的运动按圆周运动处理，请你推导出太阳系中该常量k的表达式（已知引力常量为G，太阳的质量为M太）；

（2）开普勒定律不仅适用于太阳系，它对一切具有中心天体的引力系统（如地月系统）都成立。经测定月地距离为3.84×108m，月球绕地球运动的周期为2.36×106 s，地球半径取6 400 km，试估算地球的质量M和密度ρ。（G=6.67×10-11 N•m2/kg2，计算结果均保留一位有效数字）

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万有引力理论的成就PPT，第五部分内容：内容小结

1.万有引力定律在天文学中的应用，一般有两条思路：

(1)地面（或某星球表面）的物体的重力近似等于万有引力

(2)环绕天体所需的向心力由中心天体对环绕天体的万有引力提供

2.了解了万有引力定律在天文学中具有的重要意义. 

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《宇宙航行》万有引力与宇宙航行PPT

第一部分内容：学习目标

1.了解人造卫星的有关知识；

2.知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。

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宇宙航行PPT，第二部分内容：新课导入

思考：地球上的物体，怎样才能离开地球进行宇宙航行呢？

思考：以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？

(已知Ｇ=6.67×10-11Nm2/kg2 , 地球质量M=5.89×1024kg, 地球

半径R=6400km,地球表面重力加速度g=9.8m/s2 )

1、第一宇宙速度

物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度，叫做第一宇宙速度。

思考：1.向高轨道发射卫星与发射近地卫星相比,哪个需要的发射速度大？为什么？

2.高轨道卫星与近地卫星相比哪个运行速度大？为什么？

注意：人造卫星的发射速度与运行速度是两个不同的概念 

发射速度 指被发射物体离开地面时的速度

运行速度 指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度

2、第二宇宙速度

当物体的速度等于或大于11.2km/s时，它就会克服地球的引力，永远离开地球。我们把11.2km/s叫做第二宇宙速度。

3、第三宇宙速度

当物体的速度等于或大于16.7km/s时，物体可以挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间。我们把16.7km/s叫做第三宇宙速度。

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宇宙航行PPT，第三部分内容：常考题型

题组一　卫星运行参量的分析与比较

题1  [多选］有两颗质量相同的人造卫星A、B，其轨道半径分别为RA、RB，RA∶RB=1∶4，那么下列判断中正确的有（　　）

A. 它们的运行周期之比TA∶TB=1∶8B. 它们的运行线速度之比vA∶vB=4∶1

C. 它们所受的向心力之比FA∶FB =4∶1D. 它们的运行角速度之比ωA∶ωB=8∶1

题2［多选］“土卫5”在距离土星表面高度为h的轨道上做匀速圆周运动。已知土星半径为R，土星表面的重力加速度为g，引力常量为G，则（　　）

A. “土卫5”绕土星运行的周期为 

B. “土卫5”绕行的速度为 

C. “土卫5”绕土星运行的角速度为 

D. “土卫5”轨道处的重力加速度 

题3 两颗人造卫星A、B绕地球做圆周运动的周期之比TA∶TB=1∶8，则轨道半径之比和运行速率之比分别为（　　）

A. rA∶rB=4∶1　vA∶vB=1∶2

B. rA∶rB=4∶1　vA∶vB=2∶1

C. rA∶rB=1∶4　vA∶vB=2∶1

D. rA∶rB=1∶4　vA∶vB=1∶2

题4［2019•天津卷第1题改编］2018年12月8日，肩负着亿万中华儿女探月飞天梦想的“嫦娥四号”探测器成功发射，“实现人类航天器首次在月球背面巡视探测，率先在月背刻上了中国足迹”。已知月球的质量为M、半径为R，探测器的质量为m，引力常量为G，“嫦娥四号”探测器围绕月球做半径为r的匀速圆周运动时，探测器的（　　）

A.周期为 B.速度为 

C.角速度为 D.向心加速度为 

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宇宙航行PPT，第四部分内容：内容小结

三个宇宙速度

1.第一宇宙速度 v1=7.9km/s

2.第二宇宙速度 v2=11.2km/s

3.第三宇宙速度 v3=16.7km/s

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《相对论时空观与牛顿力学的局限性》万有引力与宇宙航行PPT

第一部分内容：学习目标

1、知道牛顿运动定律的适用范围。

2、了解经典力学在科学研究和生产技术中的广泛应用。

3、知道质量与速度的关系，知道高速运动中必须考虑速度随时间的变化。

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相对论时空观与牛顿力学的局限性PPT，第二部分内容：新课导入

按照狭义相对论，不仅“同时”是相对的，有时候，甚至事情的先后也都是相对的。举一个例子，一节长为10米的列车，A在车后部，B在车前部。当列车以0.6c的高速度通过一个站台的时候,突然站台上的人看到A先向B开枪,过了12.5毫微秒,B又向A发射。因而站台上的人作证：这场枪战是由A挑起的。但是，车上的乘客却提供相反的情况，他们说，是B先开枪，过了10毫微秒，A才动手。事件是由B发动的。

到底是谁先动手呢？没有绝对的答案。在这个具体事件中，谁先谁后是有相对性的。在列车参考系中，B先A后，而在车站参考系中则是A先B后。甚至于飞船上的人可能会看到你先把苹果吃了，再看到苹果掉在了地上。 

（1）相对时间 

狭义相对论认为时间不是绝对的（即固定不变的）。爱因斯坦指出，随着物体（观察者所见到的）运动速度的加快，时间会变慢。

使用同步原子钟已证实了这个结论的正确性，将一个钟表留在地面上，而携带另一个以很快速度移动（如在喷气式飞机上），随后进行比较，静止的钟表总比另一个稍微快一点。 

（2）相对长度 

爱尔兰物理学家佛兹杰拉德(1851─1901)提出，物质会在运动的方向上收缩（缩小），这意味着根据一个静止观察者的观点，一枚以接近光线运行的火箭所表现出的长度会比它静止时更短，尽管乘坐火箭的人看来并没有什么两样。  

爱因斯坦指出，任何物体以光速运动时，其长度将会缩短为零。

从宏观到微观

19世纪末-20世纪初，深入到微观领域，发现电子、质子、中子等微观粒子不仅具有粒子性，同时还具有波动性，很多情况下经典力学说明不了。

爱因斯坦提出的光子的概念，认为光既是电磁波，又是一份一份传播的 

原子中的电子只能在分立的特定轨道上运动，只有从一个轨道跳跃到另一个轨道。中间不连续。 

任何物体都具有波动性，你坐在椅子上，你是波动的，有波长。

物体的位置是不确定的，只能用几率来反映

从弱引力到强引力

1.物体间的万有引力是弱引力，经典力学适用

2.天体半径减小到一定程度时(太阳的引力半径为3 km，地球的引力半径为1 m,如白矮星)，天体间的引力就趋于无穷大 ，强引力。黑洞这种极端条件下的宇宙天体。它有极强的吸引力，黑洞本身的巨大质量造成空间弯曲

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相对论时空观与牛顿力学的局限性PPT，第三部分内容：课堂练习

题组一　经典力学与经典时空观

题1 2016年2月11日，科学家宣布探测到引力波的存在。引力波是实验验证爱因斯坦相对论的最后一块缺失的“拼图”，相对论在一定范围内弥补了经典力学的局限性。关于经典力学，下列说法正确的是（　　）

A.经典力学完全适用于宏观低速运动

B.经典力学取得了巨大成就，是普遍适用的

C.随着物理学的发展，经典力学将逐渐成为过时的理论

D.随着相对论、量子论的提出，经典力学已经失去了它的应用价值

【解析】A对：经典力学适用于宏观低速运动的物体，宏观物体是相对于微观粒子而言的。

B错：经典力学取得了巨大的成就，但它也具有一定的局限性，并不是普遍适用的。

C、D错：在微观高速情况下，要用量子力学和相对论来解释，但是并不会因为相对论和量子力学的出现，就否定了经典力学，经典力学不会过时也不会失去价值。

【答案】　A

题2［2019•广东佛山一中高一检测］经典力学不能适用下列哪些运动（　　）

A. 火箭的发射

B. 微观粒子的波动性

C. “勇气号”火星探测器在太空的运动

D. 宇宙飞船绕地球的运动

题3［多选］下列说法正确的是（　　）

A. 不论是对宏观物体，还是微观粒子，经典力学和量子力学都是适用的

B. 当物体运动速度很大（接近光速）时，经典力学理论所得的结果与实际结果之间出现了较大的偏差

C. 在经典力学中，物体的质量是不变的，在狭义相对论中，物体的质量随物体速度增大而减小

D. 牛顿的引力理论不能用于中子星表面

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