(共32张PPT)
人类对太空的不懈追求
一、古希腊人的探索
以亚里士多德为代表的古
希腊人认为地球位于宇宙的中
心。所有天体都围绕宇宙的中
心——地球做匀速圆周运动。
围绕地球的天体的排列顺序为月球、水星、金星、太阳、火星、木星、土星、最外层为恒星的球壳。
古希腊人设想每个行星都沿圆周运动，其运动轨迹就是行星的本轮。同时，这个圆的中心运动轨迹就是行星的均轮。
天文学家托勒密完善了地心本轮理论。第一次对已知天体的运动进行详细定量的说明。为航海家、天文学家和占星士所采用。该理论一直持续了近2000年。
二、文艺复兴的撞击
1543年，波兰天文学家哥白尼临终时，向世人宣布了他几十年来研究的成果《天体运行论》。正式推出了日心说。哥白尼认为，太阳是宇宙的中心，水星、金星、地球、火星、木星及土星都围绕太阳做匀速圆周运动。月球是地球的卫星。但是，当时人们对哥白尼的日心说并不认同。
第谷是非常了不起的天文观测家，当时尚未发现望远镜，他通过自制的观测仪器对星体惊醒认真系统的观测。他的测量结果证明了托勒密与哥白尼的理论计算结果都与观测数据不相符。
开普勒研究了第谷连续20年的观测数据，希望进一步解释哥白尼的行星圆形轨道。但他失败了。因为他得到的结果与第谷的观测数据至少有8′的误差。开普勒相信这不是第谷的粗心，而是哥白尼的理论还需要进一步完善。从此他开始研究行星的非匀速圆周运动。经过多年的埋头计算，数十次的否定自己的设想，开普勒最终发现了更精确的行星运动规律，并先后提出了三大定律。
开普勒第一定律：所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上。
开普勒第二定律：太阳与任何一个行星的连线（矢径）在相等的时间内扫过的面积相等。
开普勒第三定律：行星绕太阳运行轨道半长轴r的立方与其公转周期T的平方成正比。
三、牛顿的大综合
人们在研究天体运动的同时，还在探索天体为什么会这样运动。
亚里士多德认为天体由以太元素组成，它们本来就应围绕地球做匀速圆周运动。
开普勒时代：行星受到太阳的磁力使天体运动，并且天体受到磁力随距离的增加而减弱。
胡克、哈雷等人：天体受到了遵循平方反比率的向心力的作用才进行圆周运动。
牛顿用数学方法证明了物体围绕中心运动时有一向心力。由于物体沿椭圆轨道运动，向心力与质点到中心的距离的平方成反比。继而推广到宇宙中的物体都在彼此吸引。牛顿将地球对物体的引力扩展到月球，认为地球引力与太阳对行星的作用力，行星对卫星的作用力是性质相同的力，在此基础上，牛顿最终给出了具有科学革命价值的万有引力定律：
四、对太空的探索
1、1957年10月4日，前苏联的第一颗人造地球卫星上天。
2、1958年，美国也发射了人造地球卫星。
3、1970年我国发射了第一颗人造地球卫星“东方红一号”，成为全世界第五个发射人造地球卫星的国家。
4、1961年4月12日，世界第一艘载人宇宙飞船“东方”号发射升空。前苏联宇航员加加林成为了太空遨游第一人。
5、1969年7月20日，“阿波罗”11号才将人类送上了月球。阿姆斯特朗成为登月第一人。
阿波罗11号登月舱
阿姆斯特朗正准备踏上月球
登陆月球
人类在月球上留下的第一个脚印
6、1975年7月15-24日，美国和前苏联合作完成了一项太空工程——“阿波罗”和“联盟号”对接。
阿波罗号与联盟号对接示意图
7、1984年4月12日，第一架航天飞机“哥伦比亚”号发射成功。其优点可以重复使用。
8、1984年2月7日，美国宇航员穿戴着具有助推装置的宇航服，首次不系安全绳在太空中行走了95分钟捕获并修理人造卫星，然后将其送回轨道。
9、1990年4月24日，哈勃望远镜升空，人类有了性能卓越的空间天文台。帮助人类对宇宙进行更多的了解。
10、2003年10月16日，我国首位航天员杨利伟乘坐中国自己研制的“神舟”5号飞船在太空中饶地球飞行14圈后，在内蒙古草原安全着陆。
五、人造卫星上天（第一宇宙速度）
若卫星绕地球运行的轨道可视为圆形，并贴地面运行，则：
人们称7.9km/s为第一宇宙速度，也称为环绕速度。
例题：1990年3月，紫金山天文台将1965年9月20日发现的第2753号小行星命名为吴健雄星，其直径为32km，如该小行星的密度和地球相同，则该小行星的第一宇宙速度为________。(已知地球半径R=6400km,地球的第一宇宙速度为8km/s)本资料来自于资源最齐全的２１世纪教育网www.21cnjy.com
万有引力定律的应用、人类对太空的不懈追求
【教学目标】
1、 知识与技能：
1、 知道卫星所受的万有引力等于卫星做圆周运动的向心力。
2、 理解第一宇宙速度，知道第二宇宙速度和第三宇宙速度
3、 了解经典力学的发展历程和伟大成就；知道经典力学对航天技术发展的重大贡献；知道万有引力定律对科学发展所起的重要作用。www.21-cn-jy.com
2、 过程与方法：
1、 会以抛体运动为出发点导出卫星上天的粗略道理。
2、 会计算第一宇宙速度。
3、 会计算天体的质量和密度。
4、 收集我国和世界航天事业发展史和前景的资料，进一步体会科学知识对人类探索未知世界的作用
3、 情感、态度与价值观：
1、 通过牛顿抛体运动图的解说及齐奥尔科夫斯基火箭公式等经典力学发展的伟大成就介绍，使学生体会经典力学创立的价值与意义。21教育网
2、 通过介绍人造卫星的应用及我国航天技术的发展，激发学生勇攀科学高峰的热情。
3、 通过介绍人们如何发现海王星和冥王星，体会科学定律对人类探索未知世界的作用。
4、 体会科学研究方法对人们认识发展学生对科学的好奇心和求知欲。
5、 使学生体会到科学探索的艰辛，挖掘德育的素材。
【教学重点】
1、 计算第一宇宙速度的两种方法。
2、 计算天体的质量和密度。
3、 经典力学对航天技术发展的重大贡献。
4、 万有引力定律对科学发展所起的重要作用。
【教学方法】
问题教学法、理论探究法
【教学过程】
【导入】：
1、 复习：
(1) 提问：行星运动的开普勒三定律；万有引力定律。
(2) 学生回答：(略)。
2、 新课引入：
(1) 多媒体展示：我国神舟六号的发射、在轨运行、回收情况；我国嫦娥探月工程的基本情况。
(2) 提问：为什么宇宙飞船能登上月球？为什么飞 ( http: / / www.21cnjy.com )船能像月亮那样围绕地球旋转？飞船在什么条件下能挣脱地球的束缚？在进一步的探索中，人类会对更遥远的星球有些什么了解？请同学们带着这些问题进行这一节课的学习。21·世纪*教育网
【新课教学】
一．人造卫星上天
1、 如何使人造卫星上天：
(1) 提出探究课题：站在高山顶端，水平抛出一块石 ( http: / / www.21cnjy.com )头，石头的水平射程跟什么有关？若不断增大水平抛射石头的投掷速度，当速度达到足够大时，石头是否不再落回地面而绕地球旋转？21cnjy.com
(2) 学生探究，发表见解。
(3) 教师引导学生利用牛顿的抛体运动图总结卫星上 ( http: / / www.21cnjy.com )天的道理：只要抛出的速度足够大，被抛出的物体就会像月球那样不再掉下来，这实际上就是人造地球卫星或宇宙飞船上天的原理。2-1-c-n-j-y
(4) 教师提问：如何使用人造卫星和飞船获得这样大的初始速度？
(5) 学生阅读课本，了解齐奥尔科夫斯基的多级火箭构想。
2、 第一宇宙速度(环绕速度)：
(1) 利用多媒体向学生解说什么叫 ( http: / / www.21cnjy.com )做近地卫星：如果卫星绕地球运行的轨道可视为圆形，并且卫星距地面的高度远小于地球半径，则卫星轨道半径可近似为地球半径。
(2) 提问： 如何使近地卫星在圆周轨道上运动而不偏离轨道呢？
(3) 学生探究，发表见解。
(4) 利用多媒体引导学生回顾前一章学过的“近心运动”、“圆周运动”和“离心运动”，从而得出近地卫星不脱离轨道的原因：mg=F引=F向，
即。 21*cnjy*com
(5) 引导学生利用导出第一宇宙速度的计算式
(6) 引导学生利用导出第一宇宙速度的计算式
(7) 学生自己代数据计算出第一宇宙速度的值为7.9km/h。
3、 第二、三宇宙速度：
(1) 做课本P95的“模拟卫星运动”的实验(可教师演示或学生随堂实验)，感受“圆周运动”和“离心运动”
(2) 简介第二宇宙速度(脱离速度)和第三宇宙速度(逃逸速度)。
(3) 时间允许的话，可让学生阅读P95的“讨论与交流”。
4、例题：1990年3月，紫金山天文台 ( http: / / www.21cnjy.com )将1965年9月20日发现的第2753号小行星命名为吴健雄星，其直径为32km，如该小行星的密度和地球相同，则该小行星的第一宇宙速度为________。(已知地球半径R=6400km,地球的第一宇宙速度为8km/s)【来源：21cnj*y.co*m】
二．测天体质量和预测未知天体
1、测天体质量
（问题一）：如何用火星探测器测火星的质量？
引导学生探究并提问学生：探测器在火星上空是如何运行的？
（学生回答一）：探测器在火星上空绕火星运行，探测器相当于火星的人造卫星。
（学生回答二）：这可用探测器的的运行周期T和运行半径r算出火星的质量M。思路如下：
设探测器的质量为m，
由F引＝F向可得：
火星质量为
（问题二）：如何测火星的密度？
（学生回答）：还需要先测火星本身的半径R，
则
（问题三）：有没有更为简便的方法呢？
（学生回答）：若火星探测器在火星近地轨道运行，则问题变得更简单。此时R＝r，故，无须测探测器的轨道半径和火星本身的半径。21·cn·jy·com
（总结）：因此，只要探测器能到达的天体，其质量和密度都可测出。
2、预测未知天体
（多媒体演示）：八大行星中，水星、 ( http: / / www.21cnjy.com )金星、火星和土星都是人眼能直接看到的。人们第一次通过望远镜发现的新行星是天王星。但是人们发现天王星时，其运行轨道与人们用万有引力定律所算出的轨道有偏差。这是为什么呢？www-2-1-cnjy-com
（引导学生猜想）：（1）万有引力定律是错误的。
（2）天王星外还有一颗未知行星，它对天王星有较大的引力作用。
（多媒体演示并介绍海王星的发现）：万有引力定律已被大量的事实所证实，现在我们大家都知道它是自然界普遍的规律。【来源：21·世纪·教育·网】
人们根据猜想（2），用万有引力定律计算出天王星外的未知天体的轨道半径。果然在所算出的位置人们发现海王星。2·1·c·n·j·y
（总结）：发现海王星有什么意义？
（1） 进一证明了万有引力定律的正确性。
（2） 根据同样方法发现了冥王星。
（3） 说明科学理论具有预见性。（学生举例说明：哈雷慧星的回归，探测矿藏分布等）
三、对太空的探索
1、飞天路上，先驱烙下的深深足迹
生活在这个星球上的最高等智慧生物， ( http: / / www.21cnjy.com )是充满好奇心的白皮肤、黄皮肤、黑皮肤的人类。人类想要知道海洋的尽头是什么，五六百年前就创造了远洋航海技术，“全球文明”即由此发端；人类想要像鸟儿一样展翅高飞，１００多年前就发明了飞机，寂寥长空从此成为旅行的驿站；人类想要摆脱地球引力到大气层外的空间看一看，半个世纪间，各式各样的航天器就纷纷射向太空……21*cnjy*com
从自立行走于脚下这片土地到飞出蓝色地球村，人类就是这般孜孜不倦地幻想着，并一步一步地拓展着他们的活动空间。
梦想：脚步开始的地方。在东方的传说中，美貌的 ( http: / / www.21cnjy.com )嫦娥偷吃了灵药飞天成仙，从此独守寂寞蟾宫；而在古希腊的神话里，太阳神阿波罗则驾着太阳车巡游九天，为人间送来光明和温暖。
那是人类对太空最初的思考与 ( http: / / www.21cnjy.com )渴望。直到500多年前，波兰天文学家哥白尼用“日心说”掀起了一场轰轰烈烈的认知革命，人类才开始了对宇宙的科学审视。 就在“日心说”与统治欧洲一千多年的“地心说”艰难斗争的同一时代，中国的明朝官员万户——一位试图飞出天外的幻想家，却成了人类第一位飞天的真正实践者。美国学者基姆在其著作《火箭与喷气》中这样描述人类历史上的第一次火箭飞行尝试：万户先做了两个大风筝，并排装在一把椅子的两边，然后在椅子下面捆绑了47支大火箭——中国人发明的一种以火药作燃料的兵器。准备完毕后，万户坐在椅子当中，命仆人点燃火箭…… “人类航天始祖”万户勇敢的生命，最后殒落在了点燃火箭后的巨响中。多年后，月球上的一座环形山被命名为万户山。
1903年，人类飞天史上 ( http: / / www.21cnjy.com )的一个里程碑。那一年，莱特兄弟驾驶着他们在自行车修理车间里制造的第一架飞机“飞行者1号”，实现了人类历史上第一次成功的空中飞行。
同样在这一年，双耳失聪的俄国科学家齐奥 ( http: / / www.21cnjy.com )尔科夫斯基在论文中提出了著名的“火箭公式”，论证了用火箭发射航天器的可行性。他指出：最理想的推进剂不是火药，而是液体燃料；单级火箭在当时达不到宇宙速度，必须用多级火箭接力的办法才能进入宇宙空间。
1957年10月，在哈萨克的大荒原里， ( http: / / www.21cnjy.com )前苏联用火箭把第一颗人造地球卫星“斯普特尼号”送上了天。这颗直径580毫米、太空运行仅92天的小卫星，宣告着人类进入到一个空间探索的新时代。21教育名师原创作品
1961年4月，在9次无人飞船试验 ( http: / / www.21cnjy.com )后，“东方1号”飞船载着27岁的前苏联空军少校加加林，进行了108分钟的太空旅行。这是人类历史上第一次载人航天飞行，加加林也成为人类造访太空的第一人。
同年，美国启动“阿波罗登月计划”。8年之 ( http: / / www.21cnjy.com )后的7月21日，美国宇航员阿姆斯特朗就在月球上留下了人类的第一个足印。在踏上月球的一刻，人类第一位月宫使者由衷慨叹：这是个人的一小步，却是人类的一大步。21世纪教育网版权所有
1971年4月，前苏联成功发射了世界 ( http: / / www.21cnjy.com )上第一个试验性载人空间站——“礼炮1号”空间站。载人航天活动由此进入到规模较大、飞行时间较长的空间应用探索与试验阶段。1975年7月，前苏联的“联盟19号”飞船和美国“阿波罗18号”飞船，在太空中成功对接。通过电视转播，全世界数以亿计的观众目睹了来自两国的两位太空使者相拥的历史画面。
1981年4月，美国发射了可以重复使用 ( http: / / www.21cnjy.com )的太空运载工具——航天飞机。6年后，美国邀请欧洲航天局、日本和加拿大参加研制永久性载人空间站计划。1993年，俄罗斯的加入不仅扩大了空间站的规模，而且使这个项目成为一项真正意义上的国际性计划…… 国际空间站，一个共同探索、和平开发宇宙的平台。从飞船到空间站，人们用不懈的探索搭建起了通往“天宫”的云梯。 【出处：21教育名师】
然而，通天之路从来充满艰辛——
1971年6月，前苏联3名宇航 ( http: / / www.21cnjy.com )员在飞船气压阀失效时因为缺乏航天服的保护而死亡； 1986年1月，美国“挑战者号”航天飞机起飞后凌空爆炸，7名壮志未酬的宇航员、包括一位即将在太空中为几十万美国中学生讲授奇妙太空的中学教师，在万众瞩目中献身蓝天； 2003年2月，美国“哥伦比亚号”航天飞机在它的第28次飞行返程途中突然解体，再过16分钟就能踏上地球的7名宇航员全部牺牲；2003年的8月，巴西第三枚ＶＬＳ型卫星运载火箭在发射前的最后检测中发生爆炸，“咖啡王国”的航天梦再次遭受重创……
收获大喜，却也历尽大悲。在悲喜交加的太空旅程中，人类一点一滴地感悟着“科学”二字，那沉甸甸的分量。
2、飞天路上，中国人烙下深深足迹
在人类大步迈向太空的旅程中，中国人追梦的步伐一天也没有停止过。
1970年4月24日，中国第一颗人造卫星发射成功。
“长征二号Ｆ”型火箭托举着神舟五号载人 ( http: / / www.21cnjy.com )飞船轰然起飞。浩瀚太空迎来了第一位中国访客——38岁的中国航天员杨利伟。在343公里的高度上，中国人第一次在自己的航天器上看到了人类美丽的地球家园。 【版权所有：21教育】
这是中国的高度，一个崇尚独立自主的民族以自己的方式叩问天宇的高度。
从这一天起，中国成为第三个能够独立开展载人 ( http: / / www.21cnjy.com )航天活动的国家。戚发轫说，梦圆那刻，是他这一生笑得最灿烂、哭得最痛快的一次。神舟五号的顺利升空，不仅仅使得中国人的千年飞天梦想变为现实，更重要的是它标志着在人类探索太空的队伍中，又加入了一支强大而富于创造性的力量。
神舟的六号载人飞船轰然起飞。浩瀚太空再度迎来的是两位中国访客。在343公里的高度上，中国人第一次出现在自己的组合。
——中国已形成12个型号的“长征”系列运载火箭。未来的新一代大推力运载火箭，将满足不同用途大型卫星和空间站的发射需要；
——中国已初步形成了返回式遥 ( http: / / www.21cnjy.com )感卫星、通信广播卫星、气象卫星、科学探测与技术试验卫星、地球资源卫星、导航定位卫星等多种类型的卫星系列。将来，中国还要建立长期稳定运行的卫星对地观测体系，自主的卫星导航定位系统，以及产业化、市场化的空间应用体系；
——中国已启动无人月球探测的“嫦娥工程”，那轮在唐诗宋词里无数次被吟诵过的月亮，就要迎接来自中国的亲密接触……
在跨越式地实现了载人航天工程的第一步目 ( http: / / www.21cnjy.com )标之后，中国正在稳步走向以交会对接为特征的第二步和更远的未来。中国的航天专家们已经在计划着实现载人航天后，着手建立太空实验室，建立包括永久性空间站在内的“地面——太空综合网”，将大型空间站发展成为空间航天基地……
在太空建立实验室的近期目标，以及太空开发的无穷远景，令所有的中国航天人，令所有爱好梦想的中国人，愉快地幻想并热切地期待着。
课堂小结
一、古希腊人的探索：亚里士多德为代表的地心说
二、文艺复兴的撞击:哥白尼的日心说，开普勒三大定律
三、牛顿的大综合：万有引力定律
三、四、人类对太空的探索：人造卫星上天
布置作业
课本P98－3、5、6
课本P104 1、2、4
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人类对太空的不懈追求 同步练习
一、选择题
1.下列说法中正确的是
A.天体运动是完美的、和谐的匀速圆周运动
B.第谷对天体的运动,经过了长达二十年的连续观测
C.第一个对天体的匀速圆周运动产生怀疑的人是第谷
D.开普勒在第谷等人精确观测的基础上,经过长期的艰苦计算和观测,终于发现了行星运动的规律
答案：BD
2.由开普勒第三定律结合你学过的地理知识可知太阳的九大行星中,周期最长的是
A.水星 B.地球
C.海王星 D.冥王星
答案：D
3.苹果落回地球,而不是地球向上运动碰到苹果,发生这个现象的原因是
A.由于苹果质量小,对地球的引力小,而地球质量大,对苹果引力大造成的
B.由于地球对苹果有引力,而苹果对地球没有引力造成的
C.苹果与地球间的相互引力是相等的,由于地球质量极大,不可能产生明显加速度
D.以上说法都不对
答案：C
4.离地面高h处的重力加速度是地球表面处重力加速度的1/2,则高度是地球半径的
A.2倍 B.1/2倍
C.倍 D.(－1)倍
答案：D
5.我国发射的第一颗实际载人航天器是
A.“神舟”二号
B.“神舟”三号
C.“神舟”四号
D.“神舟”五号
答案：D
6.下列说法符合历史事实的是
A.由于卡文迪许的杰出贡献,人们称他为“能称出地球质量的人”
B.引力常量的测出使得万有引力定律有了实际的应用价值
C.利用引力常量可以用测定地球表面重力加速度的方法测定地球的质量
D.扭秤的特点是可以测量微小的力
答案：ABCD
7.以下说法正确的是
A.我国于1970年发射第一颗人造地球卫星
B.我国于2003年发射第一艘飞船
C.我国于2003年发射第一艘载人宇宙飞船
D.1975年美苏实现第一次飞船对接
答案：ACD
二、非选择题
8.在古代,人们对天体的运动存在着________和________两种对立的看法.
答案：日光说 地心说
9.________经过了四年多的艰苦计算,先后否定了十九种设想,最终确切地描述了行星运动的规律.
答案：开普勒
10.假设地球和火星都是球体,火星的质量 ( http: / / www.21cnjy.com )M火与地球的质量M地之比M火/M地=p,火星与地球的半径之比R火/R地=q.求它们表面处的重力加速度之比.21世纪教育网版权所有
答案：p/q2
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人类对太空的不懈追求 同步测试
1.若人造卫星绕地球做匀速圆周运动，则下列说法中正确的是（ ）
A．卫星的轨道半径越大，它的运行速度越大
B．卫星的轨道半径越大，它的运行速度越小
C．卫星的质量一定时，轨道半径越大，它需要的向心力越大
D．卫星的质量一定时，轨道半径越大，它需要的向心力越小
2．甲、乙两颗人造地球卫星，质量相等，它们的轨道都是圆，若甲的运动周期比乙小，则（ ）
A．甲距地面的高度比乙小 B．甲的加速度一定比乙小
C．甲的加速度一定比乙大 D．甲的速度一定比乙大
3．下面是金星、地球、火星的有关情况比较。
星球 金星 地球 火星
公转半径 1.0 km 1.5 km 2.25 km
自转周期 243日 23时56分 24时37分
表面温度 480℃ 15℃ —100℃~0℃
大气主要成分 约95%的CO2 78%的N2，21%的O2 约95%的CO2
根据以上信息，关于地球及地球的两个邻居金星和火星（行星的运动可看作圆周运动），下列判断正
确的是（ ）
A．金星运行的线速度最小，火星运行的线速度最大
B．金星公转的向心加速度大于地球公转的向心加速度
C．金星的公转周期一定比地球的公转周期小
D．金星的主要大气成分是由CO2组成的，所以可以判断气压一定很大
4．如图1-4-1所示，在同一轨道平面上，有绕地球做匀速圆周运动的卫星A、B、C某时刻在同一条直线上，则（ ）21世纪教育网版权所有
A.经过一段时间，它们将同时回到原位置
B.卫星C受到的向心力最小
C.卫星B的周期比C小
D.卫星A的角速度最大
5．某天体半径是地球半径的K倍，密度是地球的P倍，则该天体表面的重力加速度是地球表面重力加速度的（ ）21教育网
A．倍 B． 倍 C．KP倍 D．倍
6．A、B两颗行星，质量之比，半径之比，则两行星表面的重力加速度之比为（ ）
A. B. C. D.
7．人造卫星离地球表面距离等于地球半径R，卫星以速度v沿圆轨道运动，设地面上的重力加速度为g，则（ ）21·cn·jy·com
A. B. C. D.
8．已知地球半径为R，地面重力加速 ( http: / / www.21cnjy.com )度为g. 假设地球的自转加快，则赤道上的物体就可能克服地球引力而飘浮起来，则此时地球的自转周期为（ ）www.21-cn-jy.com
A. B. C. D.
9．组成星球的物质是靠引力吸引在一 ( http: / / www.21cnjy.com )起的，这样的星球有一个最大的自转速率.如果超过了该速率，星球的万有引力将不足以维持其赤道附近的物体做圆周运动.由此能得到半径为R、密度为ρ、质量为M且均匀分布的星球的最小自转周期T.下列表达式中正确的是（ ）2·1·c·n·j·y
A．T=2π B．T=2π C．T= D．T=
答案：如果万有引力不足以充当向心力，星球就会解体，据万有引力定律和牛顿第二定律得：GR 得T=2π,又因为M=πρR3,所以T=【来源：21·世纪·教育·网】
10．若有一艘宇宙飞船在某一行星表面做匀速圆周运动，设其周期为T，引力常数为G，那么该行星的平均密度为（ ）21·世纪*教育网
A. B. C. D.
11．地球公转的轨道半径是R1，周期是T1，月球绕地球运转的轨道半径是R2，周期是T2，则太阳质量与地球质量之比是（ ）www-2-1-cnjy-com
A. B. C. D.
12．地球表面重力加速度g地 ( http: / / www.21cnjy.com )、地球的半径R地，地球的质量M地，某飞船飞到火星上测得火星表面的重力加速度g火、火星的半径R火、由此可得火星的质量为（ ） 21*cnjy*com
A. B. C. D.
13．设在地球上和某天体上以相同的初速度竖直上抛一物体的最大高度比为k（均不计阻力），且已知地球与该天体的半径之比也为k，则地球与此天体的质量之比为 （ ）2-1-c-n-j-y
A. 1 B. k C. k 2 D. 1/ k21cnjy.com
14．某星球的质量约为地球的9倍 ( http: / / www.21cnjy.com )，半径约为地球的一半，若从地球上高h处平抛一物体，射程为60m，则在该星球上，从同样高度以同样的初速度平抛同一物体，射程应为 （ ）【来源：21cnj*y.co*m】
A．10m B．15m C．90m D．360m【出处：21教育名师】
15．已知一颗人造卫星在某行星表面上 ( http: / / www.21cnjy.com )空绕行星做匀速圆周运动，经过时间t，卫星的行程为s，卫星与行星的中心连线扫过的角度是1rad，那么卫星的环绕周期T＝_______，该行星的质量M＝________。
16．已知地球半径为6.4×106m，又知月球绕地球的运动可近似看作为匀速圆周运动，则可估算出月球到地球的距离为________m. （结果只保留一位有效数字）【版权所有：21教育】
17．假设站在赤道某地的人，恰能在日落后4小时的时候，恰观察到一颗自己头顶上空被阳光照亮的人造地
球卫星，若该卫星是在赤道所在平面内做 ( http: / / www.21cnjy.com )匀速圆周运动，又已知地球的同步卫星绕地球运动的轨道半径约为地球半径的6.6倍，试估算此人造地球卫星绕地球运行的周期为____________.21教育名师原创作品
18．设想有一宇航员在某行星的极地上着陆时，发现物体在当地的重力是同一物体在地球上重力的0.01倍，而该行星一昼夜的时间与地球相同，物体在它赤道上时恰好完全失重，若存在这样的星球，它的半径R应多大？21*cnjy*com
19．一宇航员抵达一半径为R的星球 ( http: / / www.21cnjy.com )表面后，为了测定该星球的质量M，做如下的时间，取一根细线穿过光滑的细直管，细线一端栓一质量为m的砝码，另一端连在一固定的测力计上，手握细线直管抡动砝码，使它在竖直平面内做完整的圆周运动，停止抡动细直管。砝码可继续在同一竖直平面内做完整的圆周运动。如图1-4-2所示，此时观察测力计得到当砝码运动到圆周的最低点和最高点两位置时，测力计得到当砝码运动到圆周的最低点和最高点两位置时，测力计的读数差为ΔF。已知引力常量为G，试根据题中所提供的条件和测量结果，求出该星球的质量M。
20．在某星球上，宇航员用弹簧秤称得 ( http: / / www.21cnjy.com )质量m的砝码重量为F，乘宇宙飞船在靠近该星球表面空间飞行，测得其环绕周期为T，根据这些数据求该星球的质量.
21．如图1-4-3为宇宙中有一个 ( http: / / www.21cnjy.com )恒星系的示意图，A为该星系的一颗行星，它绕中央恒星O运行轨道近似为圆，天文学家观测得到A行星运动的轨道半径为R0，周期为T0
（1）中央恒星O的质量是多大？
（2）长期观测发现，A行星实际运动的轨道与圆轨道总存在一些偏离，且周期性也每隔
t0时间发生一次最大的偏离，天文学家认为形成这种现象的原因可能是A行星外侧还存在一
颗未知的行星B（假设其运行轨道与A在同一平面内，且与A的绕行方面相同），它对A行星的万有引力引起A
轨道的偏离。根据上述现象及假设，你能对未知行星B的运动得到哪些定量的预测。
练习题答案
1．BD 2．ACD 3．BC 4．CD 5．C 6．C 7．D 8．B 9．AD 10．B 11．B 12．A 13．B 14．A 15．2πt s2／Gt2 16．4×108 17．4h 18．R=1.85×107m 19．
20． 21．(1)42R03/GT02 (2)TB= T0 t0/( t0- T0) RB=
A
B
C
1-4-1
m
1-4-2
1-4-3
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万有引力定律的应用与人类对太空的不懈追求
【教学目标】
知识与技能：
知道卫星所受的万有引力等于卫星做圆周运动的向心力。
理解第一宇宙速度，知道第二宇宙速度和第三宇宙速度
了解经典力学的发展历程和伟大成就；知道经典力学对航天技术发展的重大贡献；知道万有引力定律对科学发展所起的重要作用。21·世纪*教育网
过程与方法：
会以抛体运动为出发点导出卫星上天的粗略道理。
会计算第一宇宙速度。
会计算天体的质量和密度。
收集我国和世界航天事业发展史和前景的资料，进一步体会科学知识对人类探索未知世界的作用
情感、态度与价值观：
通过牛顿抛体运动图的解说及齐奥尔科夫斯基火箭公式等经典力学发展的伟大成就介绍，使学生体会经典力学创立的价值与意义。www-2-1-cnjy-com
通过介绍人造卫星的应用及我国航天技术的发展，激发学生勇攀科学高峰的热情。
通过介绍人们如何发现海王星和冥王星，体会科学定律对人类探索未知世界的作用。
体会科学研究方法对人们认识发展学生对科学的好奇心和求知欲。
使学生体会到科学探索的艰辛，挖掘德育的素材。
【教学重点】
计算第一宇宙速度的两种方法。
计算天体的质量和密度。
经典力学对航天技术发展的重大贡献。
万有引力定律对科学发展所起的重要作用。
【教学方法】
问题教学法、理论探究法
【教学过程】
【导入】：
复习：
提问：行星运动的开普勒三定律；万有引力定律。
学生回答：(略)。
新课引入：
多媒体展示：我国神舟六号的发射、在轨运行、回收情况；我国嫦娥探月工程的基本情况。
提问：为什么宇宙飞船能登上月球？为什么飞船 ( http: / / www.21cnjy.com )能像月亮那样围绕地球旋转？飞船在什么条件下能挣脱地球的束缚？在进一步的探索中，人类会对更遥远的星球有些什么了解？请同学们带着这些问题进行这一节课的学习。2-1-c-n-j-y
【新课教学】
一．人造卫星上天
如何使人造卫星上天：
提出探究课题：站在高山顶端，水平抛出一 ( http: / / www.21cnjy.com )块石头，石头的水平射程跟什么有关？若不断增大水平抛射石头的投掷速度，当速度达到足够大时，石头是否不再落回地面而绕地球旋转？
学生探究，发表见解。
教师引导学生利用牛顿的抛体运动图总 ( http: / / www.21cnjy.com )结卫星上天的道理：只要抛出的速度足够大，被抛出的物体就会像月球那样不再掉下来，这实际上就是人造地球卫星或宇宙飞船上天的原理。
教师提问：如何使用人造卫星和飞船获得这样大的初始速度？
学生阅读课本，了解齐奥尔科夫斯基的多级火箭构想。
第一宇宙速度(环绕速度)：
利用多媒体向学生解说什么叫做近地 ( http: / / www.21cnjy.com )卫星：如果卫星绕地球运行的轨道可视为圆形，并且卫星距地面的高度远小于地球半径，则卫星轨道半径可近似为地球半径。21世纪教育网版权所有
提问： 如何使近地卫星在圆周轨道上运动而不偏离轨道呢？
学生探究，发表见解。
利用多媒体引导学生回顾前一章学过的“近心运动”、“圆周运动”和“离心运动”，从而得出近地卫星不脱离轨道的原因：mg=F引=F向，
即。【来源：21cnj*y.co*m】
引导学生利用导出第一宇宙速度的计算式
引导学生利用导出第一宇宙速度的计算式
学生自己代数据计算出第一宇宙速度的值为7.9km/h。
第二、三宇宙速度：
做课本P95的“模拟卫星运动”的实验(可教师演示或学生随堂实验)，感受“圆周运动”和“离心运动”
简介第二宇宙速度(脱离速度)和第三宇宙速度(逃逸速度)。
时间允许的话，可让学生阅读P95的“讨论与交流”。
4、例题：1990年3月，紫金山天文台 ( http: / / www.21cnjy.com )将1965年9月20日发现的第2753号小行星命名为吴健雄星，其直径为32km，如该小行星的密度和地球相同，则该小行星的第一宇宙速度为________。(已知地球半径R=6400km,地球的第一宇宙速度为8km/s)【来源：21·世纪·教育·网】
二．测天体质量和预测未知天体
1、测天体质量
（问题一）：如何用火星探测器测火星的质量？
引导学生探究并提问学生：探测器在火星上空是如何运行的？
（学生回答一）：探测器在火星上空绕火星运行，探测器相当于火星的人造卫星。
（学生回答二）：这可用探测器的的运行周期T和运行半径r算出火星的质量M。思路如下：
设探测器的质量为m，
由F引＝F向可得：
火星质量为
（问题二）：如何测火星的密度？
（学生回答）：还需要先测火星本身的半径R，
则
（问题三）：有没有更为简便的方法呢？
（学生回答）：若火星探测器在火星近地轨道运行，则问题变得更简单。此时R＝r，故，无须测探测器的轨道半径和火星本身的半径。21教育网
（总结）：因此，只要探测器能到达的天体，其质量和密度都可测出。
2、预测未知天体
（多媒体演示）：八大行星中，水星、 ( http: / / www.21cnjy.com )金星、火星和土星都是人眼能直接看到的。人们第一次通过望远镜发现的新行星是天王星。但是人们发现天王星时，其运行轨道与人们用万有引力定律所算出的轨道有偏差。这是为什么呢？21cnjy.com
（引导学生猜想）：（1）万有引力定律是错误的。
（2）天王星外还有一颗未知行星，它对天王星有较大的引力作用。
（多媒体演示并介绍海王星的发现）：万有引力定律已被大量的事实所证实，现在我们大家都知道它是自然界普遍的规律。21·cn·jy·com
人们根据猜想（2），用万有引力定律计算出天王星外的未知天体的轨道半径。果然在所算出的位置人们发现海王星。www.21-cn-jy.com
（总结）：发现海王星有什么意义？
进一证明了万有引力定律的正确性。
根据同样方法发现了冥王星。
说明科学理论具有预见性。（学生举例说明：哈雷慧星的回归，探测矿藏分布等）
三、对太空的探索
1、飞天路上，先驱烙下的深深足迹
生活在这个星球上的最高等智慧生物，是 ( http: / / www.21cnjy.com )充满好奇心的白皮肤、黄皮肤、黑皮肤的人类。人类想要知道海洋的尽头是什么，五六百年前就创造了远洋航海技术，“全球文明”即由此发端；人类想要像鸟儿一样展翅高飞，１００多年前就发明了飞机，寂寥长空从此成为旅行的驿站；人类想要摆脱地球引力到大气层外的空间看一看，半个世纪间，各式各样的航天器就纷纷射向太空……2·1·c·n·j·y
从自立行走于脚下这片土地到飞出蓝色地球村，人类就是这般孜孜不倦地幻想着，并一步一步地拓展着他们的活动空间。【出处：21教育名师】
梦想：脚步开始的地方。在东方的传说中， ( http: / / www.21cnjy.com )美貌的嫦娥偷吃了灵药飞天成仙，从此独守寂寞蟾宫；而在古希腊的神话里，太阳神阿波罗则驾着太阳车巡游九天，为人间送来光明和温暖。
那是人类对太空最初的思考 ( http: / / www.21cnjy.com )与渴望。直到500多年前，波兰天文学家哥白尼用“日心说”掀起了一场轰轰烈烈的认知革命，人类才开始了对宇宙的科学审视。 就在“日心说”与统治欧洲一千多年的“地心说”艰难斗争的同一时代，中国的明朝官员万户——一位试图飞出天外的幻想家，却成了人类第一位飞天的真正实践者。美国学者基姆在其著作《火箭与喷气》中这样描述人类历史上的第一次火箭飞行尝试：万户先做了两个大风筝，并排装在一把椅子的两边，然后在椅子下面捆绑了47支大火箭——中国人发明的一种以火药作燃料的兵器。准备完毕后，万户坐在椅子当中，命仆人点燃火箭…… “人类航天始祖”万户勇敢的生命，最后殒落在了点燃火箭后的巨响中。多年后，月球上的一座环形山被命名为万户山。
1903年，人类飞天史上的一个里程 ( http: / / www.21cnjy.com )碑。那一年，莱特兄弟驾驶着他们在自行车修理车间里制造的第一架飞机“飞行者1号”，实现了人类历史上第一次成功的空中飞行。
同样在这一年，双耳失聪的 ( http: / / www.21cnjy.com )俄国科学家齐奥尔科夫斯基在论文中提出了著名的“火箭公式”，论证了用火箭发射航天器的可行性。他指出：最理想的推进剂不是火药，而是液体燃料；单级火箭在当时达不到宇宙速度，必须用多级火箭接力的办法才能进入宇宙空间。
1957年10月，在哈萨克的大荒原 ( http: / / www.21cnjy.com )里，前苏联用火箭把第一颗人造地球卫星“斯普特尼号”送上了天。这颗直径580毫米、太空运行仅92天的小卫星，宣告着人类进入到一个空间探索的新时代。【版权所有：21教育】
1961年4月，在9次无人飞船试 ( http: / / www.21cnjy.com )验后，“东方1号”飞船载着27岁的前苏联空军少校加加林，进行了108分钟的太空旅行。这是人类历史上第一次载人航天飞行，加加林也成为人类造访太空的第一人。 21教育名师原创作品
同年，美国启动“阿波罗登月计划”。 ( http: / / www.21cnjy.com )8年之后的7月21日，美国宇航员阿姆斯特朗就在月球上留下了人类的第一个足印。在踏上月球的一刻，人类第一位月宫使者由衷慨叹：这是个人的一小步，却是人类的一大步。21*cnjy*com
1971年4月，前苏联成功 ( http: / / www.21cnjy.com )发射了世界上第一个试验性载人空间站——“礼炮1号”空间站。载人航天活动由此进入到规模较大、飞行时间较长的空间应用探索与试验阶段。1975年7月，前苏联的“联盟19号”飞船和美国“阿波罗18号”飞船，在太空中成功对接。通过电视转播，全世界数以亿计的观众目睹了来自两国的两位太空使者相拥的历史画面。
1981年4月，美国发射了可以 ( http: / / www.21cnjy.com )重复使用的太空运载工具——航天飞机。6年后，美国邀请欧洲航天局、日本和加拿大参加研制永久性载人空间站计划。1993年，俄罗斯的加入不仅扩大了空间站的规模，而且使这个项目成为一项真正意义上的国际性计划…… 国际空间站，一个共同探索、和平开发宇宙的平台。从飞船到空间站，人们用不懈的探索搭建起了通往“天宫”的云梯。
然而，通天之路从来充满艰辛——
1971年6月，前苏联3名宇航员在飞船气压阀 ( http: / / www.21cnjy.com )失效时因为缺乏航天服的保护而死亡； 1986年1月，美国“挑战者号”航天飞机起飞后凌空爆炸，7名壮志未酬的宇航员、包括一位即将在太空中为几十万美国中学生讲授奇妙太空的中学教师，在万众瞩目中献身蓝天； 2003年2月，美国“哥伦比亚号”航天飞机在它的第28次飞行返程途中突然解体，再过16分钟就能踏上地球的7名宇航员全部牺牲；2003年的8月，巴西第三枚ＶＬＳ型卫星运载火箭在发射前的最后检测中发生爆炸，“咖啡王国”的航天梦再次遭受重创……
收获大喜，却也历尽大悲。在悲喜交加的太空旅程中，人类一点一滴地感悟着“科学”二字，那沉甸甸的分量。
2、飞天路上，中国人烙下深深足迹
在人类大步迈向太空的旅程中，中国人追梦的步伐一天也没有停止过。
1970年4月24日，中国第一颗人造卫星发射成功。
“长征二号Ｆ”型火箭托举着神舟五号载 ( http: / / www.21cnjy.com )人飞船轰然起飞。浩瀚太空迎来了第一位中国访客——38岁的中国航天员杨利伟。在343公里的高度上，中国人第一次在自己的航天器上看到了人类美丽的地球家园。
这是中国的高度，一个崇尚独立自主的民族以自己的方式叩问天宇的高度。
从这一天起，中国成为第三 ( http: / / www.21cnjy.com )个能够独立开展载人航天活动的国家。戚发轫说，梦圆那刻，是他这一生笑得最灿烂、哭得最痛快的一次。神舟五号的顺利升空，不仅仅使得中国人的千年飞天梦想变为现实，更重要的是它标志着在人类探索太空的队伍中，又加入了一支强大而富于创造性的力量。
神舟的六号载人飞船轰然起飞。浩瀚太空再度迎来的是两位中国访客。在343公里的高度上，中国人第一次出现在自己的组合。
——中国已形成12个型号的“长征”系列运载火箭。未来的新一代大推力运载火箭，将满足不同用途大型卫星和空间站的发射需要；
——中国已初步形成了返回 ( http: / / www.21cnjy.com )式遥感卫星、通信广播卫星、气象卫星、科学探测与技术试验卫星、地球资源卫星、导航定位卫星等多种类型的卫星系列。将来，中国还要建立长期稳定运行的卫星对地观测体系，自主的卫星导航定位系统，以及产业化、市场化的空间应用体系；
——中国已启动无人月球探测的“嫦娥工程”，那轮在唐诗宋词里无数次被吟诵过的月亮，就要迎接来自中国的亲密接触…… 21*cnjy*com
在跨越式地实现了载人航天工程的第一步 ( http: / / www.21cnjy.com )目标之后，中国正在稳步走向以交会对接为特征的第二步和更远的未来。中国的航天专家们已经在计划着实现载人航天后，着手建立太空实验室，建立包括永久性空间站在内的“地面——太空综合网”，将大型空间站发展成为空间航天基地……
在太空建立实验室的近期目标，以及太空开发的无穷远景，令所有的中国航天人，令所有爱好梦想的中国人，愉快地幻想并热切地期待着。
课堂小结
一、古希腊人的探索：亚里士多德为代表的地心说
二、文艺复兴的撞击:哥白尼的日心说，开普勒三大定律
三、牛顿的大综合：万有引力定律
三、四、人类对太空的探索：人造卫星上天
布置作业
课本P98－3、5、6
课本P104 1、2、4
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人类对太空的不懈追求-知识探讨
合作与讨论
(一)人类认识史上对行星运动轨道的认识经历了哪些过程？
我的思路：地心说、日心说以及宇宙中的一个小部分的过程.
(二)我国发射的“神舟”五号飞船有哪些特点？
我的思路：“神舟”五号飞船是我国独立设 ( http: / / www.21cnjy.com )计和研制的具有完全知识产权的产品.与其他国家相比,我们的飞船有我们自己的特点：第一,从设计上看,我国飞船功能一步到位,不像美国和俄罗斯在初期把功能分成几块,一步一步地进行.因为有了前人的基础,所以我们能够一步到位,第二,我国飞船的直径是根据我们的需要设计的,为2.5 m,比俄罗斯的要大.这样,航天员在里面比较舒适,也留有发展的余地和空间；第三,我国飞船在设计思想上也与俄罗斯不一样.除把它作为天地往返运输工具之外,我们还把飞船作为科学实验的工具,飞船返回之后有一个留轨舱在太空继续做科学实验.第四,我们的飞船是在这几年设计的,比其他国家的晚一些.因此,我们的设备技术含量,比如电子技术和控制技术含量比那时候要进步得多.
思考过程
1.亚里士多德认为：天体是第五种元素,围绕地球的天体的平列顺序为：月球、水星、金星、太阳、火星、木星、土星,最外层是恒星的球壳.21教育网
2.文艺复兴时期：哥白尼首先提出日心说,第谷和开普勒发展了他的学说,提出开普勒三定律.
3.牛顿的大综合：通过《自然哲学的数学原理》提出了万有引力定律,完成了物理学的第一次大综合.
4.对太空的探索：1957年10月4日, ( http: / / www.21cnjy.com )前苏联发射第一颗人造卫星；中国在1970年发射了人造卫星；1961年前苏联第一艘宇宙飞船升空；中国在2003年发射载人宇宙飞船,宇航员杨利伟成为中国航天第一人.
例题解析
【例1】 下列说法中正确的是
A.地球是宇宙的中心,太阳、月亮及其他行星都绕地球运动
B.太阳是静止不动的,地球和其他行星都绕太阳运动
C.地球是绕太阳运动的一颗行星
D.日心说和地心说都是与事实不吻合的
解析：日心说和地心说所说的宇宙的中心与事实都不符,它只是当时认识过程中的一种学说,在不同的历史时期,都有着它的进步意义.21世纪教育网版权所有
答案：CD
点评：了解历史史实,并且掌握一定的科学知识,才能正确地解答本题.
【例2】 下列说法与史实相符的是
A.丹麦天文学家第谷经过20年的观测记录了大量的数据,从而确定行星运动不是圆周
B.开普勒通过对第谷的观测数 ( http: / / www.21cnjy.com )据的分析研究,也是历经艰辛,走了不少弯路.开始时他采用的是天体运动的“神圣的”“完美的”“和谐的”匀速圆周运动模型,所得结果与观测数据有较大的误差
C.开普勒通过对第谷的观测数据进行研究发现实际结果与圆周运动的结果有8′的误差
D.开普勒的行星运动轨道是椭圆的结论是通过猜测得到的
解析：丹麦天文学家第谷经 ( http: / / www.21cnjy.com )过20年的观测记录了大量的数据,开普勒通过对第谷的观测数据的分析研究,也是历经艰辛,走了不少弯路.开始时他采用的是天体运动的“神圣的”“完美的”“和谐的”匀速圆周运动模型,但发现实际结果与圆周运动的结果有8′的误差.21cnjy.com
答案：BC
点评：历史史实的了解是解决本题的关键.
规律总结
知识：历史知识.
方法：查阅有关资料,加深对这些知识的了解.
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