课件11张PPT。■地心说(Geocentric Universe) 地心说是长期盛行于古代欧洲的宇宙学说。它最初由古希腊学者欧多克斯在公元前三世纪提出，后来经托勒密（90-168）进一步发展而逐渐建立和完善起来。托勒密的“地心说”体系■日心说(Solarcentric Universe)哥白尼的“日心说”体系 约在公元前260年，古希腊天文学家阿利斯塔克最早提出了日心说的观点。但真正发展并完善日心说的，是来自波兰的哥白尼（1473-1543）。■第谷的天文学观测 哥白尼的宇宙体系动摇了基督教宇宙体系的根基，但它并没有在天文测算的精确度上有多大的提高。近代早期最重要的观测工作是由丹麦的第谷（1546-1601）进行的。仙后座的新星爆发■开普勒三定律 开普勒（1571-1630）是继哥白尼之后第一个站出来捍卫太阳中心说、并在天文学方面有突破性成就的人物，被后世的科学史家称为“天上的立法者”。 木星绕太阳转动的周期为地球绕太阳转动周期的12倍，则木星绕太阳运行的轨道半长轴约为地球绕太阳运行轨道半长轴的多少倍？课堂小结课件19张PPT。开普勒三定律知识回顾开普勒第一定律——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.k值与中心天体有关，而与环绕天体无关 什么力来维持行星绕太阳的运动呢？科学的足迹1、伽利略：一切物体都有合并的趋势，这种趋势导致物体做圆周运动。
2、开普勒：受到了来自太阳的类似与磁力的作用。
3、笛卡儿：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。
4、胡克、哈雷等:受到了太阳对它的引力，证明了如果行星的轨道是圆形的，其所受的引力大小跟行星到太阳的距离的二次方成反比，但没法证明在椭圆轨道规律也成立。
5、牛顿：在前人研究的基础上，凭借他超凡的数学能力证明了：如果太阳和行星间的引力与距离的二次方成反比，则行星的轨迹是椭圆.并且阐述了普遍意义下的万有引力定律。 一、太阳对行星的引力1、设行星的质量为m，速度为v，行星到太阳的距离为r，则行星绕太阳做匀速圆周运动的向心力太阳对行星的引力来提供
追寻牛顿的足迹2、天文观测难以直接得到行星的速度v，但可以得到行星的公转周期T代入追寻牛顿的足迹有3、根据开普勒第三定律即所以代入追寻牛顿的足迹4、太阳对行星的引力 即追寻牛顿的足迹 太阳对不同行星的引力，与行星的质量成正比，与行星和太阳间的距离的二次方成反比。行星对太阳的引力 根据牛顿第三定律，行星对太阳的引力F/应满足追寻牛顿的足迹太阳与行星间的引力概括起来有G比例系数，与太阳、行星的质量无关则太阳与行星间的引力大小为方向：沿着太阳和行星的连线追寻牛顿的足迹小 结 1、太阳对行星的引力：太阳对不同行星的引力，与行星的质量m成正比，与太阳到行星间的距离r的二次方成反比2、行星对太阳的引力：与太阳的质量M成正比，与行星到太阳的距离r的二次方成反比3、太阳与行星间的引力：与太阳的质量M、行星的质量m成正比，与两者距离的二次方成反比（1） G是比例系数，与行星、太阳均无关
（2）引力的方向沿太阳和行星的连线 行星绕太阳运动遵守这个规律，那么在其他地方是否适用这个规律呢？ 1、下列关于行星对太阳的引力的说法中正确的是（ ）
A.行星对太阳的引力与太阳对行星的引力是同一性质的力
B.行星对太阳的引力与太阳的质量成正比，与行星的质量无关
C.太阳对行星的引力大于行星对太阳的引力
D.行星对太阳的引力大小与太阳的质量成正比，与行星距太阳的距离成反比随堂练习 A2、两个行星的质量分别为m1和m2，绕太阳运行的轨道半径分别是r1和r2，若它们只受太阳引力的作用，那么这两个行星的向心加速度之比为（ ）
A．1 B. C. D.
随堂练习 D3．下面关于行星绕太阳旋转的说法中正确的是（ ）
A.离太阳越近的行星周期越大
B.离太阳越远的行星周期越大
C.离太阳越近的行星的向心加速度越大
D.离太阳越近的行星受到太阳的引力越大随堂练习 BC 4．一群小行星在同一轨道上绕太阳旋转，这些小行星具有（ ）
A.相同的速率
B.相同的加速度
C.相同的运转周期
D.相同的角速度 随堂练习 ABCD思考与讨论 1.如果要验证太阳与行星间的引力规律是否适用于行星与它的卫星,我们需要观测这些卫星运动的哪些数据？观测前你对这些数据的规律有什么假设?思考与讨论 2.地球的实际运动为椭圆,那么,在近日点A，行星所受太阳的引力比它转动所需要的向心力大还是小？远日点B呢？AB思考与讨论 3、请你运用已有知识，分析开普勒第二定律所描述的，地球在椭圆轨道上运动经过A、B两个位置时，运动快慢变化的原因。课件10张PPT。万有引力定律把行星绕太阳运动看作匀速圆周运动近似化 如果认为行星绕太阳做匀速圆周运动，那么，太阳对行星的引力F应为行星所受的向心力，即：F引= F向=mw2r＝mv2/r因为： w＝2π/T ； v=2πr/T 得：F引=m(2πr/T)2/r= 4π2mr/T2
怎么办呢？？ 如果认为行星绕太阳做匀速圆周运动，那么，太阳对行星的引力F应为行星所受的向心力，即：F引= F向=mw2r＝mv2/r因为： w＝2π/T ； v=2πr/T 得：F引=m(2πr/T)2/r= 4π2mr/T2
根据开普勒第三定律：r3/T2是常数k F引=4π2mr/T2= 4π2(r3/T2) m/r2 有：F引=4π2km/r2 所以可以得出结论：太阳对行星的引力跟行星的质量成正比，跟行星到太阳的距离的二次方成反比。
即：F∝m/r2怎么办呢？？ 太阳对行星的引力 （F引）跟行星的质量有关，F引与太阳质量有关吗？？ 因为：F引=4π2km/r2K与太阳质量有关那么究竟F引与太阳质量有什么关系呢？？ 牛顿根据牛顿第三定律大胆的猜想：既然太阳对行星的引力与行星的质量成正比，也应该与太阳的质量成正比。F引 ∝ Mm/r2写成等式：F引= GMm/r2 行星绕太阳运动遵守这个规律，那么在其他物体之间是否适用这个规律呢？？ 牛顿还研究了月球绕地球的运动，发现它们间的引力跟太阳与行星间的引力遵循同样规律。 牛顿在研究了许多物体间遵循规律的引力之后，进一步把这个规律推广到自然界中任何两个物体之间，于1687年正式发表了万有引力定律：万有引力定律： 1.内容：自然界中任何两个物体都是相互吸引的，引力的大小跟这两个物体的质量的乘积成正比，跟它们的距离的二次方成反比。2.公式： 3.G：是引力常数，适用于任何两个物体。
其标准值为G=6.67259×10-11N·m2/kg2
通常情况下取G=6.67×10-11N·m2/kg2 4.距离r的确定
a.若两物体可看作质点，则为两质点间距；
b.对于均匀的球体，应是两球心间距。5.万有引力定律的历史意义：17世纪自然科学最伟大的成果之一，第一次揭示 了自然界中的一种基本相互作用的规律，在人类认识自然的历史上树立了一座里程碑。在文化发展史上的重大意义：使人们建立了有能力理解天地间的各种事物的信心，解放了人们的思想，在科学文化的发展史上起了积极的推动作用。思考与讨论 ◆ 我们人与人之间也一样存在万有引力，可是为什么我们感受不到呢？ 假设质量均为60千克的两位同学，相距1米，他们之间的相互作用的万有引力多大？F=Gm1m2/r2 =6.67×10-11×60×60/12 =2.4×10-7(N) 2.4×10-7N是一粒芝麻重的几千分之一，这么小的力人根本无法察觉到。 ◆ 那么太阳与地球之间的万有引力又是多大呢？已知：太阳的质量为M=2.0×1030kg，地球质量为m=5.8×1025kg，日地之间的距离为R=1.5×1011kmF=GMm/R2=6.67×10-11×2.0×1030×6.0×1024/(1.5×1011)2 =3.5×1022(N)3.5×1022N非常大，能够拉断直径为9000km的钢柱。 而太阳对质量为50kg的人，引力很小，不到0.3N。当然我们感受不到太阳的引力。课件20张PPT。宇 宙 航 行复习回顾：1、万有引力定律的两种应用:2、处理匀速圆周运动问题的关键向心力的来源3、地球为什么绕太阳运动？太阳对地球的万有引力提供了地球做圆周运动的向心力古人的梦想：嫦娥奔月古人的梦想： 敦煌飞天的美丽壁画外国人的 “飞天”梦古人的梦想：牛顿的思考：从高山上水平抛出的物体，它做平抛运动，其射程和抛出时的初速度有关，如图。以平抛运动为模型的推理过程牛顿的思考：这一切是在地面是水平的前提条件下的，但我们知道地球是一个球体，地面实际是一个球面，那么当平抛的出初速度很大时，还能否将地面看成水平的？此时物体的受力有什么特点？牛顿对人造卫星发射原理的描绘 以多大的速度抛出物体，它才会环绕地球表面运动,不会落下来?思考：方法：万有引力提供物体做圆周运动的向心力可得出=7.9km/s思考：你还有其它方法吗？方法：重力提供物体做圆周运动的向心力可得出试试用这种方法求得的速度是多大，看看和上一种方法的结果是否一样。如果人造地球卫星进入地面附近的轨道速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，它绕地球运动的轨迹是椭圆。
使卫星恰能够围绕地球做圆周运动的发射速度：第二宇宙速度：11.2km/s使卫星能够逃离地球的引力作用的卫星发射速度使卫星能够逃离太阳的引力作用的卫星发射速度第三宇宙速度:16.7km/s如果物体的速度等于或大于16.7km/s，物体就摆脱了太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去梦想成真在科学技术欠发达的古代，“嫦娥奔月”只能是美丽的传说。 1957年10月4日，前苏联成功地发射了第一颗人造地球卫星，从而开创了人类的航天新纪元。 1961年4月12日，前苏联成功地发射了第一艘“东方号”载人飞船，揭开了人类进入太空的序幕。 1969年7月20日，美国“阿波罗”11号飞船的登陆舱降落在月球附近的静海区，首次实现了人类登上月球的理想…… 2003年10月15日，中国宇航员杨利伟乘坐“神舟五号”飞船绕行地球14圈…… 人类进入了航天时代…… 人类迈向太空的历程我国的航天事业地球同步卫星：相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星叫地球同步卫星，又叫通讯卫星。
F赤道平面北南东西同步卫星同步卫星有以下几个特点：同步卫星的高度：由解得高度 ：ｈ＝ （1）在赤道平面内
（2）周期一定T=24h
（3）高度一定课件22张PPT。第六章 万有引力与航天第六节 经典力学的局限性1.物体的质量与运动速度有关
在经典力学中，物体的质量是不随运动状态改变的。但是，按照20世纪初著名物理学家爱因斯坦建立的狭义相对论，质量要随物体运动速度的增大而增大。物体的质量与运动
速度的关系是 ?，
式中m0是物体静止时的质量，m是物体速度为v时的质量，c是真空中的光速 。 可见，当v＜＜c时，m≈m0；当v趋近于c时，m趋近于无穷大。因此，当物体的速度远小于真空中的光速时，经典力学完全适用；当物体的速度接近光速时，经典力学就不适用了。 2.经典力学中速度叠加原理不再成立
设河流中的水相对于河岸的速度为 ,船相对于水的速度为 ,则在经典力学中，船相对于岸的速度为 这似乎是天经地义的。但是，这个关系式涉及两个不同的惯性参考系，而速度总是与位移（空间长度）及时间间隔的测量相联系。相对论认为，同一过程的位移和时间的测量在不同参考系中是不同的，因而上式不能成立。（矢量和）3.两种不同的时空观
本节教材在“科学漫步”栏目《时间和空间是什么？》一文中提到了牛顿和爱因斯坦的两种不同的时空观。
牛顿认为：空间是独立于物体及其运动而存在的，时间也是独立于物体及其运动而存在的，这是一种经典时空观。 爱因斯坦则认为：在研究物体的高速运动（速度接近真空中的光速）时，物体的长度即物体占有的空间，以及物理过程、化学过程，甚至还有生命过程的持续时间，都与它们的运动状态有关，空间与时间不再与物体及其运动无关而独立存在。这是一种崭新的时空观。4.经典力学难以解释微观粒子的运动
科学家们发现，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，它们的运动在很多情况下不能用经典力学来说明。20世纪20 年代量子力学的出现，才很好地揭示了微观世界的基本规律。5.强引力作用下出现的问题
牛顿的万有引力定律取得了巨大的成就，但在一些问题上也遇到了困难。例如：水星的公转轨道在不断旋进（参见教材图7.6-1），其实际观察值要比经典力学的预言值多。1915年，爱因斯坦创立的广义相对论对此则能作出很好的解释，同时还预言光线经过大质量星体附近时会发生偏转，且已被观测证实。
另外，根据牛顿的理论，当天体被压缩成半径几乎为0的一个点时，引力趋于无穷大；而爱因斯坦的理论则认为，引力趋于无穷大发生在半径接近一个“引力半径”的时候，这个引力半径的值由天体的质量决定。当天体的实际半径接近引力半径时，由爱因斯坦和牛顿引力理论计算出的力的差异急剧增大，在强引力情况下牛顿引力理论不再适用。 6.经典力学的适用范围
经典力学有它的适用范围：只适用于低速运动，不适用于高速运动；只适用于宏观世界，不适用于微观世界；只适用于弱引力情况，不适用于强引力情况。
对于高速运动（速度接近真空中的光速），需要应用爱因斯坦的相对论。当物体的运动速度远小于真空中的光速时，相对论物理学与经典物理学的结论没有区别。
对于微观世界，需要应用量子力学。当普朗克常数可以忽略不计时，量子力学和经典力学的结论没有区别。
对于强引力情况，需要应用爱因斯坦引力理论。当天体的实际半径远大于它们的引力半径时，爱因斯坦引力理论和牛顿引力理论计算出的力的差异并不很大。7.牛顿的科学方法
本节教材在“科学足迹”栏目《牛顿的科学生涯》一文中总结了牛顿的科学方法，这些科学方法值得我们借鉴：
重视实验：重视实验，从归纳入手，这是牛顿科学方法论的基础。
逻辑推论：为了归纳成功，不仅需要大量的可靠资料与广博的知识，而且要有清晰的逻辑头脑。
数学归纳：事物之间的本质联系只有通过数学才能归纳为能够测量、应用和检验的公式和定律。补充内容1.狭义相对论的两个基本假设
狭义相对论的整套理论是基于以下两个基本假设之上的：
a.爱因斯坦相对性原理：在不同的参考系中，一切物理规律都是相同的。
b.光速不变原理：真空中的光速在不同的参考系中都是相同的。2.时间的相对性——“钟慢效应”
时间的相对性符合以下规律： 式中v是运动物体的速度，c是真空中的光速，△t’是运动体中的观察者观察到的时间间隔，△t是地面上的观察者观察到的时间间隔。由于 ＜1，所以△t＞△t’，即运动体中的观察者观察到的时间间隔变短了，从地面上观察运动物体的时间变慢了。这就是所谓的“钟慢效应”。3.空间的相对性——“尺缩效应”
空间的相对性符合以下规律： 式中v是运动物体的速度，c是真空中的光速，L’是运动体中的观察者测得的长度，L是地面上的观察者测得的长度。＜1，所以L＜ L’，即地面上的 观察者观察到运动体的长度变短了。这就是所谓的“尺缩效应”。
由于4.相对论速度叠加公式相对论的速度叠加公式为： 5.广义相对论的两个基本原理
广义相对论有以下两条基本原理：
广义相对性原理：在任何参考系中（包括惯性参考系和非惯性参考系）物理规律都是相同的。
等效原理：一个均匀的引力场与一个做匀加速运动得到参考系是等效的。6.关于量子力学
20世纪20年代，海森堡、薛定谔、玻尔、玻恩、狄拉克等物理学家建立了量子力学。开始，海森堡和薛定谔互相独立地提出了数学表达形式不同的理论，后来薛定谔很快就证明了这两种理论是完全等价的，是对同一事物的两种描述方式。薛定谔的理论更接近德布罗意的物质波的观念，也常常称为波动力学。薛定谔力图用数学形式来描述物质的波粒二象性，他从麦克斯韦的光的电磁学说得到启发，认为电子的德布罗意波也可以用类似于光波的方式来描述，于是写出了描述物质波的方程，这就是 著名的薛定谔方程。这个方程既描述了电子的物质波的行为，又含有电子的粒子性的特征。
量子力学出现以后，在说明原子结构方面迅速取得了巨大的成功，很快地被物理学家所接受。现在它的应用已远远超出原子结构的范围，成为物理学家研究微观世界的基本理论工具。
本节知识的应用主要涉及经典力学的局限性，以及对相对论与量子力学的初步了解。例1 相对论给出了物体在 状态下所遵循的规律，量子力学给出了 世界所遵循的规律，爱因斯坦引力理论解决了 作用下的相关问题，而经典力学只适用于 ，不适用于 。解析 相对论给出了物体在高速运动状态下所遵循的规律，量子力学给出了微观世界所遵循的规律，爱因斯坦引力理论解决了强引力作用下的相关问题，而经典力学只适用于低速运动、宏观世界和弱引力作用，不适用于高速运动、微观世界和强引力作用。
相对论和量子力学的出现，说明人类对自然界的认识更加广阔和深入，而不表示经典力学失去了意义。历史上的科学成就不会被新的科学成就所否定，而是作为某些条件下的特殊情形，被包括在新的科学成就之中。例2 爱因斯坦与牛顿的时空观有何不同？对此你如何理解？提示 参阅本节教材“科学漫步”栏目《时间和空间是什么？》一文。
牛顿认为：空间是独立于物体及其运动而存在的，时间也是独立于物体及其运动而存在的，这是一种经典时空观。
爱因斯坦则认为：在研究物体的高速运动（速度接近真空中的光速）时，物体的长度即物体占有的空间，以及物理过程、化学过程，甚至还有生命过程的持续时间，都与它们的运动状态有关，空间与时间不再与物体及其运动无关而独立存在。这是一种崭新的时空观。
正如《时间和空间是什么？》一文所说，物理学的进展表明，一些看似天真的问题，其答案却是惊天动地的。人们对空间和时间概念的扬弃与修正，推动着物理学研究的深化，扩展着人类的科学视野。
牛顿的时空观与我们的日常经验十分吻合，但是光凭经验去认识世界是不行的，遇事要多问几个为什么，多进行些深入的思考，你必将会有所发现，有所创造。例3 地球以3×104m/s的速度绕太阳公转时，它的质量增大到静止质量的多少倍？如果物体的速度达到0.8c?(c为真空中的光速)，它的质量增大到静止质量的多少倍？提示 应用狭义相对论质量公式进行计算。例4 某列车的静止时的长度为100m。试问：
(1)?当它以30m/s的速度做匀速直线运动时，对地面的观察者来说它的长度是多少？
(2)?假如列车做匀速直线运动的速度达到2.7×108m/s，对地面的观察者来说它的长度又是多少？提示 应用狭义相对论长度公式进行计算。例5 μ介子是一种基本粒子，质量为电子的208倍，电荷为+e和—e，速度为0.9966c。它在静止时的平均寿命为2.2×10-6s。据报道，在一组高能物理实验中，测得它通过的平均距离为8km左右，怎样解释这一现象？提示 由“钟慢效应”进行解释。例6 两束电子迎面相对运动，每束电子相对地面的速度大小均为0.9c，试求：相对于一束电子静止的观察者（即观察者和该电子束以相同的速度运动）观察到的另一束电子的速度。提示 应用相对论速度叠加公式进行计算。
