课件46张PPT。6.1 行星的运动在浩瀚的宇宙中有无数大小不一、形态各异的天体，如月亮、地球、太阳、夜空中的星星……由这些天体组成的广袤无限的宇宙始终是我们渴望了解、不断探索的领域。关于天体的运动，历史上有过不同的看法。讨论1：地心说的基本观点和代表人物。阅读P32 – P35，讨论以下问题：讨论2：日心说的基本观点和代表人物。讨论4：地心说遇到哪些实际困难？
日心说的局限性是什么？讨论5：第谷和开普勒作出的贡献分别是什么？讨论3：地心说和日心说争论的焦点是什么？1、地心说代表人物：托勒密观点： 地球是宇宙的中心，是静止不动的，太阳、月亮以及其他行星都绕地球运动。科学的足迹科学的足迹2、日心说代表人物：哥白尼观点：太阳是静止不动的，地球和其他行星都在绕太阳做匀速圆周运动。拦住了太阳，推动了地球。讨论2：日心说的基本观点和代表人物。讨论3：地心说和日心说争论的焦点是什么。谁是宇宙的中心从表面上看，日心说与地心说不过是参考系的改变。其实，这是一次真正的科学革命，因为它使人们的世界观发生了重大变革。宇宙中心的转变暗示了宇宙可能根本没有中心！这种观念的变革，在哥白尼那里还是隐含的，意大利学者布鲁诺将它公开说了出来，为此被宗教裁判所烧死在罗马的鲜花广场，为科学付出了生命的代价。太阳只是太阳系的一个中心天体；
沿用了行星在圆轨道作匀速圆周运动的旧观念，实际上行星的轨道是椭圆，运动速度的大小也并不是恒定的。 地心说的模型，毕竟是托勒密根据有限的观察资料所进行的人为拼凑。到了中世纪后期，随着观察仪器的不断改进，行星位置和运动的测量越来越精确，观测到的行星实际位置同这个模型的计算结果的偏差逐渐显露出来了。信奉地心说的人们并没有认识到这是地心说本身的错误，却用各种方法来进行补救。最初的补救还能勉强应付，但到后来，地心说的模型越来越复杂，却仍不能满意地计算出行星的准确位置，这就不能不使人怀疑地心说的正确性了。讨论4：地心说遇到哪些实际困难？
日心说的局限性是什么？科学的足迹第 谷（丹麦）开普勒（德国）讨论5：第谷和开普勒作出的贡献分别是什么?把天体位置测量的误差由10/ 减少到2/天才观测家数学天才火星轨道8/误差行星轨道是椭圆
开普勒行星运动定律我曾测量天空，现在测量幽冥。 灵魂飞向天国，肉体安息土中。
——开普勒自撰墓志铭阅读P32 – P33，完成【合作探究】各年四节气具体日期统计表分析数据，你得到了什么？
春天：92天 夏天：94天 秋天：84天 冬天：90天
四季的时间是不相等的
地球绕太阳的运动并不是完美的匀速圆周运动 假设地球绕太阳的运动是一个椭圆运动,太阳在焦点上,根据曲线运动的特点，地球在秋分到冬至再到春分的时间比从春分到夏至再到秋分的时间短，所以秋冬两季比春夏两季要短。开普勒行星运动定律１．开普勒第一定律：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．椭圆上任意一点到两个焦点的距离之和相等 焦点半长轴半短轴开普勒行星运动定律２．开普勒第二定律：对于每一个行星，太阳和行星的连线在相等的时间内扫过的面积相等． 离太阳近时速度快，离太阳远时速度慢．开普勒行星运动定律３．开普勒第三定律：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值与什么有关？3.36×10^18
3.36×10^18
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3.36×10^18
3.36×10^18
3.36×10^18
3.37×10^18
3.37×10^18
1.03×10^13
1.03×10^13动手算一算动手计算后，你得到了什么？所有行星的半长轴的三次方与周期的平方的比值都相等，月球、卫星的比值也相等k值与环绕天体无关，与中心天体有关在中学阶段，我们将椭圆轨道按照圆形轨道处理，则开普勒定律描述为：1.行星绕太阳运动的轨道十分接近圆，太阳处在圆心1.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. 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.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2.对于某一行星来说，它绕太阳做圆周运动的角速度（或线速度）不变，即行星做匀速圆周运动3.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
即R3/T2=k问题5：质量为m＝0.2kg的小球固定在长为L＝0.9m的轻杆一端，杆可绕O点的水平转轴在竖直平面内转动。g＝10m/s2，求：
(1)当小球在最高点的速度为多大时，球对杆的作用力为零？
(2)当小球在最高点的速度分别为6m/s和1.5m/s时，球对杆的作用力的大小与方向？
(3)小球在最高点的速度能否等于零？这时球对杆的作用力的大小与方向？【针对训练】4．如图所示，质量为m的小球用长为L的悬线固定于O点，在O点正下方O′处钉一个钉子，把悬线拉直与竖直方向成一定角度，如图所示，质量为m的小球用长为L的悬线固定于O点，在O点正下方O′处钉一个钉子，把悬线拉直与竖直方向成一定角度，由静止释放小球，当悬线碰到钉子时，则（ ）
A．小球的线速度v突然变大
B．小球的向心加速度a突然变大
C．小球的角速度ω突然变大
D．悬线的张力突然变大【针对训练】课件11张PPT。6.2 太阳与行星间的引力 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;对每个行星来说，太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积;开普勒第三定律——周期定律所有行星的椭圆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。开普勒第二定律——面积定律3.36×1018
3.36×1018
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3.36×1018
3.36×1018
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3.37×1018
1.03×1013
1.03×1013k值与环绕天体无关，与中心天体有关质量开普勒行星运动三定律 各行星轨道看作是圆 什么力来维持行星绕太阳的运动呢？伽利略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。行星的运动是太阳吸引的缘故，并且力的大小与行星到太阳的距离的平方成反比。 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。开普勒笛卡尔胡克一切物体都有合并的趋势，这种趋势使物体做圆周运动。科学的足迹牛顿 (1643—1727)
英国著名的物理学家 当年牛顿在前人研究的基础上，凭借其超凡的数学能力和坚定的信念，深入研究，最终发现了万有引力定律。牛顿在1676年给友人的信中写道：
如果说我看的比别人更远，那是因为我站在巨人的肩膀上。 科学的足迹太阳与行星间引力的探究建立模型行星绕太阳做匀速圆周运动太阳与行星间引力的探究某行星绕太阳做匀速圆周运动：设行星质量为m，与太阳距离为r，试探究太阳对行星的引力F。需要学过的哪些知识？1. 太阳对行星的引力提供行星绕太阳做匀速圆周运动的向心力
2. 物体做匀速圆周运动的动力学方程：牛顿第二定律
3. 开普勒行星运动定律你能得到什么结论？根据【合作探究】的提示，讨论推导的过程。太阳对行星的引力跟行星的质量成正比，与行星到太阳的距离的二次方成反比。行星对太阳的引力跟太阳的质量成正比，与行星到太阳的距离的二次方成反比。今天我们学到了什么?古人观点牛顿思考理论演算总结规律理想化类比建模课件13张PPT。6.3 万有引力定律“天地合一” 探究 天上的引力与地上的引力一样吗？“抛体”实验 理想实验：从离地面不远处的某一点，自由释放一小球，就会自由下落；
当以一定速度水平抛出时，就会做曲线运动落向地面，而且速度越大，抛得越远；
当速度大到某一值时，就会绕地球做匀速圆周运动，不落回地面上了。“小月球”实验： 小月球：若在地表附近有一小月球，绕地球做匀速圆周运动。
这个“小月球”，一方面同月球绕地运动规律相同；另一方面靠近了地面，具备了地面上物体受地球重力作用的条件。问题：小月球与月球都绕地球估匀速圆周运动，小月球的向心加速度是月球向心加速度的多少倍？月—地检验： 小月球：由平方反比定律求小月球绕地球做匀速圆周运动的向心加速度。月球：天文学家测得：月球绕地周期为27.3天，月地距离为地球半径的60倍，试求月球的向心加速度。与惠更斯用单摆测得的重力加速度g值相吻合【合作探究】问题1地球与地面上物体的引力 不考虑地球自转影响时认为推广：任何两个物体间的引力
—— 万有引力定律 自然界中任何两个物体都有相互吸引，引力的大小与物体的质量的乘积成正比，与它们之间距离的二次方成反比，即普遍性相互性宏观性特殊性行星的运动万有引力定律的推导万有引力大餐1686年牛顿发现万有引力定律后，曾经设想过几种测定引力常量的方法，却没有成功。
其间又有科学家进行引力常量的测量也没有成功。卡文迪许直到1789年，英国物理学家卡文迪许巧妙地利用了扭秤装置，第一次在实验室里对两个物体间的引力大小作了精确的测量和计算，比较准确地测出了引力常量。T形架金属丝平面镜光源刻度尺测定引力常量的重要意义1．证明了万有引力的存在。
2．“开创了测量弱力的新时代” （英国物理学家坡印廷语）。
3．使得万有引力定律有了真正的实用价值，可测定远离地球的一些天体的质量、平均密度等。如根据地球表面的重力加速度可以测定地球的质量。卡文迪许被人们称为“能称出地球质量的人”课件12张PPT。6.4 万有引力理论的成就直接测地球质量阿基米德:“给我一个支点，我可以撬动地球。” 能通过杠杆原理（天平）测量地球的质量吗？
(直接测量)测量巨大的天体质量显然只能采用间接的方法.万有引力理论给我们提供了重要的启示和解决方案。 知识回顾万有引力定律：自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的大小与物体的质量m1和m2的乘积成正比，与它们之间距离r的二次方成反比。引力常量:G＝ 6.67×10-11N·m2/kg2
与M、m、r无关引力方向：沿着两质点的连线r：质点(球心)间的距离地球对地面上物体的引力若不考虑地球自转的影响，地球对地面上物体的引力等于物体的重力。 问题：地球的自转带来什么影响？
我们为什么不考虑地球自转的影响呢？【问题导学】2&【合作探究】问题1地球表面的物体随地球自转
围绕地轴做匀速圆周运动
物体所受万有引力可分解成
物体所受的重力
随地球自转而做圆周运动所需的向心力
赤道上的物体：
两极上的物体：在赤道时重力最小、两极时最大且等于万有引力。 结论：向心力远小于重力，万有引力大小近似等于重力。因此一般粗略计算中不考虑（或忽略）地球自转的影响。中心天体M环绕天体m明确各个物理量卡文迪许：被称为能称出地球质量的人“称量地球的质量”若不考虑地球自转的影响，地球对地面上物体的引力等于物体的重力。 你还有其他办法测量出地球的质量吗？需要测量那些物理量呢？发现海王星和冥王星：预见并发现未知行星,是万有引力理论威力和价值的最生动例证. 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 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.发现未知天体 当时有两个青年--英国的亚当斯(Adams）和法国的勒威耶（Le Verrier）在互不知晓的情况下分别进行了整整两年的工作。1845年亚当斯先算出结果，但格林尼治天文台却把他的论文束之高阁。1846年9月18日，勒威耶把结果寄到了柏林，却受到了重视。柏林天文台的伽勒（J.G.Galle）于第二天晚上就进行了搜索，并且在离勒威耶预报位置
不远的地方发现了这颗新行星。
海王星的发现使哥白尼学说和
牛顿力学得到了最好的证明。科学史上的一段佳话 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。冥王星的发现：诺贝尔物理学奖获得者
物理学家冯·劳厄说：
“没有任何东西像牛顿引力理论对行星轨道的计算那样，如此有力地树立起人们对年轻的物理学的尊敬。从此以后，这门自然科学成了巨大的精神王国…… ”5．两根长度均为0.2m的轻杆与两个质量均为0.6kg的小球相连，使杆绕O端在竖直平面内转动，当转动过程中，杆经过竖直位置且球在O点正上方时，上、下杆对B球在竖直方向的作用力依次为F1 和F2。
求：此时(1)若F1 恰好为0，那么F2的方向大小如何?
(2)若F2 恰好为0，那么F1的方向和大小如何?
(3)若F1和F2的合力为0，那么F1 ，F2的方向和大小如何?
(4)杆转动的角速度满足什么条件时, F1 ，F2的方向相同?课件7张PPT。6.4 万有引力理论的成就中心天体M环绕天体m明确各个物理量中心天体质量（密度）的求法 1.写出两种模型的表达式
2.在两种模型中得出质量和密度的结果
3.写出当已知哪些量时可用此种模型求质量（密度）讨论【针对训练】1、2、3，总结规律。发现海王星和冥王星：预见并发现未知行星,是万有引力理论威力和价值的最生动例证. 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 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.发现未知天体 当时有两个青年--英国的亚当斯(Adams）和法国的勒威耶（Le Verrier）在互不知晓的情况下分别进行了整整两年的工作。1845年亚当斯先算出结果，但格林尼治天文台却把他的论文束之高阁。1846年9月18日，勒威耶把结果寄到了柏林，却受到了重视。柏林天文台的伽勒（J.G.Galle）于第二天晚上就进行了搜索，并且在离勒威耶预报位置
不远的地方发现了这颗新行星。
海王星的发现使哥白尼学说和
牛顿力学得到了最好的证明。科学史上的一段佳话 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。冥王星的发现：诺贝尔物理学奖获得者
物理学家冯·劳厄说：
“没有任何东西像牛顿引力理论对行星轨道的计算那样，如此有力地树立起人们对年轻的物理学的尊敬。从此以后，这门自然科学成了巨大的精神王国…… ”课件14张PPT。6.5 宇宙航行中国人的飞天梦
外国人的“飞天”梦卫星的发射卫星的运行观察卫星的可能轨道，
总结卫星轨道的特点。
（提示：卫星仅受地球的万有引力）练习；如图所示的a、b、c，其圆心均在地球的自转轴上，对环绕地球做匀速圆周运动的卫星的轨道而言，不可能的轨道是 。c为什么？卫星的运行轨道极地轨道一般轨道赤道轨道所有卫星都在以地心为圆心（焦点）的圆（椭圆）轨道上立体赤道平面人造地球卫星运行的规律 将各种卫星绕地球运动都近似看成匀速圆周运动，写出卫星加速度、线速度、角速度、周期与轨道半径的关系：【合作探究】探究点二地球高轨低速长周期√【针对训练】4．如右图所示，a、b、c是地球大气层外圆轨道上运动的三颗卫星，a和b质量相等且小于c的质量，则（ ）
A．b所需向心力最小
B．b、c的周期相同，且大于a的周期
C．b、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度
D．b、c的线速度大小相等，且小于a的线速度√√√近地卫星【合作探究】探究点一问题1 环绕速度：卫星在进入运行轨道后绕地球做圆周运动的线速度。地球同步卫星地球同步卫星对于同步卫星的轨道定位有什么要求呢，怎样才能保持与地球同步呢？【合作探究】探究点三思考：我们能否发射一颗周期为70min的卫星呢？提示 ：同学们算算，近地卫星的周期（最小周期）又是多少呢？同步卫星近地卫星月球近地卫星、同步卫星、月球三者比较【针对训练】7
1、轨道1和轨道3的线速度、角速度、周期，加速度大小关系。2、比较vQ2和vQ1大小关系并说明理由。课件13张PPT。6.5 宇宙航行知识回顾卫星的运行规律 根据万有引力提供向心力可得：轨道半径越大，卫星运行加速度、线速度、角速度越小，周期越大。√【针对训练】4．如右图所示，a、b、c是地球大气层外圆轨道上运动的三颗卫星，a和b质量相等且小于c的质量，则（ ）
A．b所需向心力最小
B．b、c的周期相同，且大于a的周期
C．b、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度
D．b、c的线速度大小相等，且小于a的线速度√√√比较卫星运行的加速度、线速度、角速度、周期的大小关系时，关键是找到轨道半径的大小关系。【针对训练】7
1、轨道1和轨道3的线速度、角速度、周期，加速度大小关系。2、比较vQ2和vQ1大小关系并说明理由。v1>v3、ω1 >ω3、T1a3vQ2>vQ1牛顿关于卫星的设想物体做平抛运动时,水平速度越大，飞行的水平距离越远。 由于地球是一个圆球,当平抛的水平初速度足够大时,物体飞行的距离也很大, 故物体不能再落回地面,而成为一颗绕地球运转的卫星.牛顿的手稿宇宙速度 思考1. 以多大的速度将物体抛出，它才会成为绕地球表面运动的卫星? 【合作探究】问题1问题1：一颗卫星在“地面附近”（即轨道半径近似等于地球半径）飞行，计算其环绕速度和周期。已知地球半径R=6400km，M=5.98×1024kg，G=6.67×10-11N·m2/kg2，g=9.8N/kg。 还有别的思路吗？ 思考2.第一宇宙速度意义在哪里呢？ 宇宙速度（1）将卫星送入低轨道和高轨道所需的速度哪一个更大？
哪一个更容易？为什么？ 发射速度：不同于电视上看到的卫星发射，这里指卫星在地面附近离开发射装置的初速度，一旦发射后再无能量补充，被发射物仅依靠自己的初动能克服地球引力上升一定的高度、进入运动轨道向高轨道发射卫星时, 需要的初速度更大，火箭克服地球对卫星的引力而作更多的功,对火箭的要求更高一些,所以比较困难.（2）在所有的环绕地球运动的卫星中，环绕速度最大的是哪一个？ 思考2.第一宇宙速度意义在哪里呢？ 宇宙速度问题2：一颗卫星在离地高度等于地球半径的轨道上运转，计算其环绕速度和周期。已知地球半径R=6400km，M=5.98×1024kg，G=6.67×10-11N·m2/kg2。 【合作探究】问题2思考3. 若卫星的发射速度大于7.9km/s ，会怎样呢？宇宙速度第一宇宙速度:物体在地表附近绕地球做匀速圆周运动的速度. （环绕速度）第二宇宙速度:物体脱离地球引力,永远脱离地球的速度.（脱离速度）第三宇宙速度:物体挣脱太阳引力,飞出太阳系的速度. (逃逸速度)绕地球运动的轨迹就不再是圆，而是椭圆，发射速度越大，椭圆轨道越“扁”。 月球轨道地球地月转移轨道点火加速减速制动月球探测卫星发射3．一颗人造卫星在离地面高度等于地球半径的圆形轨道上运行，已知卫星的第一宇宙速度是v1=7.9km，问：
（1）这颗卫星运行的线速度多大？
（2）它绕地球运动的向心加速度多大？
（3）质量为1kg的仪器放在卫星内的平台上，仪器的重力多大？它对平台的压力多大？ 【巩固训练】
