行星的运动
【教学目标】
1．了解地心说和日心说两种不同的观点。
2．知道开普勒对行星运动的描述。
【教学重难点】
重点：开普勒行星运动定律。
难点：用开普勒定律解决有关天体运动问题。
【教学过程】
对天体运动的认识存在地心说和日心说两种对立的看法，通过人们长期的观察、置疑和刻苦计算，最终发现了开普勒行星运动的三大定律，为人们解决行星的运动问题提供了依据，澄清了以前人们对天体运动神秘、模糊的认识，有力地推动了天体力学的发展。
（一）地心说和日心说
1．在人类研究天体运动的漫长过程中，地心说和日心说是两种对立的观点。由于地心说符合宗教神学关于地球是宇宙中心的说法，所以地心说统治了人们很长时间。但是用地心说描述天体的运动不仅复杂，而且问题很多，而用日心说确能简单地描述天体的运动，而且更重要的是日心说更为科学，所以日心说最终战胜了地心说。
2．地心说认为地球是宇宙的中心，是静止不动的，太阳、月亮及其他的行星都绕地球运动。日心说认为太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动。
3．必须认识到，每一种学说都是人类认识客观世界过程中阶段性的产物，都有其局限性。今天我们认识的太阳系也只不过是宇宙中的一个小星系，太阳系本身也在宇宙中不停地运动着。
（二）开普勒行星运动的定律
1．开普勒第一定律（轨道定律）：所有的行星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。
由于行星的椭圆轨道都很接近圆，例如地球绕太阳椭圆轨道的半长轴为1.495×108km，半短轴为1.4948×108km，所以中学阶段在分析和处理天体运动问题时，地球的椭圆轨道作为圆来处理。这是一种突出主要因素，忽略次要因素的理想化方法。理想化方法是研究物理问题常用的方法之一。
2．开普勒第二定律（又叫面积定律）：太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积。
3．开普勒第三定律（又叫周期定律）：所有行星的椭圆轨道的半长轴的三次方与公转周期的二次方的比值都相等。
对、表示两个行星的公转周期，、表示两个行星椭圆轨道的半长轴，则周期定律可表示为
或，比值k是与行星无关而只与太阳有关的恒量。
注意：（1）开普勒定律不仅适用于行星，也适用于卫星，只不过此时，比值是由行星的质量所决定的另一恒量。
（2）行星的轨道都跟圆近似，因此计算时可以认为行星是做匀速圆周运动。
（3）开普勒定律是总结行星运动的观察结果而总结归纳出来的规律，它们每一条都是经验定律，都是从观察行星运动所取得的资料中总结出来的。
【例1】月球环绕地球运动的轨道半径约为地球半径的60倍，运行周期约为27天，应用开普勒定律计算：在赤道平面内离地面多少高度，人造地球卫星可随地球一起转动，就像停留在天空中不动一样。
【解析】月球和人造地球卫星都在环绕地球运动，根据开普勒第三定律，它们运行轨道的半径的三次方跟圆周运动周期的二次方的比值都是相等的。
设人造地球卫星运行的半径为R，周期为T，根据开普勒第三定律有
同理设月球轨道半径为，周期为，也有
由以上两式可得
在赤道平面内离地面高度
km。
点评：随地球一起转动，就好像停留在天空中的卫星，通常称之为定点卫星，它们离地面的高度是一个确定的值，不能随意变动。
【例2】飞船沿半径为R的圆周绕地球运转，其周期为T，如图所示。如果飞船要返回地面，可在轨道上某一点A处将速率降低到适当数值，从而使飞船沿着以地心为焦点的椭圆轨道运行，椭圆与地球表面在B点相切，已知地球半径为r，求飞船由A点运动到B点所需的时间。
【解析】飞船沿椭圆轨道返回地面，根据图所示可知，飞船由A点运动到B点所需的时间刚好是半个周期，设飞船沿椭圆轨道运动时周期为，由题意可知，飞船沿圆轨道运动时周期为T，圆轨道半径为R，地球半径为r，则椭圆轨道半长轴为。根据开普勒定律有
得
飞船由A点运动到B点的时间为。
点评：开普勒定律是对行星绕太阳运动规律的总结，该结论对卫星绕行星的运动情况也是成立的，对同一行星的卫星，椭圆轨道半径的三次方与公转周期的平方之比等于常数，即，且与行星的卫星无关。
小结：日心说战胜了地心说，开普勒发现的行星运动定律为研究行星的运动提供了依据。
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万有引力定律
课题 万有引力定律 单元 7 学科 物理 年级 高一
教材 分析 本节课所采用的教材是人教版高中物理必修第二册第七章第二节的内容，万有引力定律是本章的核心，具有承上启下的作用。从知识建构的历史进程来看，根据上节所学知识，在教师的引导下学生较容易提出本节所学内容。 教学过程中的关键是对万有引力定律的推导过程深入体会，培养学生的科学品质，知道公式的适用条件，引力常量测定中的思想方法等。物理学史的讲述不仅要达到了解历史的目的，还需借此使学生体会科学研究的长期性、连续性、艰巨性，升华学生的思想，提升学生素质。 本节要求学生理解万有引力定律的含义并会推导万有引力定律，记住引力常量G并理解其内涵，知道任何物体间都存在着万有引力，且遵循相同的规律，月地检验出现在正文里起衔接作用，把太阳与行星间的引力推广到地球与月球，地球与地面物体间，并对任意两个物体间的引力起铺垫作用。
教学目标 一、教学目标 1．了解万有引力定律得出的思路和过程。 2．理解万有引力定律的含义并会推导万有引力定律，记住引力常量G并理解其内涵。 3．知道任何物体间都存在着万有引力，且遵循相同的规律。 二、核心素养 物理观念：构建任何物体都存在引力的物理观念，能科学地描述万有引力定律以及方向形成相互作用观念。 科学思维：通过推导太阳与行星间的引力公式，体会逻辑推理在物理学中的重要性。 科学探究：通过对万有引力的学习让学生会用物理知识来解释生活中的问题，提高分析问题解决问题的能力。 科学态度与责任：通过牛顿在前人的基础上发现万有引力的思想过程，说明科学研究的长期性、连续性及艰巨性。
教学重点 1．万有引力定律的推导。 2．万有引力定律的内容及表达公式。
教学难点 1．对万有引力定律的理解。 2．使学生能把地面上的物体所受的重力与其他星球与地球之间存在的引力是同性质的力联系起来。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 出示动画以及图片 思考：太阳对行星的引力使得行星围绕太阳运动，月球围绕地球运动，是否能说明地球对月球有引力作用？ 抛出的物体总要落回地面，是否说明地球对物体有引力作用？那么自然界中任何两个物体间是否都存在引力？引力的大小和方向能确定吗？ 要想清楚明白了解这些问题，就需要认真学习万有引力定律。 观看动画以及图片并思考问题。 通过问题的思考，增强学生学习的兴趣，为万有引力定律的学习作铺垫。
讲授新课 一、科学家们的探索之路 1、伽利略 认为行星的运动是由“惯性”自行维持的。 2、开普勒 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。 3、笛卡尔 认为在行星的周围有旋转的物质作用在行星上，使得行星绕太阳运动。 4、胡克 认为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。 5、牛顿 以任何方式改变速度（包括改变速度的方向）都需要力。这就是说，使行星沿圆或椭圆运动，需要指向圆心或椭圆焦点的力，这个力应该就是太阳对它的引力。 下面我们根据牛顿运动定律及开普勒行星运动定律来讨论太阳与行星间的引力。 二、行星与太阳间的引力 1、简化模型：行星轨道按照“圆”来处理； 行星做匀速圆周运动时，受到一个指向圆心（太阳）的引力提供了向心力，太阳与行星间引力的方向沿着二者的连线。 2、太阳和行星之间的引力 问题：设行星的质量为 m，速度为 v，行星与太阳间的距离为 r，周期为T，请推导太阳对行星的引力F。 解：行星绕太阳做匀速圆周运动的向心力为： F=mv2/r ① 周期为T与线速度为v的关系： V=2πr/T ② ②代入①得： F=4π2mr/T2 由开普勒第三定律： r3/T2=k 得： T2= r3/k 代入③得： F=4π2km/r2 上式等号右边4π2k为常量，太阳对行星的引力跟行星的质量成正比，与行星、太阳距离的二次方成反比：即 F ∝m/r2 。 同理行星对太阳的引力跟太阳的质量成正比，与行星、太阳距离的二次方成反比：即：F′ ∝M/r2 由牛顿第三定律知F和 F′的大小相等，因此太阳和行星之间的引力与行星和太阳的质量成正比与距离的二次方成反比： F ∝Mm/r2 写成等式就是： F=G Mm/r2 式中量 G 与太阳、行星都没有关系。太阳与行星间引力的方向沿着二者的连线。 至此，牛顿一直是在已有的观测结果和理论引导下进行推测和分析，观测结果仅对“行星绕太阳运动”成立，这还不是万有引力定律。 三、月—地检验 出示图片：月亮和苹果图片 思考：地球绕太阳运动，月球绕地球运动，它们之间的作用力是同一种性质的力吗？ 这种力与地球对树上苹果的吸引力也是同一种性质的力吗？ 为了验证地面上的重力与地球吸引月球、太阳吸引行星的力是同一性质的力，遵守同样的规律，牛顿还做了著名的“月－地”检验。 1．月—地检验的目的：检验维持月球绕地球运动的力与使物体下落的力是同一种性质力，都遵从“平方反比”的规律。 2．月—地检验的推导 假设地球与月球间的作用力与太阳与行星间的作用力是同一种力，则应该满足： 根据牛顿第二定律 ① (r 是地球中心与月球中心的距离 ) 假设地球对苹果的吸引力也是同一种力，同理可知，苹果的自由落体加速度： ② ( R 是地球中心与苹果间的距离 ) ①/②可得：由于月球与地球中心的距离 r 约为地球半径 R 的 60 倍，所以： 思考讨论：已知自由落体加速度 g 为 9．8 m/s2 ，月球中心距离地球中心的距离为3．8×108 m，月球公转周期为 27．3 d，约 2．36×106 s，求： 根据这些数据，能否验证前面的假设？ 解： 这表明，地面物体所受地球的引力、月球所受地球的引力，与太阳、行星间的引力，真的遵从相同的规律。 四、万有引力定律 1、定律表述：自然界中任何两个物体都是互相吸引的，引力的方向在它们的连线上，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、公式表达： （1）m1和m2表示两个物体的质量单位用千克（kg）； （2）r表示它们的距离单位用米（m）。力的单位用牛（N） （3）G 是比例系数，叫作引力常量，适用于任何两个物体。 3、对万有引力的理解 自然界中任何两个物体都是互相吸引的，所以说：万有引力具有相互性、普遍性。另外万有引力还具有宏观性。 4、适用条件 (1)可视为质点的两物体间的引力； (2)两质量均匀分布的球体间的引力。 r指的是两球心间的距离。 (3)一质量均匀分布的球体和一质点间的引力。 r 指质点和球心间的距离。 五、引力常量的测定 1789年，即在牛顿发现万有引力定律一百多年以后，英国物理学家卡文迪什，在实验室里通过测量几个铅球之间的万有引力，比较准确地得出了 G 的数值。 1、引力常量G 的数值 标准值：G ＝ 6．672 59 × 10 -11 N·m2/kg2， 通常取：G=6．67×10－11 N·m2/kg2 知识拓展：卡文迪什实验 动画演示：卡文迪什实验 1、实验原理 力矩平衡，即引力矩=扭转力矩 2、科学方法：放大法 3、科学思想：等效的思想 (1)扭秤装置把微小力转变成力矩来反映 (2)扭转角度(微小形变)通过光标的移动来反映 思考讨论1：既然自然界中任何两个物体都是互相吸引的，为什么我们感觉不到周围物体的引力呢？为什么说万有引力具有宏观性？ 计算：两个质量为60kg，相距1m的物体之间的引力？ 解： =2．4012×10-7N 此力不到一粒芝麻重的几千分之一所以根本感觉不到它的存在。 计算：太阳的质量为M=2．0×1030kg，地球质量为m=6．0×1024kg，日地之间的距离为R=1．5×1011m请计算：太阳与地球之间的万有引力又是多大呢？ =3．5×1022N 太阳与地球之间的万有引力的大小竟能拉断直径为9000km的钢柱，非常巨大。 通常情况下，万有引力非常小，只有质量巨大的星球间或天体与附近的物体间，它的存在才有实际的物理意义所以说万有引力还具有宏观性。 思考讨论2：一个篮球的质量为 0.6 kg，它所受的重力有多大？试估算操场上相距 0.5 m 的两个篮球之间的万有引力。 解：G=mg=0.6×9．8N=5．88N ≈9．6×10-11 两个篮球万有引力非常小，人们根本无法察觉到，所以万有引力具有宏观性。 2、引力常量物理意义：引力常量在数值上等于两个质量都是1 kg的质点相距1 m时的相互吸引力。 3、引力常量测定的意义 （1）卡文迪什利用扭秤装置通过改变小球的质量和距离，得到了G的数值，验证了万有引力定律的正确性。 （2）引力常量的确定使万有引力定律能够进行定量的计算，显示出真正的实用价值。 科学漫步 牛顿的科学生涯 阅读回答下面问题： 1、简述牛顿的科学生涯。 2、说一说牛顿在前人的基础上形成了比较全面的科学方法是什么？ 3、在科学研究方面我们应该学习牛顿的哪些品质？ 课堂练习 1．火星轨道半径是地球轨道半径的a倍，火星质量约为地球质量的b倍，那么火星与太阳之间的引力约为地球与太阳之间引力的________倍。 答案： 2．在牛顿发现太阳与行星间的引力过程中，得出太阳对行星的引力表达式后推出行星对太阳的引力表达式，是一个很关键的论证步骤，这一步骤采用的论证方法是( ) A．研究对象的选取 B．理想化过程 C．控制变量法 D．等效法 答案： D 3、一名宇航员来到一个星球上，如果该星球的质量是地球质量的一半，它的直径也是地球直径的一半，那么这名宇航员在该星球上所受的万有引力大小是他在地球上所受万有引力大小的( ) A． 0.25倍 B． 0.5倍 C． 2．0倍 D． 4．0倍 答案：C 4．4月30日，西昌卫星发射中心发射了一圆轨道卫星，其轨道半径为2．8×107m，它与另一颗同质量的同步轨道卫星（轨道半径为 4．2×107m）相比（ ） A．向心加速度较小 B．周期较大 C．线速度较大 D．机械能较大 答案：C 拓展提高 1．“嫦娥一号”和“嫦娥二号”卫星相继完成了对月球的环月飞行，标志着我国探月工程的第一阶段已经完成。设“嫦娥二号”卫星环绕月球的运动为匀速圆周运动，它距月球表面的高度为h，已知月球的质量为M、半径为R，引力常量为G，则卫星绕月球运动的向心加速度a=________，线速度v=________。 答案： 2．对于万有引力定律的表达式F=，下面说法中正确的是( ) A．当r趋近于零时，万有引力趋于无穷大 B．公式中G为引力常量，它是由实验测得的，而不是人为规定的 C．若m1>m2，则m1受到的引力大于m2受到的引力 D．m1与m2受到的引力大小相等，是一对平衡力 答案：B 3．最近，科学家在望远镜中看到太阳系外某一恒星有一行星，并测得它围绕该恒星运动一周所用的时间为1200年，它与该恒星的距离为地球到太阳距离的100倍。假定该行星绕恒星运行的轨道和地球绕太阳运行的轨道都是圆周，仅利用以上两个数据可以求出的量有（ ） A．恒星质量与太阳质量之比 B．恒星密度与太阳密度之比 C．行星质量与地球质量之比 D．行星运行速度与地球公转速度之比 答案：AD 阅读课文了解科学家的探索之路 学生观察图片中的向心力及其方向 在教师的引导下学生推导太阳对行星的引力。 在教师引导下分析，猜想：“天上”的力与“人间”的力应属于同种性质的力。 由牛顿第二定律引导学生发现加速度也可以完成对引力特点的研究。 学生思考讨论并动手推导 学生记忆、教师讲解 学生理解记忆 学生记忆引力常量G 的数值 学生观看动画 学生思考讨论并计算 思考讨论并计算 学生阅读课文回答问题 学生练习 体会科学研究的长期性、连续性及艰巨性。 掌握行星轨道按照“圆”来处理的简化模型。 锻炼学生灵活运用公式以及逻辑思维能力。 使学生产生对引力是否同一性质的探究兴趣 直接 研究力，对于月球受到的力很难去测量，所以转换思维，换一个能够体现力特点的物理量去研究。 这样给以真实的数据让学生得以验证，也使之体会到获得探究成功的喜悦，增强成就感。 掌握理解万有引力定律 掌握万有引力的适用条件 了解实验原理、科学方法和科学思想 理解万有引力的宏观性，锻炼学生的计算能力 锻炼学生的计算能力，体会两个篮球万有引力非常小，可以忽略 锻炼学生的自主学习能力 巩固所学知识
课堂小结 1、万有引力定律公式 G=6．67×10－11 N·m2/kg2 2、适用条件 （1）适用于质点间引力大小的计算 （2）对于可视为质点的物体间的引力求解也可以利用万有引力公式 （3）当研究的物体不能看成质点时，可以把物体假想分割成无数质点，求分力，再求合力 梳理自己本节所学知识进行交流 根据学生表述，查漏补缺，并有针对性地进行讲解补充。
板书 一、科学家们的探索之路 二、行星与太阳间的引力 太阳和行星之间的引力与行星和太阳的质量成正比与距离的二次方成反比。 三、月—地检验 太阳与行星间、地球与月球间、地球与地面物体间的力是同一种性质的力。 四、万有引力定律 普遍性、相互性、宏观性 五、引力常量的测定 卡文迪什通过实验测出：G=6．67×10－11 N?m2/kg2 意义：证明了万有引力的存在；使万有引力定律有了真正的实用价值。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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万有引力理论的成就
课题 万有引力理论的成就 单元 7 学科 物理 年级 高一
教材 分析 本节教材简要介绍了万有引力理论在天文学上的重要应用，即“‘称量’地球的质量”、“计算天体的质量”、“发现未知天体”、“预言哈雷彗星回归”。教材首先通过“称量”地球的质量，在不考虑地球自转影响的情况下，认为地面上的物体所受重力和引力相等，进而得到只要知道了地球表面的重力加速度和引力常量，即可计算出地球的质量。这种设计思路既给出了应用万有引力定律解决问题的一种思路，也展示了万有引力理论的魅力——“称量地球的质量”。教材随后作为示范，以计算太阳质量为例，给出了运用万有引力定律计算天体质量的方法，思路清晰，表述规范。最后从科学史的角度，简要介绍了亚当斯和勒维耶发现海王星的过程，哈雷预言彗星的回归时间，都显示了万有引力理论的巨大成就。因此，通过这一节课的学习，一方面要使学生了解运用万有引力定律解决问题的思路和方法，另一方面还要能体会到科学定律对人类探索未知世界的作用，激发学习兴趣和对科学的热爱之情
教学目标 一、教学目标 1．了解地球表面物体的万有引力两个分力的大小关系，计算地球质量； 2．行星绕恒星运动、卫星的运动的共同点：万有引力作为行星、卫星圆周运动的向心力，会用万有引力定律计算天体的质量； 3．了解万有引力定律在天文学上有重要应用。 二、核心素养 物理观念：建立天体运动模型的物理观念，培养学生的时空观念、和相互作用观念。 科学思维：通过学习培养学生善于观察、善于思考，善于动手的能力。 科学探究：探究重力与地球自转之间的关系。 科学态度与责任：培养学生认真严谨的科学态度和大胆探究的心理品质；体会物理学规律的简洁性和普适性，领略物理学的优美。
教学重点 1．地球质量的计算、太阳等中心天体质量的计算。 2．通过数据分析、类比思维、归纳总结建立模型来加深理解。
教学难点 根据已有条件求中心天体的质量。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 在初中，我们已经知道物体的质量可以用天平来测量，生活中物体的质量常用电子秤或台秤来称量。 出示图片：天平、电子秤、台秤 阿基米德曾说过：“给我一个支点，我就能撬起整个地球。” 出示图片：阿基米德撬起整个地球 那么如果给你一个足够长的杠杆或足够大的天平你是否就可以称量地球的质量了呢？ 不可以。 对于地球，我们怎样“称量”它的质量呢？ 观察图片积极讨论思考：对于地球，我们怎样“称量”它的质量呢？ 创设情境，激发学习兴趣。
讲授新课 一、“称量”地球的质量 上一节我们学习了万有引力定律：，这一节我们就来学习怎样利用它来算出下面地球的质量。 思考讨论：计算地球的质量时，我们应选择哪个物体作为研究对象？运用哪些物理规律？需要忽略的次要因素是什么？ 出示图片：地球 如图以地球表面物体为研究对象，物体m在纬度为θ的位置，万有引力指向地心，它可分解为两个分力：m随地球自转围绕地轴运动的向心力Fn和重力G。 实际上随地球自转的物体向心力远小于重力，在忽略自转的影响下万有引力大小近似等于重力大小。 1、计算地球质量 不考虑地球自转的影响，地面上质量为m的物体所受的重力mg等于地球对物体的引力，即： m地是地球的质量；R是地球的半径，也就是物体到地心的距离。由此解出： 已知重力加速度g=9．8m/s2，地球半径R=6．4×106m，引力常量G=6．67×10-11N·m2/kg2，试估算地球的质量。 解： 答：地球的质量约为6×1024kg 地面的重力加速度g和地球半径R在卡文迪什之前就已知道，一旦测得引力常量G，就可以算出地球的质量m地。因此，卡文迪什把他自己的实验说成是“称量地球的重量”。 出示图片：卡文迪什 二、计算天体的质量 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、基本思路 （1）简化模型：将行星绕太阳的运动看成是匀速圆周运动。 （2）万有引力充当向心力F引=Fn （3）依据万有引力定律和牛顿第二定律列出方程，从中解出太阳的质量。 设m太是太阳的质量，m是某个行星的质量，r是行星与太阳之间的距离。 解：万有引力充当向心力： 行星运动的角速度ω不能直接测出，但可测出它的周期T。把ω和T的关系 代入上式得到： 得： 思考讨论：该表达式与环行天体质量m有没有关系？ 测出行星的公转周期T和它与太阳的距离r，就可以算出太阳的质量，与环行天体质量m无关。只能求出中心天体的质量。 思考讨论：已知太阳与地球间的平均距离约为1．5×1011m，你能估算太阳的质量吗？换用其他行星的相关数据进行估算，结果会相近吗？为什么？ 解： 换用其他行星的相关数据进行估算，结果会相近。 虽然不同行星与太阳间的距离r和绕太阳公转的周期T各不相同，但是根据开普勒第三定律，所有行星的均相同，所以无论选择哪颗行星的轨道半径和公转周期进行计算，所得的太阳质量均相同。 思考讨论：怎样计算木星的质量和月球的质量？ 要计算木星的质量，对木星的卫星进行测量，只要测得一颗卫星的轨道半径和周期，就可计算木星的质量。 出示图片：木星和它的卫星 要计算月球的质量，由于人类发射的航天器会环绕月球运行，只要测得航天器绕月运行的轨道半径和周期，就可计算月球的质量。 三、计算天体的密度 1、已知太阳某行星的公转周期T、轨道半径r，太阳的半径R，求太阳的密度？ 解：由得 ① ② ③ 把①②代入③得： 2、已知地球的一颗近地卫星做匀速圆周运动的周期为T1，已知引力常数为G，则该天体的密度为多少？若这颗卫星距轨道半径r，测得在该处做匀速圆周运动的周期为T2，则地球的密度怎样表示呢？ 解（1） 则： 地球的体积： （2）由得： 四、发现未知天体 1、海王星的发现 1781年由英国物理学家威廉。赫歇尔发现了天王星，但人们观测到的天王星的运动轨道有些“古怪”：根据万有引力定律计算出来的轨道与实际观测的结果总有一些偏差。 1945年英国的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这颗“新”行星的轨道各自独立计算出来。 1846年9月23日晚，德国的伽勒在勒维耶预言的位置附近发现了这颗行星，人们称其为“笔尖下发现的行星”。后来，这颗行星被命名为海王星。 出示图片：笔尖下发现的行星—海王星 2、海王星的发现的意义 海王星的发现过程充分显示了理论对于实践的巨大指导作用，所用的“计算、预测和观察”的方法指导人们寻找新的天体。 近100年来，人们在这里发现了冥王星、阋神星等几个较大的天体。 出示图片：冥王星、阋神星 五、预言哈雷彗星回归 在牛顿之前，彗星被看作是一种神秘的现象。 出示图片：哈雷彗星 英国天文学家哈雷依据万有引力定律，他大胆预言，彗星周期约为76年，并预言它将于1758年底或1759年初再次回归。1759年3月这颗彗星如期通过了近日点，它最近一次回归是1986年，它的下次回归将在2061年左右。 海王星的发现和哈雷彗星的“按时回归”确立了万有引力定律的地位，也成为科学史上的美谈。 牛顿还用月球和太阳的万有引力解释了潮汐现象，用万有引力定律和其他力学定律，推测地球呈赤道处略为隆起的扁平形状。万有引力定律可以用于分析地球表面重力加速度微小差异的原因，以及指导重力探矿。 课堂练习 1．随着太空技术的飞速发展，人类登陆其它星球成为可能。假设未来的某一天，宇航员登上某一星球后，测得该星球质量是地球质量的8倍，而该星球的平均密度与地球的相等，则该星球表面的重力加速度是地球表面重力加速度的（ ） A．0.5倍B．2倍C．4倍D．8倍 答案：B 2、（多选题）航天飞机在围绕地球做匀速圆周运动过程中，下列关于宇航员的说法中正确（ ） A．宇航员不再受重力作用 B．宇航员受的重力提供其做匀速圆周运动的向心力 C．宇航员处于完全失重状态 D．宇航员对座椅的压力为零 答案：BCD 3、我国航天事业取得的巨大成就。已知地球的质量为M，引力常量为G，设“神舟”飞船绕地球做匀速圆周运动的轨道半径为r，则飞船在圆轨道上运行的速率为（ ） A．B．C． D． 答案：A 拓展提高 1、2018年12月8日，我国发射的“嫦娥四号”探测器成功升空，并于2019年1月3日实现了人造探测器首次在月球背面软着陆。在探测器逐渐远离地球，飞向月球的过程中（ ） A．地球对探测器的引力增大 B．地球对探测器的引力减小 C．月球对探测器的引力减小 D．月球对探测器的引力不变 答案：B 2、2019年1月3日，“嫦娥四号”成功软着陆在月球背面，并通过“鹊桥”中继星传回了世界第一张近距离拍摄的月背影像图，揭开了古老月背的神秘面纱。飞船在月球表面软着陆之前，在靠近月球表面的轨道上运行，若要估算月球的平均密度，唯一要测量的物理量是（ ） A．飞船的轨道半径B．月球的半径 C．飞船的飞行周期D．飞船的线速度 答案：C 3、若地球半径减小1%，而其质量不变，则地球表面重力加速度g的变化情况是——————（填“增大”、“减小”、“不变”），增减的百分比为————%。（取一位有效数字）。 答案：增大；2． 4．两个行星质量分别为m1和m2，绕太阳运行的轨道半径分别是r1和r2，则它们与太阳间的万有引力之比为————，它们的公转周期之比——————。 答案：， 学生阅读课文并思考讨论 学生推导出地球质量的表达式，在练习本上进行定量计算。 学生思考讨论并说出基本思路 学生推导出太阳质量的表达式，在练习本上进行定量计算。 学生思考讨论 学生思考讨论并计算太阳的质量 学生思考讨论：怎样计算木星的质量和月球的质量？ 在教师的引导下求太阳的密度？ 学生思考讨论并计算地球的密度 学生阅读课文并发表自己的看法。 学生阅读课文 预言哈雷彗星回归。 学生练习 明确在忽略自转的影响下万有引力大小近似等于重力大小。 锻炼学生的计算能力，规范解题步骤 锻炼学生的总结以及语言表达能力，为下面的计算做铺垫 锻炼学生的计算能力，规范解题步骤 明确中心天体的质量与环行天体质量m无关。 锻炼学生的计算能力并让学生明白换用其他行星的相关数据进行估算结果不会改变。 巩固测量中心天体的方法。 锻炼学生的推导能力，掌握计算天体密度的方法 明确近地卫星和距地面有一定高度的卫星，地球的密度的不同表达式。 通过万有引力定律成功地预测未知的星体，这不仅巩固了万有引力定律的地位，也充分展示了科学理论的预见性。 锻炼学生的自主学习能力 巩固本节的知识
课堂小结 课堂总结 1、中心天体的质量与环行天体质量m无关，且只能求出中心天体的质量。 2、解决天体问题的两条思路 第一种思路：重力等于物体与天体间的万有引力 第二种思路：万有引力充当向心力 梳理自己本节所学知识进行交流 根据学生表述，查漏补缺，并有针对性地进行讲解补充。
板书 一、“称量”地球的质量 得： 二、计算天体的质量 得： 只能求出中心天体的质量。 三、计算天体的密度 四、发现未知天体
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宇宙航行
课题 宇宙航行 单元 7 学科 物理 年级 高一
教材 分析 本节课所采用的教材是人教版高中物理必修第二册第七章第4节的内容,本节重点讲述了人造卫星的发射原理，推导了第一宇宙速度，并介绍了第二、第三宇宙速度。人造卫星是万有引力定律在天文学上应用的一个实例，是人类征服自然的见证，体现了知识的力量，是学生学习了解现代科技知识的一个极好素材。教材不但介绍了人造卫星中一些基本理论，更是在其中渗透了很多研究实际物理问题的物理方法。因此，本节课是“万有引力定律与宇宙航行”中的重点内容，是学生进一步学习研究天体物理问题的理论基础。另外，学生通过对人造卫星、宇宙速度的了解，也将潜移默化地产生对航天科学的热爱，增强民族自信心和自豪感。
教学目标 一、教学目标 1．通过阅读课本资料了解牛顿对人造卫星的猜想、外推的思路和思想，能写出第一宇宙速度的推导过程。 2．通过第一宇宙速度的推导总结，能说出人造地球卫星的原理及运行规律。 3．通过阅读教材第三部分，能够介绍世界和我国航天事业的发展历史，感知人类探索宇宙的梦想，激发爱国热情，增强民族自信心和自豪感。 二、核心素养 物理观念：能从物理学的视角正确描述和解释人造地球卫星的运行规律，具备清晰的物理观念。 科学思维：能在熟悉的情境中运用物理模型，能对卫星发射原理进行分析和推理。 科学探究：能在对卫星发射原理的基础上做出假设，并制定合理的探究路线，从而分析数据发现规律。 科学态度与责任：卫星的发射原理是人类在万有引力定律基础上科学家们持续不断创造性发展的成果，是人类对宇宙奥秘探索的历程，增强民族自信心和自豪感。
教学重点 第一宇宙速度的推导。
教学难点 第一宇宙速度的推导；环绕速度与发射速度的区分
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 出示视频：神六的发射过程 教师讲解：我国在70年代发射第一颗卫星以来，相继发射了多颗不同种类的卫星。掌握了卫星回收技术和“一箭多星”技术，99年发射了“神舟”号试验飞船。这节课，我们要学习有关人造地球卫星的知识。 学生观看视频了解卫星的发射 为引出本节课题做铺垫
讲授新课 一、牛顿的设想 出示图片：牛顿 在1687年出版的《自然哲学的数学原理》中，牛顿设想：把物体从高山上水平抛出，速度一次比一次大，落地点也就一次比一次远；抛出速度足够大时，物体就不会落回地面，成为人造地球卫星。 出示动画：抛出速度足够大时，物体就不会落回地面 二、宇宙速度 思考讨论：地球上的物体，发射的速度至少有多大才能离开地球进行宇宙航行呢？ 物体在地球附近绕地球运动时，太阳的作用可以忽略。 只受到地球对它的万有引力作用，人造卫星作圆周运动的向心力由万有引力提供。用万有引力定律就可求解。 例1：当卫星在地面附近绕地球运行时，轨道半径为r，地球的质量为m地，物体的质量为m。 （1）请推导卫星绕地球运行时v的表达式。 （2）已知Ｇ=6.67×10-11Nm2/kg2，地球质量M=5.89×1024kg， 地球半径R=6400km＝6.4×106m，求卫星绕地球运行时速度v的大小是多少？ 解：万有引力提供物体作圆周运动的向心力。 由此解出： 近地卫星在100?200km的高度飞行，远小于地球半径（6400km），可以近似用地球半径R代替卫星到地心的距离r。 =7.9km/s 1、第一宇宙速度 （1）定义：物体在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动的速度，叫作第一宇宙速度。 v=7.9km/s （2）人造卫星的发射速度与环绕速度 ①发射速度：指被发射物体离开地面时的速度。 ②环绕速度：指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度。 （3）对第一宇宙速度的理解 ①第一宇宙速度是发射卫星的最小速度，发射速度低于它，卫星将落回地面而不能绕地球运转。 ②第一宇宙速度也是卫星刚好能在地球表面附近绕地球作匀速圆周运动的最大环绕速度。 ③由知，卫星轨道半径为r越大， v环绕越小，但需要的发射速度v发射越大。 思考讨论：有人说，第一宇宙速度也可用 （式中g为重力加速度，R为地球半径）算出，你认为正确吗？ 参考答案：正确，因为在地面附近重力近似等于万有引力即重力提供物体作圆周运动的向心力 由此解出： 思考：由知高轨道上运行的卫星，线速度小，能否说向高轨道发射卫星比向低轨道要容易呢？ 参考答案：不能这样说。 这是因为如果发射速度小于7.9km/s，炮弹将落到地面，而不能成为一颗卫星；发射速度等于7.9km/s，它将在地面附近作匀速圆周运动；要发射一颗半径大于地球半径的人造卫星，发射速度必须大于7.9km/s。可见，向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星要困难。 （4）第一宇宙速度意义 第一宇宙速度是人造卫星在地面附近环绕地球作匀速圆周运动所必须具有的速度，所以也称为环绕速度。 在地面附近发射飞行器，如果速度等于7.9km/s，这一飞行器只能围绕地球做圆周运动，还不能脱离地球引力的束缚，飞离地球实现星际航行。 思考：若卫星的发射速度大于7.9km/s，会出现什么情况？ 若卫星的发射速度大于7.9km/s，绕地球运动的轨迹不再是圆，而是椭圆，发射速度越大，椭圆轨道越“扁”。 当飞行器的发射速度等于或大于11.2km/s时，它就会克服地球的引力，永远离开地球。 2、第二宇宙速度大小：v=11.2km/s。 （1）当飞行器的速度等于或大于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叫作第二宇宙速度。 （2）意义：使卫星挣脱地球的束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度，也称为脱离速度。 注意：达到第二宇宙速度的飞行器还无法脱离太阳对它的引力。 3、第三宇宙速度大小：v=16.7km/s （1）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。 （2）意义：使卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度，也称为逃逸速度。 （3）注意：发射速度大于11.2km/s，而小于16.7km/s，卫星绕太阳作椭圆运动，成为一颗人造行星。如果发射速度大于等于16.7km/s，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间。 思考：你能推导出卫星运行时，其an、v、ω、T，分别与其轨道半径r的关系吗？ （1）解得 r越大，an越小 （2）解得 r越大，v越小 （3）解得 r越大，ω越小 （4）解得 r越大，T越大 三、人造地球卫星 牛顿虽然早就预言了人造地球卫星，但因发射需达到很大的速度，所以直到多级火箭的研制成功，才为人造地球卫星的发射创造了条件。 出示图片：第一颗人造地球卫星 1957年10月，苏联发射 第一颗人造地球卫星。开创了人类航天时代的新纪元。 1970年4月24日，我国第一颗人造地球卫星“东方红1号” 发射成功，开创了中国航天史的新纪元。 出示图片：东方红1号人造地球卫星 出示图片：科学家钱学森 科学家钱学森被誉为“中国航天之父”为我国航天事业作出特殊贡献。 出示图片：地球上卫星 目前在轨有效运行的卫星有上千颗，其中的通信、导航、气象等卫星已极大地改变了人类的生活。 1、地球同步卫星 地球同步卫星位于赤道上方高度约36000km处，因相对地面静止，也称静止卫星。 2、特点 周期一定：T=24h=86400s；角速度一定：相对于地面静止。 轨道一定：同步卫星轨道必须在赤道上空；高度一定：高度约36000km；速率一定；加速度一定。 注意：月球不是地球的同步卫星。 例题：关于地球同步通讯卫星，下列说法正确的是（ ） A．若其质量加倍，则轨道半径也要加倍； B．它以第一宇宙速度运行； C．它以第二宇宙速度运行； D．它绕地球运行时的角速度与地球自转角速度相同。 解：A、地球同步卫星距离地球的高度约为36000km，半径一样，所以各国发射的这种卫星轨道半径都一样，与质量无关，故A错误； BC、地球同步卫星在轨道上的绕行速度约为3.1千米/秒，小于7.9km/s，即小于第一宇宙速度与第二宇宙速度，故BC错误； D、同步卫星是指与地球相对静止的卫星。这种卫星绕地球转动的角速度与地球自转的角度速度相同，故D正确。 故选：D． 四、载人航天与太空探索 出示图片：苏联航天员加加林 1961年4月12日，苏联航天员加加林进入了东方一号载人飞船。实现了人类进入太空的梦想。 出示图片：阿波罗11号飞船登月 1969年7月16日9时32分，运载阿波罗11号飞船的土星5号火箭在美国卡纳维拉尔角点火升空，拉开人类登月这一伟大历史事件的帷幕。 7月20日下午10时56分，指挥长阿姆斯特朗踏上月面并说出了那句载入史册的名言：“对个人来说，这不过是小小的一步，但对人类而言，却是巨大的飞跃。 出示图片：人类在月球上留下了自己的足迹。 我国的航天成就 出示图片：我国第一颗人造卫星 1970年4月24日我国第一颗人造卫星升空。 出示图片：嫦娥一号 2007年10月24日嫦娥一号月球探测器发射成功。 出示图片：嫦娥二号 2010年10月1日嫦娥二号顺利发射 出示图片：嫦娥三号 2013年12月2日嫦娥三号探测器进入太空 出示图片：神舟五号 2003年10月15日神舟五号中国第一位航天员杨利伟 出示图片：神舟六号 2005年10月12日神舟六号费俊龙聂海胜 出示图片：神舟七号 2008年9月25日神舟七号翟志刚刘伯明景海鹏。 出示图片：神舟九号 2012年6月16日神舟九号景海鹏刘洋刘旺 出示图片：神舟十号 2013年6月11日神舟十号发射成功 出示图片：聂海胜张晓光王亚平 除了载人航天工程，我国还在许多方面进行着太空探索。 2013年6月，神舟十号分别完成与天宫一号空间站的手动和自动交会对接；2016年10月19日，神舟十一号完成与天宫二号空间站的自动交会对接。2017年4月20日，我国又发射了货运飞船天舟一号，入轨后与天宫二号空间站进行自动交会对接、自主快速交会对接等3次交会对接及多项实验。 STSE航天事业改变着人类的生活 阅读课文了解航天事业对人类的生活有哪些改变。 20世纪人类最伟大的创举之一是开拓了太空这一全新活动领域。通过卫星实现越洋通话、实时收看世界各地发来的电视新闻，已经成了人们生活的一部分，电视台天气预报节目中的卫星云图已使我们充分感受到气象卫星的威力。卫星对地观测技术将对我国西部开发的整体规划和监控发挥重要作用。 我国通过返回式卫星搭载稻种培育的高产稻“航育一号”，已经大面积推广，人类已经开始享用太空育种的优良农产品。 科学漫步黑洞 阅读课文说一说黑洞的涵义。 质量非常大，半径又非常小，其逃逸速度非常大，以3×108m/s的 速度传播的光都不能逃逸，即使它确实在发光，光也不能进入太空，我们也根本看不到它。对于一个质量为m的球状物体，当其半径R不大于2Gm/c2时这种天体称为黑洞。 课堂练习 1、已知绕中心天体做匀速圆周运动的近地卫星的轨道半径为r，运动周期为T。则中心天体的平均密度ρ=————。 答案：3π/GT2 2、人造地球卫星A和B的质量之比为1:2，轨道半径之比为2:1，它们受到地球的引力之比为————，它们运行的线速度之比为——————，它们运行的周期之比为——————。 答案：1:8；； 3、如图所示，我国“北斗卫星导航系统”由5颗静止轨道卫星（地球同步卫星）和30颗非静止轨道卫星组成，卫星轨道半径大小不同，其运行速度、周期等参量也不相同，下面说法正确的是（ ） A．卫星轨道半径越大，环绕速度越大 B．卫星的线速度可能大于7.9km/s C．卫星轨道半径越小，向心加速度越大 D．卫星轨道半径越小，运动的角速度越小 答案：C 4．据人民日报客户端1月3日的报道，上午10点26分，嫦娥四号探测器成功着陆在月球背面，完成了人类航天史上的一项壮举，实现了人类第一次在月背软着陆，成为2019年太空领域的“开门红”。关于月球，下列说法正确的是（ ） A．月球上地磁南极是地理的北极，和地球上相似； B．月球上的重力加速度约是地球上的6倍； C．地球同步卫星的轨道半径约是地月距离的十分之一； D．月球的环绕速度要比地球同步卫星的线速度要大。 答案：C 5、在地球上空有许多同步卫星，下列关于地球多个同步卫星的说法中正确的是（ ） A．它们的质量可能不同 B．它们的速率可能不同 C．它们离地心的距离可能不同 D．它们的向心加速度大小可能不同 答案：A 拓展提高 1、所示，T和S是绕地球做匀速圆周运动的两颗人造地球卫星，虚线为各自轨道，其中T为地球同步卫星。由此可以判定（ ） A．T卫星可以相对地面静止在天津的正上方 B．T卫星的运行周期小于S卫星的运行周期 C．T卫星的运行速率大于S卫星的运行速率 D．T卫星、S卫星的运行速率均小于7.9km/s 答案：D 2．如图所示，a是赤道表面上一建筑物，随地球一起转动，b是地面附近近地轨道上正常运行的卫星，c、d两卫星在相同的轨道上（轨道平面跟赤道共面）且绕地球运行的方向一致、d在c的后面，则下列说法中正确的是（ ） A．卫星b所需的向心力可能小于卫星c所需的向心力 B．卫星c的线速度小于a的线速度 C．卫星b运行的线速度可能大于地球第一宇宙速度 D．卫星d加速后可追上c 答案：A 3、关于地球同步卫星，下列说法正确的是（ ） A．稳定运行轨道可以位于重庆正上方 B．稳定运行的线速度小于7.9km/s C．运行轨道可高可低，轨道越高，绕地球运行一周所用时间越长 D．若卫星质量加倍，运行高度将降低一半 答案：B 学生观察思考掌握速度越大，落地点离山脚越远，抛出速度足够大时，物体就不会落回地面 学生根据圆周运动的规律和万有引力定律计算卫星的运行速度。 学生记忆理解 学生思考讨论推导第一宇宙速度 学生思考讨论 学生思考讨论 学生阅读课文 说出第二宇宙速度和第三宇宙速度 学生动手推导 出卫星运行时，其an、v、ω、T，分别与其轨道半径r的关系 阅读课文了解人造地球卫星 学生理解记忆 学生分析理解 学生阅读课文并观看图片。 学生阅读课文说出航天事业对人类的生活有哪些改变。 学生练习 以学过的平抛运动知识引入到人造地球卫星知识的学习，不但使学生了解科学探索的过程，更让学生体会到尖端科学的最初设想都是从已知的简单科学知识出发的。 建立学生清晰的物理分析思路。 学生常常对环绕速度与发射速度不区分，因此对这部分的强调十分必要。 锻炼学生的计算能力，掌握在地面附近重力近似等于万有引力 理解向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星要困难。 了解发射速度大于7．9km/s轨迹 是椭圆，等于或大于11．2km/s，永远离开地球。 锻炼学生的自主学习能力 掌握推导过程，理解r越大an越小、v越小、ω越小、T越大。 锻炼学生的自主学习能力 掌握地球同步卫星的特点 巩固地球同步通讯卫星的基本知识 锻炼学生的自主学习能力，让学生感知人类探索宇宙的梦想，促使学生树立献身科学的人生价值观。 锻炼学生的自主学习能力 巩固所学的知识
课堂小结 1、三个宇宙速度 第一宇宙速度v1=7.9km/s；第二宇宙速度v2=11.2km/s；第三宇宙速度v3=16.7km/s。 2、第一宇宙速度是最小的发射速度，最大的运行速度。 3、人造地球卫星 相对于地面静止，公转周期和地球自转周期相同的卫星 4、an、v、ω、T，分别与其轨道半径r的关系 梳理自己本节所学知识进行交流 根据学生表述，查漏补缺，并有针对性地进行讲解补充。
板书 一、牛顿的设想 二、宇宙速度 1、第一宇宙速度：v=7.9km/s 物体在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动的速度，叫作第一宇宙速度。 2、第二宇宙速度大小：v=11.2km/s。 使卫星挣脱地球的束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度。 3、第三宇宙速度大小：v=16.7km/s 物体挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间 三、人造地球卫星 1、地球同步卫星 地球同步卫星位于赤道上方因相对地面静止，也称静止卫星。 四、载人航天与太空探索
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相对论时空观与牛顿力学的局限性
课题 相对论时空观与牛顿力学的局限性 单元 7 学科 物理 年级 高一
教材 分析 本节课所采用的教材是人教版高中物理必修第二册第七章第5节的内容。本节内容是学习完经典力学以后所做的介绍性质内容，它可以拓展学生的知识面、展示科学探究的无限可能，建立科学思想、科学的思维方法，培养科学精神，在情感、态度与价值观方面发挥应有的教育功能。本节教材先介绍相对论时空观，并给出了时间延缓效应，长度收缩效应。然后讲解了牛顿力学的成就与局限性，让学生体会任何学科都有局限性，并不是牛顿力学过时了，要理解各自成立的条件。
教学目标 一、教学目标 1．知道以牛顿运动定律为基础的经典力学的适用范围。 2．知道相对论、量子力学和经典力学的关系。 3．通过对牛顿力学适用范围的讨论，使学生知道物理中的结论和规律一般都有其适用范围，认识知识的变化性和无穷性，培养献身于科学的时代精神。 二、核心素养 物理观念：了解相对论-量子论的建立对人类深入认识客观世界的作用，知道物理学改变人们世界观的作用。 科学思维：经历科学家建立相对论和量子论的思维探索过程，认识科学思维的意义。 科学探究：通过阅读课文体会一切科学都有自己的局限性，新的理论会不断完善和补充旧的理论，人类对科学的认识是无止境的。 科学态度与责任：通过对牛顿力学适用范围的讨论，使学生知道物理中的结论和规律一般都有其适用范围，认识知识的变化性和无穷性，培养献身于科学的时代精神。
教学重点 了解经典力学的局限性
教学难点 了解相对论、量子力学与经典力学的关系
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 经典力学的基础是牛顿运动定律，万有引力定律更是树立了人们对牛顿物理学的尊敬。 通过前面的学习，我们知道从天体的运动到地面上的各种物体的运动，从大气的流动到地壳的变动，所有这些都服从经典力学规律。那么，是不是任何情境下都遵从经典力学的规律呢？ 学生回顾已学知识并思考 通过问题引发学生的思考从而引起学生学习的兴趣
讲授新课 一、牛顿力学时空观 1、牛顿力学时空观 时间与空间都是独立于物体及其运动而存在的。这种绝对时空观，也叫牛顿力学时空观。 在牛顿力学时空观里，时间像一条看不见的“长河”，均匀地自行流逝着，空间像一个广阔无边的房间，它们都不影响物体及其运动。所以不管选什么参考系，不管物体怎么运动，物体的时间、长度、质量等等的测量结果肯定是一样的。 思考1：若河中的水以相对于岸的速度v水岸流动，河中的船以相对于水的速度v船水顺流而下，则船相对于岸的速度v船岸如何表示？ v船岸＝v船水＋v水岸 思考2：设想人类可以利用飞船以0.2c的速度进行星际航行。若飞船向正前方的某一星球发射一束激光，该星球上的观察者测量到的激光的速度是否为1.2c？ 出示图片：飞船向正前方的某一星球发射一束激光 问题的答案似乎应为1.2c，然而，事实并非如此！因为经典力学不再适用。经典力学只适用于解决低速运动问题，不能用来处理高速运动问题，要解决这一问题就需要用到相对论时空观。 二、相对论时空观 思考：19世纪，英国物理学家麦克斯韦根据电磁场理论预言了电磁波的存在，并证明电磁波的传播速度等于光速C这个速度是相对哪个参考系而言的？ 出示图片：麦克斯韦英国物理学家、数学家 出示图片：迈克尔逊：波兰裔美国藉物理学家。 1887年的迈克耳孙—莫雷实验以及其他一些实验表明： 在不同的参考系中，光的传播速度都是一样的所以证明电磁波的传播速度等于光速c，无论对于哪个参考系而言都是一样的。 1、爱因斯坦的两个假设 （1）相对性原理：在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是相同的；表明在任何惯性系中研究某个物体的某一运动过程，其运动规律形式不变。 （2）光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的。表明了经典时空观与相对论时空观的不同。 2．相对论时空观的内容 认为时间和空间是相互联系、相互影响的，并且与物质的存在及运动有关。 思考讨论：在经典物理学中，如果两个事件在一个参考系中是同时的，在另一个参考系中一定也是同时的。但是，如果按照爱因斯坦的两个假设，结论还是这样吗？ 根据爱因斯坦假设：真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的，两个事件在一个参考系中是同时的，在另一个参考系中不一定也是同时的。 例如：假设一列火车沿平直轨道飞快地匀速行驶。车厢中央的光源发出了一个闪光，闪光照到了车厢的前壁和后壁。 （1）车上的观察者以车厢为参考系，闪光到达前后两壁的时间相同吗？ （1）车下的观察者来说，以地面为参考系，闪光到达前后两壁的时间相同吗？ 甲 参考答案： （1）如图甲所示：因为车厢是个惯性系，闪光向前、后传播的速率相同，光源又在车厢的中央，闪光当然会同时到达前后两壁。 根据爱因斯坦的假设：真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的，所以他以地面为参考系，闪光向前、后传播的速率对地面也是相同的。 在闪光飞向两壁的过程中，车厢向前行进了一段距离，所以向前的光传播的路程长些即：闪光先到达后壁，后到达前壁因此，这两个事件不是同时发生的。 3、时间延缓效应 如果相当于地面以v运动的惯性参考系上的人观察到与其一起运动的物体完成某个动作的时间间隔为Δτ，地面上的人观察到该物体在同一地点完成这个动作的时间间隔为Δt，则 由于1－<1，所以总有Δt>Δτ，此种情况称为时间延缓效应。 4、长度收缩效应 如果与杆相对静止的人测得杆长是l0，沿着杆的方向，以v相对杆运动的人测得杆长是l，那么两者之间的关系是 由于1－<1，所以总有l课堂小结 1、爱因斯坦的两个假设 相对性原理：在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是相同的；光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的。 2、时间延缓效应 3、长度收缩效应 4、经典力学只适用于解决低速运动问题，不能用来处理高速运动问题，经典力学只适用于宏观物体，一般不适用于微观粒子：经典力学只适用于解决弱引力问题，不能用来处理强引力问题。 梳理自己本节所学知识进行交流 根据学生表述，查漏补缺，并有针对性地进行讲解补充。
板书 一、牛顿力学时空观 时间与空间都是独立于物体及其运动而存在的。这种绝对时空观，也叫牛顿力学时空观。 二、相对论时空观 1、爱因斯坦的两个假设 （1）相对性原理（2）光速不变原理 2．相对论时空观的内容 认为时间和空间是相互联系相互影响的，并且与物质的存在及运动有关。 3、时间延缓效应 4、长度收缩效应 三、牛顿力学的成就与局限性 经典力学规律只能用于宏观、低速（与光速相比）的情形，且只在惯性参考系中成立。
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