人教版高中物理必修二-第六章-《万有引力与航天》引力问题在物理学中的地位-教学指导课件.ppt

1、引力问题在物理学中的地位 四种最基本的相互作用之一 从牛顿万有引力定律，到爱因斯坦广义相对论，有关引力的理论，形成了物理学中理论发展的一条鲜明的主线。既古老又前沿参考：高中物理专题分析丛书万有引力祁有龙，人民教育出版社 在实践中，有广泛的应用：天文授时、大地测量，重力探矿、资源普查气象和潮汐预报，宇宙探索、航天技术、电视转播、全球移动电话教学建议一、对本章教学内容和难度的把握二、注重科学思维方法的教学 情感态度价值观的教育三、注重图景和模型的建立四、几个和本章相关的内容一、对本章教学内容和难度的把握 近几年高考题开普勒三定律开普勒三定律天体运动天体运动天体质量天体质量万有引力定律万有引力定律牛

2、顿运动定律牛顿运动定律万有引力定律应用万有引力定律应用人造卫星人造卫星天体密度天体密度双星问题双星问题环绕速度环绕速度运行周期运行周期宇宙速度宇宙速度重力加速度重力加速度同步卫星同步卫星近地卫星近地卫星 据媒体报道,嫦娥一号卫星环月工作轨道为圆轨道,轨道高度200km,运用周期127分钟。若还知道引力常量和月球平均半径,仅利用以上条件不能求出的是A.月球表面的重力加速度B.月球对卫星的吸引力C.卫星绕月球运行的速度D.卫星绕月运行的加速度 已知地球半径为R，地球表面重力加速度为g，不考虑地球自转的影响。1.推到第一宇宙速度v1的表达式；2.若卫星绕地球做匀速圆周运动，运行轨道距离地面高度为h，

3、求卫星的运行周期T。一物体静置在平均密度为 的球形天体表面的赤道上。已知万有引力常量为G，若由于天体自转使物体对天体表面压力恰好为零，则天体自转周期为A.B C.D.123G12G1243G1234G由于通讯和广播等方面的需要，许多国家发射了地球同步轨道卫星，这些卫星的A.质量可以不同 B.轨道半径可以不同C.轨道平面可以不同 D.速率可以不同 关于环绕地球卫星的运动，下列说法正确的是A分别沿圆轨道和椭圆轨道运行的两颗卫星，不可能具有相同的周期B沿椭圆轨道运行的一颗卫星，在轨道不同位置可能具有相同的速率C在赤道上空运行的两颗地球同步卫星，它们的轨道半径有可能不同D沿不同轨道经过北京上空的两颗卫

4、星，它们的轨道平面一定会重合 某原子电离后其核外只有一个电子，若该电子在核的静电力作用下绕核做匀速圆周运动，那么电子运动A半径越大，加速度越大 B半径越小，周期越大C半径越大，角速度越小 D半径越小，线速度越小万有引力定律揭示了天体运行规律与地上物体运动规律具有内在的一致万有引力定律揭示了天体运行规律与地上物体运动规律具有内在的一致性。性。（1）用弹簧秤称量一个相对于地球静止的小物体的重量，随称量位置）用弹簧秤称量一个相对于地球静止的小物体的重量，随称量位置的变化可能会有不同的结果。已知地球质量为的变化可能会有不同的结果。已知地球质量为M，自转周期为，自转周期为T，万有，万有引力常量为引力常量

5、为G。将地球视为半径为。将地球视为半径为R、质量均匀分布的球体，不考虑空、质量均匀分布的球体，不考虑空气的影响。设在地球北极地面称量时，弹簧秤的读数是气的影响。设在地球北极地面称量时，弹簧秤的读数是F0。a若在北极上空高出地面若在北极上空高出地面h处称量，弹簧秤读数为处称量，弹簧秤读数为F1，求比值，求比值F1/F0的的表达式，并就表达式，并就h=1.0%R的情形算出具体数值（计算结果保留两位有效的情形算出具体数值（计算结果保留两位有效数字）；数字）；b若在赤道地面称量，弹簧秤读数为若在赤道地面称量，弹簧秤读数为F2，求比值，求比值F2/F0的表达式的表达式（2）设想地球绕太阳公转的圆周轨道半

6、径）设想地球绕太阳公转的圆周轨道半径r、太阳的半径、太阳的半径RS和地球的半和地球的半径径R三者均减小为现在的三者均减小为现在的1.0%，而太阳和地球的密度均匀且不变。仅考，而太阳和地球的密度均匀且不变。仅考虑太阳和地球之间的相互作用，以现实地球的虑太阳和地球之间的相互作用，以现实地球的1年为标准，计算年为标准，计算“设想地设想地球球”的的1年将变为多长？年将变为多长？高一孩子和高三孩子的差异 高中力学的几大部分：运动和力 机械能 动量（振动和波）万有引力在运动和力这“一大块”的最后，是对前一部分的深入和综合运用。（基础：力、质量、速度、加速度、向心加速度、向心力等概念，圆周运动、牛顿运动定律

7、等规律）高一孩子和高三孩子的差异 突出核心规律 重推导 重方法 重图景 重定性 二、注重物理学的思想、科学思维方法注重情感态度价值观的教育 介绍万有引力定律建立过程的本身，就是一次生动的科学思维和科学方法的教育。牛顿以前：认为支配天体运行和支配地面物体运动的规律是不同的 自牛顿之后：打破了“天界”和“世俗”的界限，找到了两个世界的统一。物理学发展中的统一二、注重物理学的思想、科学思维方法 物理学坚信，自然界是和谐的、统一的，并一直在努力寻找支配宇宙万物的最基本的最统一的规律万有引力定律的得出 古代朴素的唯物主义思想古代朴素的唯物主义思想对行星运动的大量观测对行星运动的大量观测开普勒定律开普勒定

8、律猜想行星运动是由太阳引力作用造成的猜想行星运动是由太阳引力作用造成的提出引力与距离平方成反比的设想提出引力与距离平方成反比的设想牛顿：使物体下落的力与月球绕地球运动的牛顿：使物体下落的力与月球绕地球运动的向心力应该具有相同性质向心力应该具有相同性质月地检验，证实平方反比关系月地检验，证实平方反比关系根据引力是普适的观点，合理推广，根据引力是普适的观点，合理推广，最终得到万有引力定律最终得到万有引力定律理论和实践的辩证关系：理论和实践的辩证关系：理论对实践的指导理论对实践的指导+实践对理论的检验实践对理论的检验 在建立万有引力定律的科学进程中，涉及到天文学、数学和力学等诸多领域的发展。牛顿不但

9、善于继承前人的研究成果，而且以他高度的创造力和创新思维批判的继承了前人的科学思想，发展并完善了科学研究的途径和方法。1.研究方向：牛顿关心的不是引力的“为什么”而是“如何作用”寻求规律，提出准确的数学描述 2.研究途径：复杂的自然现象简化，建立物理模型，将理想模型与实际比较，加以修正 数学上：微元法+几何作图 情感态度价值观：第谷 开普勒 牛顿三、注重图景和模型的建立 基本模型匀速圆周运动 （运动学特点 动力学特点）基本图景 地球上的物体 地球的卫星 卫星的变轨FFNNF mgFn 轨道半径轨道半径周期周期线线速度速度赤 道 上 物赤 道 上 物体体r=R6400km24h近地卫星近地卫星r=

10、R6400km84min 7.9km/s同步卫星同步卫星(赤道上空赤道上空)r1=R+36000km7R24h 四、几个和本章相关的内容 开普勒对行星轨道的测定 行星的视运动 卫星的发射 卫星的轨道行星的视运动 顺行：自西向东 逆行：自东向西 留开普勒对行星轨道的测定开普勒第三定律的精确形式23112322TaTa33312222212.4iiaaaGMTTT 常数2311123222()()TaMmTaMm322()4aGMTMm常数双星22121122212()Gm mmrmrrr231224rmmGT2112mrrmm质心：卫星的发射卫星的发射卫星的轨道 基本参数描述 轨道平面在空间中的

11、方位；椭圆轨道在轨道平面中的取向（长轴指向）椭圆轨道的形状和大小。1轨道倾角 i赤道平面与卫星轨道平面间的夹角 2升交点赤经从春分点到卫星升交点的经度。3近地点幅角地心与升交点连线 和 地心与近地点连线 间的夹角 4椭圆半长轴a 5椭圆偏心率e 6卫星通过近地点的时刻t人造卫星的常用轨道人造卫星的常用轨道 1圆轨道（侦查、气象、地球资源勘测、测圆轨道（侦查、气象、地球资源勘测、测地、导航、通信等）地、导航、通信等）2椭圆轨道（常用于科学探测卫星）椭圆轨道（常用于科学探测卫星）3地球同步轨道（零倾角，高度为地球同步轨道（零倾角，高度为35 800km，最适合地面远距离通话、电视转播等通信卫最适合地面远距离通话、电视转播等通信卫星和导弹预警卫星）星和导弹预警卫星）4极地轨道（优点是覆盖全球，侦查、导航、极地轨道（优点是覆盖全球，侦查、导航、气象、测地、地球资源勘测等应用大倾角的气象、测地、地球资源勘测等应用大倾角的轨道和极地轨道）轨道和极地轨道）