1、第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天空空间间站站神州五号载人飞船发射运行神州五号载人飞船发射运行嫦娥一号发射全过程嫦娥一号发射全过程猜想一下，是太阳绕地球转呢，还是地球绕太阳转呢？猜想一下，是太阳绕地球转呢，还是地球绕太阳转呢？1、“地心说地心说”的基本观点是什么？的基本观点是什么？2、“日心说日心说”的基本观点是什么？的基本观点是什么？托托 勒勒 密密地球是宇宙的中心地球是宇宙的中心,并且静止不动并且静止不动,一切行星都围绕地球做圆周运动。一切行星都围绕地球做圆周运动。行星的运动的认识：行星的运动的认识：太阳是宇宙的中心太阳是宇宙的中心,并且静止不动并且静止不动,一切行星都围绕太阳做圆
2、周运动。一切行星都围绕太阳做圆周运动。哥白尼哥白尼行星的运动的认识：行星的运动的认识：“地心说地心说”占领统治地位的时间较长，占领统治地位的时间较长，原因是由于它比较符合人们的日常经原因是由于它比较符合人们的日常经验，如：太阳从东边升起，从西边落验，如：太阳从东边升起，从西边落下。同时它也符合当时在政治上占统下。同时它也符合当时在政治上占统治地位的宗教神学观点。治地位的宗教神学观点。为什么为什么“地心说地心说”能占领较长的统治时间能占领较长的统治时间？真理最终战胜了谬误真理最终战胜了谬误：“日心说日心说”也并不是绝对正确的，因为也并不是绝对正确的，因为太阳只是太阳系的一个中心天体，而太太阳只是
3、太阳系的一个中心天体，而太阳系只是宇宙中众多星系之一，所以太阳系只是宇宙中众多星系之一，所以太阳并不是宇宙的中心，也不是静止不动阳并不是宇宙的中心，也不是静止不动的。的。“日心说日心说”，只是比，只是比“地心说地心说”更准确更准确一些罢了。一些罢了。二、开普勒三定律二、开普勒三定律 古人把天体的运动看得十分神圣，古人把天体的运动看得十分神圣，他们认为天体运动不同于地面物体的他们认为天体运动不同于地面物体的运动，天体做的是最完美、最和谐的运动，天体做的是最完美、最和谐的匀速圆周运动。匀速圆周运动。开普勒的导师是丹麦伟大的开普勒的导师是丹麦伟大的天文学家第谷，他对天体运动的天文学家第谷，他对天体运
4、动的看法与其他古人一样，也认为天看法与其他古人一样，也认为天体在做匀速圆周运动。体在做匀速圆周运动。开普勒开始受世俗及导师的开普勒开始受世俗及导师的影响，也认为天体在做匀速圆周影响，也认为天体在做匀速圆周运动。运动。二、开普勒三定律二、开普勒三定律做做一一做做用图钉和细绳画椭圆用图钉和细绳画椭圆半短轴半短轴b b焦距焦距c开普勒开普勒开普勒第一定开普勒第一定律律开普勒行星运动定律开普勒行星运动定律开普勒开普勒开普勒第二定开普勒第二定律律面积面积 对于每一个行星而言，太阳和行星的联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线在相等的时间内扫过相等的面积开普勒行星运动定律开普
5、勒行星运动定律离离太太阳阳近近时时速速度度快快离离太太阳阳远远时时速速度度慢慢开普勒开普勒开普勒第三定开普勒第三定律律周期周期所有行星的轨道的半长轴的三次方所有行星的轨道的半长轴的三次方跟跟公转公转周期的二次方的比值都相等周期的二次方的比值都相等开普勒行星运动定律开普勒行星运动定律kTa23一、一、“地心说地心说”与与“日心说日心说”地球是中心地球是中心太阳是中心太阳是中心宇宙无限宇宙无限（科学精神推动了认识发展）（科学精神推动了认识发展）二、行星运动定律二、行星运动定律开普勒三定律开普勒三定律1 1、轨道定律、轨道定律:-:-椭圆椭圆2 2、面积定律、面积定律:-:-V V近近远远3 3、周
6、期定律、周期定律:-:-R 3/T2=k小结小结（K是一个只与是一个只与中心天体中心天体质量有关的物理量）质量有关的物理量）高中阶段对行星运动的近似化研究：高中阶段对行星运动的近似化研究：虽然，行星的运动是椭圆轨道，运动速度大小不虽然，行星的运动是椭圆轨道，运动速度大小不断的变化，但实际上，多数大行星的轨道与圆十分接断的变化，但实际上，多数大行星的轨道与圆十分接近，所以在中学阶段的研究中能够按圆处理，所以近，所以在中学阶段的研究中能够按圆处理，所以多数大行星绕太阳运动的多数大行星绕太阳运动的轨道十分接近圆轨道十分接近圆，太，太阳处在圆心。阳处在圆心。对某一行星来说，它绕太阳做圆周运动的角速对某
7、一行星来说，它绕太阳做圆周运动的角速度（线速度）大小不变，即度（线速度）大小不变，即行星做匀速圆周运动行星做匀速圆周运动。所有行星轨道半径的三次方跟它的公转周期的所有行星轨道半径的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等。二次方的比值都相等。总体来说，就是把总体来说，就是把行星的运动看作为匀速圆周运行星的运动看作为匀速圆周运动处理，对应的半长轴即为圆的半径动处理，对应的半长轴即为圆的半径。kTa23 材料材料：“第谷第谷20年一直观测火星，在他以前测量天体位置的误差年一直观测火星，在他以前测量天体位置的误差大约是大约是10，第谷把这个不确定性减小到，第谷把这个不确定性减小到2。为哥白尼的。为哥
8、白尼的学说提供了关健性支持。学说提供了关健性支持。”“开普开普七十余次尝试所得的结果都与第谷的观测数据有七十余次尝试所得的结果都与第谷的观测数据有至少至少8的角度偏差的角度偏差”，“对第谷的数据的精确性深信不对第谷的数据的精确性深信不疑疑这不容忽视的这不容忽视的88也许正是因为行星并非做完美的匀也许正是因为行星并非做完美的匀速圆周运动速圆周运动”。“第谷与开普第谷与开普勒勒的美妙组合。的美妙组合。”“布鲁诺由于坚持日心说被教庭活活烧死在鲜花广场。布鲁诺由于坚持日心说被教庭活活烧死在鲜花广场。”、在古代、在古代,人们对天体的运动存在人们对天体的运动存在着着“地心说地心说”和和“日心说日心说”两种
9、对两种对立的看法立的看法,“地心说地心说”认为认为_是是宇宙的中心宇宙的中心,是静止不动的是静止不动的;“日心日心说说”认为认为_是静止不动的是静止不动的;这两这两种认识都是种认识都是_(_(正确或错误正确或错误)的的地球地球太阳太阳错误错误练习练习:2 2、下列说法正确的有、下列说法正确的有 ()()A A、太阳系中的八大行星有一个共同太阳系中的八大行星有一个共同的轨道焦点的轨道焦点 B B、行星的运动方向总是沿着轨道的行星的运动方向总是沿着轨道的切线方向切线方向 C C、行星的运动方向总是与它和太阳行星的运动方向总是与它和太阳的连线垂直的连线垂直 D D、日心说的说法是正确的日心说的说法是
10、正确的 A B3 3、关于、关于行星的运动行星的运动,下列说法正确的是下列说法正确的是 ()()A A、行星轨道的半长轴越长行星轨道的半长轴越长,自转的周期就自转的周期就越大越大B B、行星轨道的半长轴越长行星轨道的半长轴越长,公转的周期就公转的周期就越大越大C C、行星轨道的半长轴越短行星轨道的半长轴越短,公转的周期就公转的周期就越大越大D D、“海王星海王星”离太阳最远离太阳最远,绕太阳运动的绕太阳运动的公转周期最长公转周期最长BD4 4、有两个行星，它们绕太阳运转的轨道有两个行星，它们绕太阳运转的轨道半径之比是半径之比是1 1：2 2，则它们绕太阳运转的周，则它们绕太阳运转的周期之比为期
11、之比为 。5 5、有两个人造地球卫星，它们绕地球运有两个人造地球卫星，它们绕地球运转的轨道半径之比是转的轨道半径之比是1 1：2 2，则它们绕地球，则它们绕地球运转的周期之比为运转的周期之比为 。22:122:16 6、宇宙飞船围绕太阳在近似圆形的轨道、宇宙飞船围绕太阳在近似圆形的轨道上运动，若轨道半径是地球轨道半径的上运动，若轨道半径是地球轨道半径的9 9倍，则宇宙飞船绕太阳运行的周期是倍，则宇宙飞船绕太阳运行的周期是 （）A A、3 3年年 B B、9 9年年 C C、2727年年 D D、8181年年C7 7、木星绕太阳转动的周期为地球绕太阳、木星绕太阳转动的周期为地球绕太阳转动的周期的
12、转动的周期的1212倍，则木星绕太阳运行的倍，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轨道半长轴约为地球绕太阳运行轨道半长轴的轴的倍倍.53231RR8 8、两个行星的质量分别是、两个行星的质量分别是m m1 1、m m2 2，它们它们绕太阳运行的轨道半长轴分别是绕太阳运行的轨道半长轴分别是R R1 1和和R R2 2，则它们的公转周期之比为多少？则它们的公转周期之比为多少？设轨道接近于圆周，两者的运动线速设轨道接近于圆周，两者的运动线速度、角速度、向心加速度之比为多少？度、角速度、向心加速度之比为多少？第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天开普勒行星运动定律开普勒行星运动定
13、律第一定律：第一定律：所有行星绕太阳的轨道都是椭圆，所有行星绕太阳的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上。太阳处在椭圆的一个焦点上。第二定律：第二定律：对任意一个行星来说，它与太阳的对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间内扫过相等的面积连线在相等的时间内扫过相等的面积第三定律：第三定律：所有行星的椭圆轨道的半长轴的三所有行星的椭圆轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等。次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等。即即kTa23k k值与中心天体有关，值与中心天体有关，而与环绕天体无关而与环绕天体无关 什么力来维持行星绕太阳的什么力来维持行星绕太阳的运动呢？运动呢？。2、牛
14、顿：牛顿：如果太阳和行星间的引力与距离的二次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方成反比，则行星的轨迹是椭圆.并且阐述了普遍并且阐述了普遍意义下的万有引力定律。意义下的万有引力定律。1 1、设行星的质量为、设行星的质量为m m，速度为，速度为v v，行星到太阳，行星到太阳的距离为的距离为r r，则行星绕太阳做匀速圆周运动的，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向心力太阳对行星的引力来提供rvF2m追寻牛顿的足迹追寻牛顿的足迹2 2、天文观测难以直接得到行星的速度、天文观测难以直接得到行星的速度v v，但可以得到行星的公转周期，但可以得到行星的公转周
15、期T TTrv2224TmrF代入代入rvF2m追寻牛顿的足迹追寻牛顿的足迹有有3、根据开普勒第三定律、根据开普勒第三定律kTr23krT32224rmkF即即所以所以224TmrF代入得代入得追寻牛顿的足迹追寻牛顿的足迹4、太阳对行星的引力、太阳对行星的引力 2rmF 即即追寻牛顿的足迹追寻牛顿的足迹 太阳对不同行星的引力，与太阳对不同行星的引力，与行星的质行星的质量成正比量成正比，与行星和太阳间的，与行星和太阳间的距离的二距离的二次方成反比次方成反比。224rmkF 根据牛顿第三定律，行星对太阳引根据牛顿第三定律，行星对太阳引力力F应满足应满足追寻牛顿的足迹追寻牛顿的足迹2,rMFFF行星
16、行星太阳太阳2rMmF 2rMmGF 概括起来有概括起来有G比例系数，与太阳、行星的质量无关比例系数，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方向：沿着太阳和行星的连线追寻牛顿的足迹追寻牛顿的足迹 如果要验证太阳与行星间的引力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，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数据？观测前你对这些数据的规律有什么假设？有什么假设？2rmF 1、太阳对行星的引力：太阳对不同行、太阳对行星的引力：太阳对不同行星的引
17、力，与行星的质量星的引力，与行星的质量m成正比，与成正比，与太阳到行星间的距离太阳到行星间的距离r的二次方成反比的二次方成反比2、行星对太阳的引力：与太阳、行星对太阳的引力：与太阳的质量的质量M成正比，与行星到太阳成正比，与行星到太阳的距离的距离r的二次方成反比的二次方成反比3、太阳与行星间的引力：与太阳的、太阳与行星间的引力：与太阳的质量质量M、行星的质量、行星的质量m成正比，与成正比，与两者距离的二次方成反比两者距离的二次方成反比（1 1）G G是比例系数，与行星、太阳均无关是比例系数，与行星、太阳均无关（2 2）引力的方向沿太阳和行星的连线）引力的方向沿太阳和行星的连线2rMmGF 2,rMF 行星绕太阳运动遵守这个规律，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那么在其他地方是否适用这个规律呢？呢？
