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1、第三章第三章万有引力定律及其应用万有引力定律及其应用人类对天体运动规律的探索人类对天体运动规律的探索第三章万有引力定律及其应用全章结构万有引力定律万有引力定律应用应用宇宙速度宇宙速度人造卫星人造卫星天体表面的重力加速度天体表面的重力加速度天体质量的计算天体质量的计算1人类对天体运动的认识两种天体运动认识史上影响很大的学说：两种天体运动认识史上影响很大的学说：两种天体运动认识史上影响很大的学说：两种天体运动认识史上影响很大的学说：地心说、日心说地心说、日心说地心说、日心说地心说、日心说。第一节万有引力定律地心说地心说地心说地心说(托勒密托勒密托勒密托勒密,公元公元公元公元2 2 2 2世纪世纪世
2、纪世纪)：地球是宇宙中心地球是宇宙中心地球是宇宙中心地球是宇宙中心,是静止不动的是静止不动的是静止不动的是静止不动的,太阳太阳太阳太阳、月亮月亮月亮月亮及其它行星绕地球运动及其它行星绕地球运动及其它行星绕地球运动及其它行星绕地球运动日心说日心说日心说日心说(哥白尼哥白尼哥白尼哥白尼,公元公元公元公元16161616世纪世纪世纪世纪)：太阳是宇宙中太阳是宇宙中太阳是宇宙中太阳是宇宙中心心心心,是静止不动的是静止不动的是静止不动的是静止不动的,地球地球地球地球和其它行星绕太阳运动和其它行星绕太阳运动和其它行星绕太阳运动和其它行星绕太阳运动1人类对天体运动的认识日心说提出的重要意义：日心说提出的重要
3、意义：日心说提出的重要意义：日心说提出的重要意义：不仅是认识水平不仅是认识水平不仅是认识水平不仅是认识水平上的重大突破，更重要的是冲破了教会神学对上的重大突破，更重要的是冲破了教会神学对上的重大突破，更重要的是冲破了教会神学对上的重大突破，更重要的是冲破了教会神学对人们思想上的禁锢。人们思想上的禁锢。人们思想上的禁锢。人们思想上的禁锢。第一节万有引力定律哥白尼的哥白尼的天体运行天体运行论论及其使用过的观测、及其使用过的观测、计算仪器复制品计算仪器复制品2、开普勒行星运动三大定律虽然虽然虽然虽然“日心说日心说日心说日心说”纠正了纠正了纠正了纠正了“地心说地心说地心说地心说”的错误，的错误，的错误
4、，的错误，但但但但开普勒开普勒开普勒开普勒(1571(1571(1571(15711630)1630)1630)1630)发现，发现，发现，发现，“日心说日心说日心说日心说”与他与他与他与他的老师第谷的老师第谷的老师第谷的老师第谷(1546(1546(1546(15461601)1601)1601)1601)的观测资料之间有明的观测资料之间有明的观测资料之间有明的观测资料之间有明显的误差，开普勒坚信他老师的观测数据是正显的误差，开普勒坚信他老师的观测数据是正显的误差，开普勒坚信他老师的观测数据是正显的误差，开普勒坚信他老师的观测数据是正确的，于是进一步深入研究，提出了行星运动确的，于是进一步深
5、入研究，提出了行星运动确的，于是进一步深入研究，提出了行星运动确的，于是进一步深入研究，提出了行星运动三大定律。三大定律。三大定律。三大定律。第一节万有引力定律16091609年年年年发表第、二定发表第、二定发表第、二定发表第、二定律，律，律，律，16191619年发表第三定律。年发表第三定律。年发表第三定律。年发表第三定律。从此行星按照开普勒定律有从此行星按照开普勒定律有从此行星按照开普勒定律有从此行星按照开普勒定律有条不紊地遨游太空，开普勒条不紊地遨游太空，开普勒条不紊地遨游太空，开普勒条不紊地遨游太空，开普勒成了成了成了成了“天空立法者天空立法者天空立法者天空立法者”。第一节万有引力定律
6、开普勒第一定律（轨道定律）开普勒第一定律（轨道定律）所有行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆所有行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆,太阳处在这些椭圆的一个公共焦点上。太阳处在这些椭圆的一个公共焦点上。开普勒第二定律（面积定律）开普勒第二定律（面积定律）对于每一个行星而对于每一个行星而言，太阳和行星的联线言，太阳和行星的联线在相等的时间内扫过相在相等的时间内扫过相等的面积。等的面积。开普勒第三定律（周期定律）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。转周期的二次方的比值都相等。2、开普勒行星运动三大定律开普勒行星运动三定律的发
7、现，不仅澄清开普勒行星运动三定律的发现，不仅澄清开普勒行星运动三定律的发现，不仅澄清开普勒行星运动三定律的发现，不仅澄清了多年来人们对天体运动神秘、模糊、错误的了多年来人们对天体运动神秘、模糊、错误的了多年来人们对天体运动神秘、模糊、错误的了多年来人们对天体运动神秘、模糊、错误的认识，推动了对天体动力学的研究，也为万有认识，推动了对天体动力学的研究，也为万有认识，推动了对天体动力学的研究，也为万有认识，推动了对天体动力学的研究，也为万有引力定律的建立奠定了坚实基础。引力定律的建立奠定了坚实基础。引力定律的建立奠定了坚实基础。引力定律的建立奠定了坚实基础。第一节万有引力定律3、万有引力定律的发现
8、第一节万有引力定律理所应当的做这种完美的圆周运动。理所应当的做这种完美的圆周运动。理所应当的做这种完美的圆周运动。理所应当的做这种完美的圆周运动。在行星的周围有旋转的物质作用在行星在行星的周围有旋转的物质作用在行星在行星的周围有旋转的物质作用在行星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。上，使得行星绕太阳运动。上，使得行星绕太阳运动。上，使得行星绕太阳运动。受到了太阳对它的引力，证明了如果行受到了太阳对它的引力，证明了如果行受到了太阳对它的引力，证明了如果行受到了太阳对它的引力，证明了如果行星的轨道是圆形的，其所受的引力大小星的轨道是圆形的，其所受的引力大小星的轨道是圆形的，
9、其所受的引力大小星的轨道是圆形的，其所受的引力大小跟行星到太阳的距离的二次方成反比。跟行星到太阳的距离的二次方成反比。跟行星到太阳的距离的二次方成反比。跟行星到太阳的距离的二次方成反比。一切物体都有合并的趋势，这种趋势导一切物体都有合并的趋势，这种趋势导一切物体都有合并的趋势，这种趋势导一切物体都有合并的趋势，这种趋势导致物体做圆周运动。致物体做圆周运动。致物体做圆周运动。致物体做圆周运动。受到了来自太阳的类似于磁力的作用。受到了来自太阳的类似于磁力的作用。受到了来自太阳的类似于磁力的作用。受到了来自太阳的类似于磁力的作用。请阅读教材请阅读教材请阅读教材请阅读教材P.48P.481717171
10、7世纪前：世纪前：世纪前：世纪前：胡克、胡克、胡克、胡克、哈雷等：哈雷等：哈雷等：哈雷等：伽利略：伽利略：伽利略：伽利略：开普勒：开普勒：开普勒：开普勒：笛卡儿：笛卡儿：笛卡儿：笛卡儿：牛顿：牛顿：牛顿：牛顿：为什么行星会按如此规律运动呢？为什么行星会按如此规律运动呢？第一节万有引力定律3、万有引力定律的发现观察提问：观察提问：观察提问：观察提问：为什么苹果会落地？为什么苹果会落地？为什么苹果会落地？为什么苹果会落地？为什么月球不落地？为什么月球不落地？为什么月球不落地？为什么月球不落地？假设分析：假设分析：假设分析：假设分析：如果条件满足，苹果能绕地球运动，如果条件满足，苹果能绕地球运动，如
11、果条件满足，苹果能绕地球运动，如果条件满足，苹果能绕地球运动，月球也会落向地面。月球也会落向地面。月球也会落向地面。月球也会落向地面。猜想：猜想：猜想：猜想：既然苹果与月球可以有相似的运动，既然苹果与月球可以有相似的运动，既然苹果与月球可以有相似的运动，既然苹果与月球可以有相似的运动，很可能是苹果所受重力与月球所受引力很可能是苹果所受重力与月球所受引力很可能是苹果所受重力与月球所受引力很可能是苹果所受重力与月球所受引力有相同的性质。有相同的性质。有相同的性质。有相同的性质。猜想：猜想：猜想：猜想：行星绕太阳、卫星绕行星的运动也相似，行星绕太阳、卫星绕行星的运动也相似，行星绕太阳、卫星绕行星的运
12、动也相似，行星绕太阳、卫星绕行星的运动也相似，所需要的力性质也应该相同。所需要的力性质也应该相同。所需要的力性质也应该相同。所需要的力性质也应该相同。猜想：猜想：猜想：猜想：天体之间，地球与物体之间有引力，天体之间，地球与物体之间有引力，天体之间，地球与物体之间有引力，天体之间，地球与物体之间有引力，那么，宇宙中一切物体之间也应该存在那么，宇宙中一切物体之间也应该存在那么，宇宙中一切物体之间也应该存在那么，宇宙中一切物体之间也应该存在着相互吸引力。着相互吸引力。着相互吸引力。着相互吸引力。第一节万有引力定律4、万有引力定律的检验地球形状的预测：地球形状的预测：地球形状的预测：地球形状的预测：牛
13、顿根据万有引力定律牛顿根据万有引力定律牛顿根据万有引力定律牛顿根据万有引力定律推算出地球的形状像推算出地球的形状像推算出地球的形状像推算出地球的形状像橘子橘子橘子橘子赤道部分隆起，赤道部分隆起，赤道部分隆起，赤道部分隆起，而笛卡尔根据漩涡假设推算出地球的形状像柠而笛卡尔根据漩涡假设推算出地球的形状像柠而笛卡尔根据漩涡假设推算出地球的形状像柠而笛卡尔根据漩涡假设推算出地球的形状像柠檬檬檬檬两极伸长。两极伸长。两极伸长。两极伸长。17351735年年年年,法国科学院派出两支测量队分赴赤法国科学院派出两支测量队分赴赤法国科学院派出两支测量队分赴赤法国科学院派出两支测量队分赴赤道和高纬度地区道和高纬度
14、地区道和高纬度地区道和高纬度地区,测量结果证明牛顿是正确的。测量结果证明牛顿是正确的。测量结果证明牛顿是正确的。测量结果证明牛顿是正确的。哈雷彗星的回归：哈雷彗星的回归：哈雷彗星的回归：哈雷彗星的回归：哈雷根据万有引力定律哈雷根据万有引力定律哈雷根据万有引力定律哈雷根据万有引力定律,并结合自己的观察并结合自己的观察并结合自己的观察并结合自己的观察,推算出彗星的周期约推算出彗星的周期约推算出彗星的周期约推算出彗星的周期约7676年年年年(15311531-16071607-16821682),),),),将于将于将于将于17581758年再次光临地球。年再次光临地球。年再次光临地球。年再次光临地
15、球。17581758年年年年,彗星如期回归彗星如期回归彗星如期回归彗星如期回归,成为当时破天荒的成为当时破天荒的成为当时破天荒的成为当时破天荒的奇观奇观奇观奇观这个彗星因此被命名为哈雷彗星。这个彗星因此被命名为哈雷彗星。这个彗星因此被命名为哈雷彗星。这个彗星因此被命名为哈雷彗星。万有引力常数的测量万有引力常数的测量万有引力常数的测量万有引力常数的测量（17981798年）年）年）年）。海王星的发现海王星的发现海王星的发现海王星的发现（18461846年）年）年）年）。第一节万有引力定律5、万有引力定律宇宙间任意两个有质量的物体间都存宇宙间任意两个有质量的物体间都存在着相互吸引力，其大小与两物体
16、的质量在着相互吸引力，其大小与两物体的质量乘积成正比乘积成正比,与它们间距离的平方成反比。与它们间距离的平方成反比。这个结论就称为这个结论就称为万有引力定律万有引力定律。数学表达式：数学表达式：其中其中G6.6710-11Nm2/kg2，称为称为万万有引力常数有引力常数。其数值是在牛顿发现了万有。其数值是在牛顿发现了万有引力定律之后一百多年才由卡文迪许用扭引力定律之后一百多年才由卡文迪许用扭秤实验巧妙而精确地测量出来。秤实验巧妙而精确地测量出来。1 1、“地心说地心说”的代表人物是的代表人物是_；“日心说日心说”是由是由_提出的。提出的。2 2、地球绕太阳的运动可看成、地球绕太阳的运动可看成_
17、运动，它的周期是运动，它的周期是_天，它到天，它到太阳的平均距离为太阳的平均距离为_m。3 3、月亮绕地球的运动可看成、月亮绕地球的运动可看成_运动，它的周期是运动，它的周期是_ _天，它到天，它到地球的平均距离为地球的平均距离为_m。托勒密托勒密哥白尼哥白尼 匀速圆周匀速圆周 3651.51011匀速圆周匀速圆周 3.810827.3第一节万有引力定律常识题常识题常识题常识题：课本课本P.49“讨论与交流讨论与交流”2课本课本P.49“讨论与交流讨论与交流”1课本课本P.49“实践与拓展实践与拓展”2课本课本P.49“练习练习”第第4题题讨论与交流讨论与交流讨论与交流讨论与交流：第一节万有引
18、力定律第一节课堂小结1、开普勒行星运动三定律 轨道定律轨道定律；面积定律面积定律；周期定律。周期定律。2、万有引力定律宇宙间任意两个有质量的物体间都存在宇宙间任意两个有质量的物体间都存在着相互吸引力，其大小与两物体的质量乘积着相互吸引力，其大小与两物体的质量乘积成正比，与它们间距离的平方成反比。这个成正比，与它们间距离的平方成反比。这个结论就称为万有引力定律。结论就称为万有引力定律。其中其中其中其中G G=6.6710=6.6710-11-11NmNm2 2/kg/kg2 2，叫引力常数叫引力常数叫引力常数叫引力常数。P.50 第第1、2题题作业作业P.50 第第4题题第一节作业必做：必做：必
19、做：必做：名师伴你行名师伴你行名师伴你行名师伴你行P.39-40 P.39-40 第第第第3 3、1111题题题题（写在作业本上）（写在作业本上）（写在作业本上）（写在作业本上）选做：选做：选做：选做：名师伴你行名师伴你行名师伴你行名师伴你行P.39-40 P.39-40 第第第第1 1、2 2、4 4、6 6、8 8、9 9、1313题题题题（写在资料本上）（写在资料本上）（写在资料本上）（写在资料本上）地球地球地球地球月球月球月球月球1天体质量的计算实例：实例：已知月球绕地球做匀速圆周已知月球绕地球做匀速圆周运动，周期为运动，周期为T，月心到地心的距离为月心到地心的距离为r,请用以上已知条
20、件计算地球的质量。请用以上已知条件计算地球的质量。第二节万有引力定律的应用(一)思路：思路：地球对月球地球对月球的万有引力提供月球做的万有引力提供月球做圆周运动所需的向心力圆周运动所需的向心力,即：即：1天体质量的计算关于上述计算天体质量方法关于上述计算天体质量方法,请回答：请回答：能计算什么位置的天体质量？是圆能计算什么位置的天体质量？是圆心处的心处的,还是做匀速圆周运动的天体？还是做匀速圆周运动的天体？只能计算出位于圆心处的天体质量。只能计算出位于圆心处的天体质量。要知道做圆周运动的天体质量吗？要知道做圆周运动的天体质量吗？需要知道哪些量？需要知道哪些量？不要知道不要知道(因为在方程中被约
21、去因为在方程中被约去)。要知。要知道轨道半径和运行周期道轨道半径和运行周期(或线速度或线速度、角速度角速度)能计算无卫星的行星质量吗能计算无卫星的行星质量吗?不能。除非发射一颗人造卫星，使之绕不能。除非发射一颗人造卫星，使之绕行星匀速圆周运动，并测出行星匀速圆周运动，并测出T、r。第二节万有引力定律的应用(一)2理论的威力预测天体阅读课本阅读课本P.51-52 海王星的发现，不仅证明了万有引力海王星的发现，不仅证明了万有引力定律的正确性，也充分显示了理论对实践定律的正确性，也充分显示了理论对实践的巨大指导作用。的巨大指导作用。冥王星的发现同样说明了这一道理。冥王星的发现同样说明了这一道理。备注
22、：20062006年年8 8月月2424日，根据国际天日，根据国际天文学联合会大会通过的新定义，冥王星被文学联合会大会通过的新定义，冥王星被定义为定义为“矮行星矮行星”。第二节万有引力定律的应用(一)3测天体密度、表面重力加速度 测天体的密度测天体的密度为了测定某未知星球的密度为了测定某未知星球的密度,宇航员驾宇航员驾驶一艘飞船在该星球表面附近绕它做匀速圆驶一艘飞船在该星球表面附近绕它做匀速圆周运动周运动,测出周期为测出周期为T,试求该星球的密度。试求该星球的密度。解：由万有引力提供向心力，得：解：由万有引力提供向心力，得：第二节万有引力定律的应用(一)计算星球表面的重力加速度计算星球表面的重
23、力加速度已知星球的质量为已知星球的质量为M，半径为，半径为R，试求，试求星球表面的重力加速度星球表面的重力加速度g0 0和离表面高度为和离表面高度为h处的重力加速度处的重力加速度gh h。解：对星球表面的一个物体解：对星球表面的一个物体m，可认为，可认为它所受重力近似等于星球对它的万有引力它所受重力近似等于星球对它的万有引力第二节万有引力定律的应用(一)同理，得：同理，得：整理，得：整理，得：3测天体的密度、表面重力加速度两个行星的质量分别为两个行星的质量分别为m1、m2，它们，它们绕太阳运行的轨道半径分别是绕太阳运行的轨道半径分别是R1、R2，则，则它们的公转周期之比它们的公转周期之比T1:
24、T2=。第二节万有引力定律的应用(一)试证明：若将太阳系八大行星的轨道试证明：若将太阳系八大行星的轨道看做圆，则每颗行星的轨道半径的立方与看做圆，则每颗行星的轨道半径的立方与其公转周期的平方之比是一个常量，这个其公转周期的平方之比是一个常量，这个常量与行星无关而与太阳有关。常量与行星无关而与太阳有关。例题与练习例题与练习 已知某星球质量为地球的已知某星球质量为地球的9倍倍,半径为地半径为地球的一半球的一半,若从地面上高若从地面上高h处平抛一物体处平抛一物体,射射程为程为60m,则在该星球上则在该星球上,从同样高度从同样高度,以同样以同样的初速度平抛物体的初速度平抛物体,射程为射程为m。第二节万
25、有引力定律的应用(一)10例题与练习例题与练习 第二节应用(一)课堂小结1天体质量的计算原理与方法：抓住万有引力的作用效果。原理与方法：抓住万有引力的作用效果。原理与方法：抓住万有引力的作用效果。原理与方法：抓住万有引力的作用效果。即：小天体绕大天体做匀速圆周运动所需要的即：小天体绕大天体做匀速圆周运动所需要的即：小天体绕大天体做匀速圆周运动所需要的即：小天体绕大天体做匀速圆周运动所需要的向心力由大天体对小天体的万有引力提供向心力由大天体对小天体的万有引力提供向心力由大天体对小天体的万有引力提供向心力由大天体对小天体的万有引力提供2测天体表面的重力加速度原理与方法：原理与方法：原理与方法：原理
26、与方法：抓住万有引力的作用效果。抓住万有引力的作用效果。抓住万有引力的作用效果。抓住万有引力的作用效果。即：认为物体在星球表面所受重力近似地等于即：认为物体在星球表面所受重力近似地等于即：认为物体在星球表面所受重力近似地等于即：认为物体在星球表面所受重力近似地等于星球对物体的万有引力星球对物体的万有引力星球对物体的万有引力星球对物体的万有引力P.54 第第1题题作业作业P.60 第第2题题第二节万有引力定律的应用(一)作业必做：必做：必做：必做：名师伴你行名师伴你行名师伴你行名师伴你行P.39-40 P.39-40 第第第第5 5、7 7(判断周期判断周期判断周期判断周期)、1212题题题题(
27、按计算题要求写在作按计算题要求写在作按计算题要求写在作按计算题要求写在作业本上业本上业本上业本上)选做：选做：选做：选做：名师伴你行名师伴你行名师伴你行名师伴你行P.39-40 P.39-40 其余其余其余其余题题题题（写在资料本上）（写在资料本上）（写在资料本上）（写在资料本上）第二节作业(一)讲评课本课本 P.541、解：、解：地球绕太阳地球绕太阳(设设质量为质量为M)做圆做圆周运动的向心力由太阳对地球的万有引力周运动的向心力由太阳对地球的万有引力提供，即提供，即第二节作业(一)讲评课本课本 P.602、解：、解：月球绕地球月球绕地球(设质量为设质量为M)做圆做圆周运动的向心力由地球对月球
28、的万有引力周运动的向心力由地球对月球的万有引力提供，即提供，即设轨道变化前后，月球绕地球公转的设轨道变化前后，月球绕地球公转的周期分别为周期分别为T1、T2，则，则第二节作业(一)讲评名师名师P.39-405、解：、解：物体在火星或地球表面的重物体在火星或地球表面的重力等于火星或地球对它的万有引力，即力等于火星或地球对它的万有引力，即所以，火星与地球表面的重力加速度所以，火星与地球表面的重力加速度之比为之比为第二节作业(一)讲评名师名师 P.39-407、解：、解：月球绕地球做圆周运动的向月球绕地球做圆周运动的向心力由地球对月球的万有引力提供，即心力由地球对月球的万有引力提供，即因地球质量因地
29、球质量M变大，故变大，故T变小，选变小，选D。12、解：、解：由万有引力提供向心力可得由万有引力提供向心力可得故选项故选项C正确。正确。1牛顿的设想在山顶上的在山顶上的一门大炮，水平一门大炮，水平发射炮弹，若速发射炮弹，若速度足够大，炮弹度足够大，炮弹将环绕地球做匀将环绕地球做匀速圆周运动而不速圆周运动而不落回地面。落回地面。这个速度叫这个速度叫第一宇宙速度第一宇宙速度，也叫环绕速度。也叫环绕速度。第二节万有引力定律的应用(二)牛顿的人造卫星牛顿的人造卫星牛顿的人造卫星牛顿的人造卫星原理图，但没有算出原理图，但没有算出原理图，但没有算出原理图，但没有算出第一宇宙速度。第一宇宙速度。第一宇宙速度
30、。第一宇宙速度。方法二：方法二：由由得得2第一宇宙速度概念：概念：在在地面附近地面附近绕地球做匀速圆周绕地球做匀速圆周运动所必须具有的速度运动所必须具有的速度。推导推导：（两种方法）两种方法）方法一方法一：由由得得第二节万有引力定律的应用(二)3第二、第三宇宙速度第二节万有引力定律的应用(二)得得即：在不同圆轨道上运行的人造卫星即：在不同圆轨道上运行的人造卫星,轨道半径越大，绕行速度越小。轨道半径越大，绕行速度越小。4人造卫星的轨道、速度轨道：轨道：人造卫星绕地球运动的圆心一人造卫星绕地球运动的圆心一定与地心重合，因为它做匀速圆周运动的定与地心重合，因为它做匀速圆周运动的向心力来源于地球对它的
31、万有引力。向心力来源于地球对它的万有引力。速度速度：根据根据讨论与交流讨论与交流讨论与交流讨论与交流：1 1、试推导：在不同圆轨道运行的人造地球、试推导：在不同圆轨道运行的人造地球、试推导：在不同圆轨道运行的人造地球、试推导：在不同圆轨道运行的人造地球卫星，其周期、角速度跟轨道高度的关系式卫星，其周期、角速度跟轨道高度的关系式卫星，其周期、角速度跟轨道高度的关系式卫星，其周期、角速度跟轨道高度的关系式。第二节万有引力定律的应用(二)由：由：由：由：得：得：得：得：即，轨道越高，周期越大。即，轨道越高，周期越大。即，轨道越高，周期越大。即，轨道越高，周期越大。由：由：由：由：得：得：得：得：即，
32、轨道越高，角速度越小。即，轨道越高，角速度越小。即，轨道越高，角速度越小。即，轨道越高，角速度越小。由：由：由：由：得：得：得：得：即，轨道越高，线速度越小。即，轨道越高，线速度越小。即，轨道越高，线速度越小。即，轨道越高，线速度越小。2、有一位同学说：、有一位同学说：“第一宇宙速度是第一宇宙速度是能在地面附近绕地球运动而不落回地面需要能在地面附近绕地球运动而不落回地面需要的最小速度的最小速度”；另一位同学说：；另一位同学说：“第一宇宙第一宇宙速度是所有绕地球做圆周运动的卫星的最大速度是所有绕地球做圆周运动的卫星的最大速度速度”。他们的说法对吗？为什么？他们的说法对吗？为什么？讨论与交流讨论与
33、交流讨论与交流讨论与交流：两位同学的说法都对。他们是从不同角两位同学的说法都对。他们是从不同角度度(不同范围不同范围)来理解第一宇宙速度的。来理解第一宇宙速度的。注意：注意：第二位同学的说法，这些卫星的第二位同学的说法，这些卫星的轨道必须是轨道必须是圆轨道圆轨道。如果不是圆轨道，卫星。如果不是圆轨道，卫星速度仍能超过速度仍能超过7.9km/s而不脱离地球。而不脱离地球。第二节万有引力定律的应用(二)讨论与交流讨论与交流讨论与交流讨论与交流：3 3、阅读、阅读、阅读、阅读P.54P.54的的的的“同步卫星同步卫星同步卫星同步卫星”，理解推导过，理解推导过，理解推导过，理解推导过程。并思考：若地球
34、质量未知，如何求轨道高程。并思考：若地球质量未知，如何求轨道高程。并思考：若地球质量未知，如何求轨道高程。并思考：若地球质量未知，如何求轨道高度？需要已知什么量？度？需要已知什么量？度？需要已知什么量？度？需要已知什么量？第二节万有引力定律的应用(二)对卫星：对卫星：对卫星：对卫星：在地面：在地面：在地面：在地面：解得：解得：解得：解得：即需要知道地球的半径即需要知道地球的半径即需要知道地球的半径即需要知道地球的半径R R地地地地、自转周期、自转周期、自转周期、自转周期T T地地地地、和地球表面的重力加速度和地球表面的重力加速度和地球表面的重力加速度和地球表面的重力加速度 g g地地地地。第二
35、节应用(二)课堂小结1第一宇宙速度概念：概念：概念：概念：在在地面附近地面附近绕地球运动所必须具绕地球运动所必须具有的最小速度。也是所有绕地球做匀速圆周有的最小速度。也是所有绕地球做匀速圆周运动的最大速度。运动的最大速度。推导：推导：推导：推导：有两种方法。有两种方法。有两种方法。有两种方法。2人造卫星的轨道、速度、周期等轨道：轨道：轨道：轨道：人造卫星的轨道圆心一定与地心重人造卫星的轨道圆心一定与地心重人造卫星的轨道圆心一定与地心重人造卫星的轨道圆心一定与地心重合，因为它做匀速圆周运动的向心力来源于地合，因为它做匀速圆周运动的向心力来源于地合，因为它做匀速圆周运动的向心力来源于地合，因为它做
36、匀速圆周运动的向心力来源于地球对它的万有引力。球对它的万有引力。球对它的万有引力。球对它的万有引力。速度、周期等速度、周期等速度、周期等速度、周期等：卫星的线速度、角速度、卫星的线速度、角速度、卫星的线速度、角速度、卫星的线速度、角速度、周期大小都跟半径有关。半径越大周期大小都跟半径有关。半径越大周期大小都跟半径有关。半径越大周期大小都跟半径有关。半径越大,线速度越小线速度越小线速度越小线速度越小,周期越大周期越大周期越大周期越大,角速度越小。角速度越小。角速度越小。角速度越小。第二节应用(二)课堂小结3同步卫星概念：概念：概念：概念：是指与地球相对静止的卫星。它是指与地球相对静止的卫星。它绕
37、地球转动的周期绕地球转动的周期(角速度角速度)与地球的自转周与地球的自转周期期(角速度角速度)相等。相等。特征：特征：特征：特征：所有地球同步卫星的轨道都位于赤所有地球同步卫星的轨道都位于赤所有地球同步卫星的轨道都位于赤所有地球同步卫星的轨道都位于赤道上空，轨道高度相同，等于道上空，轨道高度相同，等于道上空，轨道高度相同，等于道上空，轨道高度相同，等于3.63.6 10107 7mm。P.54 第第4、5题题作业作业P.60 第第3、4题题第二节万有引力的应用(二)作业第二节作业(二)讲评课本课本 P.544、解：、解：设中子星的第一宇宙速度为设中子星的第一宇宙速度为v,即即某物体以速度某物体
38、以速度v在中子星表面附近绕中子星做在中子星表面附近绕中子星做匀速圆周运动时匀速圆周运动时,由万有引力提供向心力由万有引力提供向心力第二节作业(二)讲评课本课本 P.545、解：、解：对航天飞机对航天飞机,万有引力提供向心万有引力提供向心力力,即：即：对地球表面的物体对地球表面的物体m,万有引力等于重力万有引力等于重力,即：即：联立二式，解得联立二式，解得第二节作业(二)讲评课本课本 P.603、解：、解：设星球质量为设星球质量为M，半径为，半径为R，环绕速度为环绕速度为v，则，则得得第二节作业(二)讲评课本课本 P.604、解：、解：根据题给竖直上抛运动的条根据题给竖直上抛运动的条件，得该星球
39、表面的重力加速度为件，得该星球表面的重力加速度为沿星球表面平抛而不落回星球的最小沿星球表面平抛而不落回星球的最小速度满足速度满足1飞向太空的桥梁火箭牛顿发现了万有引力定律后，指出了摆脱牛顿发现了万有引力定律后，指出了摆脱牛顿发现了万有引力定律后，指出了摆脱牛顿发现了万有引力定律后，指出了摆脱地球引力的首要条件是要有足够大的速度，但地球引力的首要条件是要有足够大的速度，但地球引力的首要条件是要有足够大的速度，但地球引力的首要条件是要有足够大的速度，但没有算出大小，更没有想过如何达到。没有算出大小，更没有想过如何达到。没有算出大小，更没有想过如何达到。没有算出大小，更没有想过如何达到。第三节飞向太
40、空俄国的齐奥尔科夫斯基俄国的齐奥尔科夫斯基俄国的齐奥尔科夫斯基俄国的齐奥尔科夫斯基从理论上回答了这些问题：从理论上回答了这些问题：从理论上回答了这些问题：从理论上回答了这些问题：利用喷气反作用力原理推进利用喷气反作用力原理推进利用喷气反作用力原理推进利用喷气反作用力原理推进火箭，是最为有效的航天工火箭，是最为有效的航天工火箭，是最为有效的航天工火箭，是最为有效的航天工具具具具，并天才地提出了多级火，并天才地提出了多级火，并天才地提出了多级火，并天才地提出了多级火箭的设想，提出要用液氧作箭的设想，提出要用液氧作箭的设想，提出要用液氧作箭的设想，提出要用液氧作为氧化剂，用液氢作燃烧剂。为氧化剂，用
41、液氢作燃烧剂。为氧化剂，用液氢作燃烧剂。为氧化剂，用液氢作燃烧剂。正是由于这些天才的思想和正是由于这些天才的思想和正是由于这些天才的思想和正是由于这些天才的思想和卓越的工作，他被后人公认卓越的工作，他被后人公认卓越的工作，他被后人公认卓越的工作，他被后人公认为为为为“航天之父航天之父航天之父航天之父”。第三节飞向太空2梦想成真遨游太空人类太空探索的部分重要成就人类太空探索的部分重要成就（参看参看课本课本P.57图片图片）。“神舟五号神舟五号”飞行过程模拟。飞行过程模拟。神舟五号飞船发射过程点火发射点火发射点火发射点火发射程序转弯程序转弯程序转弯程序转弯逃逸塔分离逃逸塔分离逃逸塔分离逃逸塔分离助
42、推器分离助推器分离助推器分离助推器分离一级火箭分离一级火箭分离一级火箭分离一级火箭分离抛整流罩抛整流罩抛整流罩抛整流罩二级主发动机熄火二级主发动机熄火二级主发动机熄火二级主发动机熄火箭船分箭船分箭船分箭船分离离离离推进舱帆板展开推进舱帆板展开推进舱帆板展开推进舱帆板展开帆板对日定向帆板对日定向帆板对日定向帆板对日定向轨道舱帆板展开轨道舱帆板展开轨道舱帆板展开轨道舱帆板展开神舟五号飞船运行轨道20032003年年年年1010月月月月1515日，日，日，日，“神舟五号神舟五号神舟五号神舟五号”绕地球飞行绕地球飞行绕地球飞行绕地球飞行1414圈，圈，圈，圈，历时历时历时历时21h21h。200520
43、05年年年年1010月月月月1212日日日日9:009:001717日日日日4:334:33，“神舟六号神舟六号神舟六号神舟六号”绕地球飞行绕地球飞行绕地球飞行绕地球飞行7676圈，历时圈，历时圈，历时圈，历时115h32m115h32m神舟五号飞船返回过程第一次调姿第一次调姿第一次调姿第一次调姿轨道舱分离轨道舱分离轨道舱分离轨道舱分离第二次调姿呈倒飞状态第二次调姿呈倒飞状态第二次调姿呈倒飞状态第二次调姿呈倒飞状态推进舱发动机点火，降低轨道高度推进舱发动机点火，降低轨道高度推进舱发动机点火，降低轨道高度推进舱发动机点火，降低轨道高度离封板分离离封板分离离封板分离离封板分离推推推推进舱分离进舱分
44、离进舱分离进舱分离返回舱建立返回状态返回舱建立返回状态返回舱建立返回状态返回舱建立返回状态进黑障区进黑障区进黑障区进黑障区出黑障区出黑障区出黑障区出黑障区神舟五号飞船着陆过程抛伞舱盖抛伞舱盖抛伞舱盖抛伞舱盖拉出引导伞拉出引导伞拉出引导伞拉出引导伞拉出减速伞拉出减速伞拉出减速伞拉出减速伞拉出主减速拉出主减速拉出主减速拉出主减速伞伞伞伞抛防热底抛防热底抛防热底抛防热底缓冲发动机点火着陆缓冲发动机点火着陆缓冲发动机点火着陆缓冲发动机点火着陆弹出信标天线，弹出信标天线，弹出信标天线，弹出信标天线，发出信标发出信标发出信标发出信标现场搜救现场搜救现场搜救现场搜救第三节飞向太空航天飞机是一种人类在太空中从
45、事探航天飞机是一种人类在太空中从事探测、研究、科学实验和军事应用等活动的测、研究、科学实验和军事应用等活动的航天飞行器。请回答下列问题：航天飞行器。请回答下列问题：航天飞机环绕地球做匀速圆周运航天飞机环绕地球做匀速圆周运动时，宇航员处于完全失重状态，则此时动时，宇航员处于完全失重状态，则此时宇航员宇航员A、不受任何力作用、不受任何力作用B、受力平衡、受力平衡C、仍受万有引力、仍受万有引力D、受到的万有引力正好提供向心力、受到的万有引力正好提供向心力例题与练习例题与练习例题与练习例题与练习 第三节飞向太空 下列仪器能在航天飞机中使用的是下列仪器能在航天飞机中使用的是A、弹簧测力计、弹簧测力计 B
46、、水银气压计、水银气压计C、天平、天平D、水银温度计、水银温度计 航天飞机表面贴特制陶瓷片的作用航天飞机表面贴特制陶瓷片的作用是是A、增加航天飞机的强度，防止受流星增加航天飞机的强度，防止受流星及太空垃圾撞击而损坏及太空垃圾撞击而损坏B、将太阳能转化为电能将太阳能转化为电能C、便于雷达跟踪、接收地面指令便于雷达跟踪、接收地面指令D、陶瓷片耐高温、隔热，能有效保护陶瓷片耐高温、隔热，能有效保护航天飞机安全起飞和返回地面航天飞机安全起飞和返回地面例题与练习例题与练习例题与练习例题与练习 全章复习知识结构人类对天体运动规律的探索历程人类对天体运动规律的探索历程（两种学说、三大定律、四位科学家）（两种
47、学说、三大定律、四位科学家）计算天体的计算天体的质量、密度、质量、密度、表面重力加速度表面重力加速度预测未知预测未知天体的存在天体的存在宇宙速度宇宙速度人造卫星人造卫星万有引力定律万有引力定律应用应用全章复习典型问题归纳1解题思路概括解题思路概括特点：特点：对本章问题对本章问题,不管情景如何不管情景如何,解题解题基本思路都是基本思路都是抓住万有引力的作用效果抓住万有引力的作用效果。具。具体分为两种情形：体分为两种情形：对绕天体做匀速圆周对绕天体做匀速圆周运动的物体运动的物体,万有引力提供向心力；万有引力提供向心力；对在对在星球表面的物体星球表面的物体,若不考虑物体随星球自转若不考虑物体随星球自
48、转所需向心力所需向心力,万有引力等于重力万有引力等于重力mg；技能：技能：从基本思路出发从基本思路出发,列出原始方程列出原始方程,注意根据已知量注意根据已知量、待求量待求量,选用适当的向心力选用适当的向心力公式公式,或将万有引力置换为重力或将万有引力置换为重力,然后根据题然后根据题目要求进行表达式变形目要求进行表达式变形,得出所需结果得出所需结果。问题：问题：课本课本P.50第第3题、题、P.60第第11 题题全章复习典型问题归纳2 2卫星运行的规律卫星运行的规律运动状态：运动状态：做匀速圆周运动的卫星不是做匀速圆周运动的卫星不是处于平衡状态处于平衡状态,它有向心加速度它有向心加速度,所受合外
49、力所受合外力不为零。不为零。四个特征量：四个特征量：卫星的线速度、角速度、卫星的线速度、角速度、周期、向心加速度都与轨道半径有关周期、向心加速度都与轨道半径有关,与中与中心天体质量有关心天体质量有关,与卫星自身的质量无关。与卫星自身的质量无关。第一宇宙速度：第一宇宙速度：是指在是指在星球表面附近星球表面附近绕绕星球做匀速圆周运动所必须具有的速度，是星球做匀速圆周运动所必须具有的速度，是不落回星球表面不落回星球表面所需要的所需要的最小速度最小速度，也是在，也是在不同圆轨道不同圆轨道上绕星球运动的上绕星球运动的最大速度最大速度。名师伴你行名师伴你行P.43 第第1题题P.60 第第1、6题题作业作
50、业P.60 第第7、10题题全章复习作业全章复习作业讲评课本课本课本课本 P.60P.601 1、解：、解：、解：、解：设火星表面的重力加速度为设火星表面的重力加速度为设火星表面的重力加速度为设火星表面的重力加速度为g g，则，则，则，则课本课本 P.606、解：、解：在地面附近在地面附近对距地面对距地面h高处高处联立二式，得联立二式，得全章复习作业讲评课本课本 P.607、解：、解：设周期为设周期为T，则，则得得全章复习作业讲评课本课本 P.608、解：、解：根据万有引力等于重力，得根据万有引力等于重力，得故地球表面和星球表面的重力加速度故地球表面和星球表面的重力加速度之比之比又根据又根据故