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高一物理万有引力与航天.pptx
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1、新课标人教版课件系列高中物理必修必修第七章万有引力与航天7.1行星的运动教学目标教学目标 知识与技能知识与技能 1知道地心说和日心说的基本内容 2知道所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆,太阳处在椭圆的一个焦点上 3知道所有行星的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,且这个比值与行星的质量无关,但与太阳的质量有关 4理解人们对行星运动的认识过程是漫长复杂的,真理是来之不易的 过程与方法过程与方法 通过托勒密、哥白尼、第谷布拉赫、开普勒等几位科学家对行星运动的不同认识,了解人类认识事物本质的曲折性并加深对行星运动的理解情感、态度与价值观情感、态度与价值观 1澄清对天体运动裨秘、模糊
2、的认识,掌握人类认识自然规律的科学方法 2感悟科学是人类进步不竭的动力教学重点教学重点 理解和掌握开普勒行星运动定律,认识行星的运动学好本节有利于对宇宙中行星的运动规律的认识,掌握人类认识自然规律的科学方法,并有利于对人造卫星的学习教学难点教学难点 对开普勒行星运动定律的理解和应用,通过本节的学习可以澄清人们对天体运动神秘、模糊的认识教学方法教学方法探究、讲授、讨论、练习教具准备教具准备 挂图、多媒体课件思考:思考:1.古代人对天体运动存在哪些看法?古代人对天体运动存在哪些看法?2.“地心说地心说”和和“日心说日心说”的观点分别是什么的观点分别是什么?3.哪种学说统治时间更长?为什么哪种学说统
3、治时间更长?为什么?地心说:地心说:日心说:日心说:地球是宇宙的中心地球是宇宙的中心。地球是静止不动的,。地球是静止不动的,太阳、月亮以及其它行星都绕地球运动。太阳、月亮以及其它行星都绕地球运动。符合人们的日常经验;符合人们的日常经验;符合宗教地球是宇宙的中心的说法。符合宗教地球是宇宙的中心的说法。统治很长时间的原因:统治很长时间的原因:太阳是静止不动的,地球和其它行星都绕太阳是静止不动的,地球和其它行星都绕太阳转动太阳转动。地心说地心说地心说是长期盛行于古代欧洲的宇宙学说。它最初由古希腊学者欧地心说是长期盛行于古代欧洲的宇宙学说。它最初由古希腊学者欧多克斯在公元前三世纪提出,后来经托勒密(多
4、克斯在公元前三世纪提出,后来经托勒密(90-168)进一步发展)进一步发展而逐渐建立和完善起来。而逐渐建立和完善起来。托勒密的托勒密的“地心说地心说”体系体系地心模型地心模型亚里士多德地心模型地心模型日心说日心说哥白尼的哥白尼的“日心说日心说”体系体系约在公元前约在公元前260年,古希腊天文学家阿利斯塔克最早提出了日心说的年,古希腊天文学家阿利斯塔克最早提出了日心说的观点。但真正发展并完善日心说的,是来自波兰的哥白尼(观点。但真正发展并完善日心说的,是来自波兰的哥白尼(1473-1543)。)。日心说模型日心说模型哥白尼雕像(加沙)哥白尼雕像(加沙)哥哥白白尼尼观观测测用用的的天天文文仪仪器器
5、十六世纪十六世纪“日心说日心说”创立之前的一千多年创立之前的一千多年中,中,“地心说地心说”一直占统治地位,并长期一直占统治地位,并长期为教会所利用,宣称恒星天上面是最高天,为教会所利用,宣称恒星天上面是最高天,也就是天神的住所。由于这一学说没有反也就是天神的住所。由于这一学说没有反映行星运动的本质,经不起长时间的观测映行星运动的本质,经不起长时间的观测检验,后来为哥白尼检验,后来为哥白尼“日心说日心说”所推翻。所推翻。思考:“日心说日心说”的观点绝对正确吗?的观点绝对正确吗?第 谷(丹麦)开普勒(德国)四年多的刻苦计算四年多的刻苦计算二十年的精心观测二十年的精心观测8分的误差分的误差 否定否
6、定19 种假设种假设行星轨道为椭圆行星轨道为椭圆若是匀速圆若是匀速圆周运动周运动怎么回事怎么回事呢呢潜心研究潜心研究 所有的行星围绕太阳运动的轨道椭圆,所有的行星围绕太阳运动的轨道椭圆,太阳处在所有椭圆的一个焦点上。太阳处在所有椭圆的一个焦点上。开普勒第一定律开普勒第一定律(轨道定律)(轨道定律)对于每一个行星而言,太阳和行星的连线在对于每一个行星而言,太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积。相等的时间内扫过相等的面积。开普勒第二定律开普勒第二定律(面积定律)(面积定律)对于每一个行星而言,太阳和行星的连线在对于每一个行星而言,太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积。相等的时间内扫
7、过相等的面积。若tABAB=tCD CD=tEK EK,则sABAB=sCD CD=sEKEK 开普勒第二定律开普勒第二定律SEKABCDEKSABSCD(周期定律)(周期定律)所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转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。周期的二次方的比值都相等。即:R3/T 2=k开普勒第三定律开普勒第三定律K是一个只决定于被绕天体(中心天体)质量的物理量是一个只决定于被绕天体(中心天体)质量的物理量R太阳系九大行星绕太阳运动的情景九大行星绕太阳运动的情景 想一想想一想你能否例举一些事实或设计一个实验来说明:你能否例举一些事实或设计一个实验来说明:卫星绕
8、行星运转,行星带着它们的卫星绕太阳运转,卫星绕行星运转,行星带着它们的卫星绕太阳运转,整个太阳系绕银河系中心运转,银河系这个整体也在整个太阳系绕银河系中心运转,银河系这个整体也在运动。并不存在一个绝对的运动中心,运动本身也是运动。并不存在一个绝对的运动中心,运动本身也是相对的。相对的。太阳太阳不过是银河系中一千多亿颗恒星中的不过是银河系中一千多亿颗恒星中的一员罢了一员罢了!是地球绕太阳转动而不是太阳绕地球转动。是地球绕太阳转动而不是太阳绕地球转动。地球绕太阳转动是椭圆轨道而不是正圆轨道。地球绕太阳转动是椭圆轨道而不是正圆轨道。课堂小结课堂小结二、行星运动定律二、行星运动定律1、第一定律(轨道定
9、律)、第一定律(轨道定律)2、第二定律(面积定律)、第二定律(面积定律)3、第三定律(周期定律)、第三定律(周期定律)R 3/T2=k(K是一个只与中心天体质量有关的物理量)是一个只与中心天体质量有关的物理量)地球是中心地球是中心地球偏心地球偏心 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)一、地心说与日心说一、地心说与日心说7.2太阳与行星间的引力教学目标教学目标 知识与技能知识与技能理解太阳与行星间存在引力根据开普勒定律和牛顿第三定律推导出太阳与行星之间的引力表达式过程与方法过程与方法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
10、。情感态度与价值观情感态度与价值观感受太阳与行星间的引力关系,从而体会大自然的奥秘教学重点教学重点 根据开普勒定律和牛顿第三定律推导出太阳与行星之间的引力表达式教学难点教学难点 根据开普勒定律和牛顿第三定律推导出太阳与行星之间的引力表达式温故而知新开普勒行星运动定律开普勒行星运动定律第一定律:第一定律:所有行星绕太阳所有行星绕太阳的轨道都是椭圆,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:对任意一个行星对任意一个行星来说,它与太阳的来说,它与太阳的连线在相等的时间内扫过相连线在相等的时间内扫过相等的面积等的面积第三定律:第三定律:所有行星的椭圆所有行
11、星的椭圆轨道的半长轴的三轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等。方的比值都相等。即即k k值与中心天体有关,而与值与中心天体有关,而与环绕天体无关环绕天体无关 什么力来维持行星绕太阳的运动什么力来维持行星绕太阳的运动呢?呢?科学家们的足迹1 1、伽利略:、伽利略:、伽利略:、伽利略:一切物体都有合并的趋势,这种趋势导致物体做圆周运动一切物体都有合并的趋势,这种趋势导致物体做圆周运动一切物体都有合并的趋势,这种趋势导致物体做圆周运动一切物体都有合并的趋势,这种趋势导致物体做圆周运动。2、开普勒:开普勒:开普勒:开普勒:受到了来自太阳的类似与磁力的作用。受到
12、了来自太阳的类似与磁力的作用。受到了来自太阳的类似与磁力的作用。受到了来自太阳的类似与磁力的作用。3 3、笛卡儿:、笛卡儿:、笛卡儿:、笛卡儿:在行星的周围有旋转的物质在行星的周围有旋转的物质在行星的周围有旋转的物质在行星的周围有旋转的物质(以太)作用在行星上,使得行以太)作用在行星上,使得行以太)作用在行星上,使得行以太)作用在行星上,使得行星绕太阳运动。星绕太阳运动。星绕太阳运动。星绕太阳运动。4 4、胡克、哈雷等、胡克、哈雷等、胡克、哈雷等、胡克、哈雷等:受到了太阳对它的引力,证明了如果行星的轨道是圆受到了太阳对它的引力,证明了如果行星的轨道是圆受到了太阳对它的引力,证明了如果行星的轨道
13、是圆受到了太阳对它的引力,证明了如果行星的轨道是圆形的,其所受的引力大小跟行星到太阳的距离的二次方成反比,但没形的,其所受的引力大小跟行星到太阳的距离的二次方成反比,但没形的,其所受的引力大小跟行星到太阳的距离的二次方成反比,但没形的,其所受的引力大小跟行星到太阳的距离的二次方成反比,但没法证明在椭圆轨道规律也成立。法证明在椭圆轨道规律也成立。法证明在椭圆轨道规律也成立。法证明在椭圆轨道规律也成立。5 5、牛顿:牛顿: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迹是椭圆.并且阐述了普遍意义下的万有引力定律。并且阐述了普遍意
14、义下的万有引力定律。一、太阳对行星的引力一、太阳对行星的引力1 1、设行星的质量、设行星的质量为为m m,速度为,速度为v v,行星到太阳的距行星到太阳的距离为离为r r,则行星绕,则行星绕太阳做匀速圆周太阳做匀速圆周运动的向心力太运动的向心力太阳对行星的引力阳对行星的引力来提供来提供太阳对行星的引力太阳对行星的引力即即 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。二、行星对太阳的引力二、行星对太阳的引力太阳与行星间的引力太阳与行星间的引力大小为大小为G比例系数,与太阳、行星的质量无关
15、比例系数,与太阳、行星的质量无关方向:沿着太阳和行星的连线方向:沿着太阳和行星的连线课堂小结1.我们把行星绕太阳的椭圆运动简化为匀速圆周运动;2.我们一致认为行星绕太阳做匀速圆周运动需要向心力,这个向心力是由太阳对行星的引力提供的;3.我们预期太阳对行星的引力与太阳到行星的距离有关,希望通过行星绕太阳做匀速圆周运动需要的向心力求出这个引力,通过两次数学代换得到了太阳对行星的引力与太阳到行星的距离相关的数学表达式;4.通过类比得到了行星对太阳的引力与太阳到行星的距离相关的数学表达式;5.综合概括得到了太阳与行星间引力的数学表达式。7.3万有引力定律教学目标教学目标 知识与技能知识与技能体会物理研
16、究中猜想与验证的魅力,能够踏着牛顿的足迹了解月地检验。进一步大胆地推导得出万有引力定律。了解引力常量的测量及意义。过程与方法过程与方法通过月地检验感觉逻辑推理的严谨。感受牛顿在推导出万有引力定律过程中的魄力。体会物理学中将微波形变放大的思想。情感态度与价值观情感态度与价值观让学生体验感受物理研究过程中的严谨与魅力,激发学生研究物理的兴趣。感受科学知识在生产生活中的巨大作用力。教学重点教学重点万有引力推导的过程。万有引力公式的体会及应用。引力常量的有关知识。教学难点教学难点万有引力推导的过程。万有引力公式的体会及应用。把行星绕太阳运动看作匀速圆周运动近似化 如果认为行星绕太阳做匀速圆周运动,那么
17、,太阳对如果认为行星绕太阳做匀速圆周运动,那么,太阳对行星的引力行星的引力F F应为行星所受的向心力,即:应为行星所受的向心力,即:F F F F引引引引=F=F=F=F向向向向=mw=mw=mw=mw2 2 2 2r r r rmvmvmvmv2 2 2 2/r/r/r/r因为:因为:因为:因为:w w w w2 2 2 2/T/T/T/T ;v=2v=2v=2v=2r/T r/T r/T r/T 得:得:得:得:F F F F引引引引=m(2=m(2=m(2=m(2r/T)r/T)r/T)r/T)2 2 2 2/r=4/r=4/r=4/r=42 2 2 2mr/Tmr/Tmr/Tmr/T2
18、 2 2 2 怎么办呢?如果认为行星绕太阳做匀速圆周运动,那么,太阳对如果认为行星绕太阳做匀速圆周运动,那么,太阳对行星的引力行星的引力F F应为行星所受的向心力,即:应为行星所受的向心力,即:F F F F引引引引=F=F=F=F向向向向=mw=mw=mw=mw2 2 2 2r r r rmvmvmvmv2 2 2 2/r/r/r/r因为:因为:因为:因为:w w w w2 2 2 2/T/T/T/T ;v=2v=2v=2v=2r/T r/T r/T r/T 得:得:得:得:F F F F引引引引=m(2=m(2=m(2=m(2r/T)r/T)r/T)r/T)2 2 2 2/r=/r=/r=
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