第七章 微专题 万有引力与宇宙航行 课件 -2022-2023学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

微专题 万有引力与宇宙航行 一从运动的角度认识行星运动 大单元—必修二 万有引力与宇宙航行 情境导入 我国于2020年7月23日发射的第一颗火星探测器“天问一号”于2021年2月份成功被火星捕获，成为火星的一颗卫星。“天问一号”在环绕火星运动的过程中遵循怎样的运动规律呢？为了解决这个问题，让我们一起先来回顾一下人类认识行星运动的历程，来开始本章的学习。 2 学习活动 1、阅读科学漫步栏目“人类对行星运动规律的认识”，列举出地心说和日心说的主要代表人物，并阐述这两种学说的基本观点。 任务一 了解地心说与日心说的争论 地心说 1、代表人物： ； 2、基本观点： ， 。 日心说 1、代表人物： ； 2、基本观点： ， 。 3 学习活动 2、从运动学的角度来看，地心说与日心说有哪些相似的地方，区别是什么？ 行星运动的描述 地心说：太阳和其他行星围绕地球做圆周运动 日心说：地球和其他行星围绕太阳做圆周运动 地心说：选取地球为行星运动的参考系 运动形式相同 日心说：选取太阳为行星运动的参考系 参考系不同 4 学习活动 3、为什么地心说占住很长时间的主导地位？为什么日心说最终战胜了地心说？ 地心说 利用复杂的本轮、匀轮观点解释火星等的逆行现象 虽然体系复杂但符合宗教的教义，得到教廷支持，禁锢人们的思想 日心说 利用行星运动快慢的不同解释火星等的逆行现象 虽然体系简洁但不符合宗教的教义，遭教廷禁止，最终打开思想的禁锢 开普勒花费20年的时间研究了丹麦天文学家第谷的行星观察资料，发现了行星运动的规律 否定 支持 客观事实和准确的实验结果是检验一切理论的最终依据 5 学习活动 1、开普勒能够得到行星运动定律的原因有哪些？并如何构建起行星运动的三个基本规律？ 任务二 正确理解开普勒行星运动定律 坚信第谷观测数据的精确性摒弃完美“圆”的固有观念 将观测数据放在所有因素的首位，坚持实证思想 展现了正确的科学态度和科学精神 以观测数据为基础建构起行星围绕太阳沿椭圆运动的基本模型 模型建构 应用数学知识总结出行星运动中周期遵循的定量规律 科学推理 6 学习活动 2、开普勒第一、第二、第三定律描述的关键问题是什么？ 开普勒第一定律 所有行星绕太阳运动的轨道都是 ，太阳位于 。 开普勒第一定律表明行星运动的轨道特征 开普勒第二定律 对于任意一个行星来说，它与太阳连线在相等的时间内扫过的面积 。 开普勒第二定律表明行星运动速度变化的规律 开普勒第三定律 所有行星轨道的 的三次方跟它的公转周期的二次方的比都相等。 开普勒第三定律表明行星运动周期的定量关系 轨道不是圆 近大远小 k 7 学习活动 2、正确理解与应用开普勒第二定律 定性关系 定量关系 vb va vb：va = a : b 推导过程 微元思想：取一段极短的时间 扇形面积公式：S = lR 开普勒第二定律： vb b = va a 定律的理解 定律成立的前提是同一颗行星 对于不同的行星，定律不成立 应用定律处理最远点与最近点之间的速度关系 8 学习活动 3、正确理解和应用开普勒第三定律 定律理解 1、a 等于行星椭圆轨道上最远两点之间距离的一半，T 为公转周期 2、k 为定值，其数值由太阳（中心天体）质量决定 3、定律也适用于卫星绕行星运动的情况，此时行星为中心天体， k 值将由行星质量决定 4、常用表达式： = 或 k 5、定律蕴含行星运动的动力学关系，是牛顿得出万有引力定律的基础 定律应用 主要用于解决行星或卫星绕中心天体运动时与公转周期等相关的问题。 哈雷彗星轨道半长轴约等于地球和太阳平均距离的18倍。哈雷彗星最近一次飞近地球的时间是1986年。估算它下一次飞近地球将在哪一年？ 解：已知地球公转周期 T1 = 1a（a为年的单位） a火 = 18 a地 设彗星的公转周期为T2。 由开普勒第三定律可得： 。 “天问一号”在环绕火星运动的过程中也遵循开普勒行星运动定律，为什么行星和卫星的运动都遵循相同的规律呢？为了解决这个问题，现阶段我们需要将行星的运动进行简化。 9 学习活动 4、简化行星运动的模型 八大行星绕太阳运动的有关数据 表格中a是单位年的符号。偏心率e反映椭圆的偏平程度，等于椭圆两焦点间的距离与长轴长度的比值。圆是椭圆的特例，偏