第七章 万有引力与宇宙航行-【新课程能力培养】2023-2024学年新教材高中物理必修第二册学习手册（人教版）

学 高 中 物 理 必 修 第二册 （人教版） 第七章 万有引力与宇宙航行 课 标 要 求 １. 通过史实， 了解万有引力定律的发现过 程。 知道万有引力定律。 认识发现万有引 力定律的重要意义。 认识科学定律对人类 探索未知世界的作用。 2. 会计算人造地球卫星的环绕速度。 知道第 二宇宙速度和第三宇宙速度。 3. 知道牛顿力学的局限性， 体会人类对自然 界的探索是不断深入的。 4. 初步了解相对论时空观。 5. 关注宇宙起源和演化的研究进展。 知 识 结 构 规 律 公 式 1. 万有引力定律： F= Gm 1 m 2 r 2 。 2. 时间延缓： Δt= Δ子 1- v c ! " 2 姨 。 3. 长度收缩： l=l 0 1- v c ! " 2 姨 。 提 纲 挈 领 1. 本章包含开普勒行星三定律、 万有引力定 律、 相对论及牛顿力学局限性三大知识板 块， 万有引力定律及其应用是本章的重 点， 也是高考每年必出的考点， 相对论时 空观中时间和空间的相对性是本章的难点。 2. 本章特点是以时间和人类对宇宙认识的史 实为线索， 把本章的核心内容串联起来， 第一个主题是回顾过去， 介绍人类对行星 运动规律的认识过程和牛顿万有引力定律 建立的过程； 第二个主题是展示现在， 即 应用万有引力定律所取得的巨大成就； 第 三个主题是展望未来， 指出万有引力定律 与任何其他理论一样， 有其局限性。 3. 本章在高考中主要考查万有引力定律及其 应用、 环绕速度、 第二宇宙速度、 第三宇 宙速度等。 天体运动是万有引力定律在匀 速圆周运动模型中的典型应用， 也是历年 高考必考点之一， 一般以选择题形式呈 现。 例如： 2022 年辽宁卷的第 9 题、 2022 年全国乙卷的第 14 题、 2022 年湖南卷的 第 8 题、 2021 年辽宁卷的第 8 题、 2021 年全国甲卷的第 18 题等， 都是关于万有 引力定律的试题。 考查主要体现两个方 面： 一是万有引力的大小和星体表面的重 力加速度的分析与计算； 二是万有引力定 律、 牛顿运动定律及圆周运动知识相结合 的问题的分析与求解。 预计在今后的高考 中， 这部分内容的考查难度仍然不会太大。 第一定律： 轨道定律 第二定律： 面积定律 第三定律： 周期定律 律 & & & % & & & & ' 开普勒行 星三定律 三个宇宙速度： 第一、 第二、 第三 地球卫星： 轨道、 线速度、 角速度、 周期 近地卫星、 同步卫星、 双星、 三星 律 & & & % & & & & ' 提出、 检验、 内容、 表达式、 成就 应 用 律 & & & % & & & & ' 律 & & & & % & & & & ' 万 有 引 力 与 宇 宙 航 行 时间延缓 长度收缩 律 & & & % & & & ' 相对论 时空观 牛顿力学局限性： 宏观、 低速 律 & & & % & & & & ' 相对论与牛顿 力学的局限性 万有 引力 定律 38 学 第七章 万有引力与宇宙航行 知 识 梳 理 知识点 1 行星运动两种学说 1. 地心说——托勒密 （古希腊）： 地球是宇 宙的中心， 是静止不动的， 太阳、 月球以 及其他星体都绕地球运动 （圆周运动）。 2. 日心说——哥白尼 （波兰）： 太阳是静止 不动的， 地球和其他行星都绕太阳运动 （圆周运动）。 知识点 2 行星运动规律 1. 开普勒第一定律 （轨道定律）： 所有的行 星围绕太阳运动的轨道都是椭圆， 太阳处 在椭圆的一个焦点上。 2. 开普勒第二定律 （面积定律）： 对于任意 一个行星来说， 它与太阳的连线在相等的 时间内扫过的面积相等。 3. 开普勒第三定律 （周期定律）： 所有的行 星的椭圆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。 a 3 T 2 =k （其中， a 为半长轴， T 为公转周期， 比值 k 是一 个对所有行星都相同的参量）。 要 点 突 破 要点 1 两种学说的局限性 地心说与人们的日常经验， 能解释一些 天文现象， 符合宗教神学关于地球是宇宙中 心的说法， 因此得到教会的支持， 统治和禁 锢人们的思想长达一千多年。 但托勒密的地 心说模型非常复杂。 哥白尼从简洁性上 （奥卡姆剃刀原理： 如无必要， 勿增实体） 认为地心说是错误 的， 提出日心说。 但日心说存在两大缺欠： 第一， 太阳只是太阳系的中心天体， 而不是 宇宙中心； 第二， 行星也不是做匀速圆周运 动， 实际上行星的轨道是椭圆， 且也不是匀 速率地运动的。 例 1 下列说法正确的是 （ ） A. 地球是宇宙的中心， 太阳、 月球及其他 行星都绕地球运动 B. 太阳是静止不动的， 地球和其他行星都 绕太阳转动 C. 地球是绕太阳运动的一颗行星 D