2019-2020年高一物理第六章万有引力定律一、行星的运动(备课资料) 人教大纲版第一册

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【精品推荐】2019-2020学年人教版高中物理必修2 第6章万有引力与航天第6章 1

• 2．(2016湖北宜昌夷陵中学期末)在用高级沥青铺设的高速公路上，对汽车的设计限速是 30 m/s.汽车在这种路面上行驶时，它的轮胎与地面的最大静摩擦力等于车重的0.6倍．(g ＝10 m/s2)
• (1)如果汽车在这种高速路的水平弯道上拐弯，假设弯道的路面是水平的，其弯道的最小半径是多少？
• 2．“日心说”
太阳
太阳
• ______是静止不动的，地球和其他行星都绕
______运动．
• 3．两种学圆说周的局限性
第谷
• 都把天体的运动看得很神圣，认为天体的运动必然是最完美，最和谐的________运动，
• 太阳每天都是从东边升起，从西边落下，这一现象能否说明太阳绕地球运动呢？
• 【答案】不能．地球等行星绕太阳运动，太阳东升西落的原因是地球的自转．
【解析】(1)汽车在水平路面上拐弯，或视为汽车做匀速圆
周
运
动
，
其
向
心
力
是
车
与
大
静
摩
擦
力
，
有
mv2 r
≤0.6mg 由速度 v＝30 m/s，得弯道半径 r≥150 m．
(2)汽车过拱桥，看作在竖直平面内做匀速圆周运动，到达
最高点时，有mRv2＝mg－N
为了保证安全，车对路面的压力 N 必须大于零．有mRv2
发射地球卫星 P，其轨道半径约为地球半径的 16 倍；另一地球
卫星 Q 的轨道半径约为地球半径的 4 倍．P 与 Q 的周期之比约
为( )
A．2∶1
B．4∶1
C．8∶1
D．16∶1
【答案】C 【解析】根据题意可得 P 与 Q 的轨道半径之

高中物理必修第六章万有引力与航天基础知识

高中物理必修第六章万有引力与航天基础知识一，行星的运动1，开普勒三个定律（1），开普勒第一定律：所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳在椭圆的一个焦点上。

（2），开普勒第二定律：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相等的面积。

（3），开普勒第三定律：所有行星轨道半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等。

a3/T2=K2，人类对行星运动规律的认识：人类对行星的运动规律的认识经历了从地心说到日心说的过程。

开始托勒密提出了地心说，后来哥白尼推翻地心说，提出了日心说。

最后开普勒运用他的数学天才，研究了第谷的观测结果总结出了开普勒三个定律。

开普勒三个定律蕴含着重要的物理规律万有引力定律。

二，万有引力定律1,万有引力定律的推导：行星绕太阳的轨道十分接近圆，行星以太阳为圆心做匀速圆周运动，向心力为F=mu2/r 线速度、半径、公转周期关系为υ=2 π r\T，所以F=4π2 mr/T2根据开铺勒第三定律T2=r3/K 所以F=4π2km/r2，也就是F∝m/r2 ，因为力的作用是相互的，行星对太阳的引力F1∝M/r2，M为太阳质量，又因 F=F1，所以 F∝Mm/ r2, 设比例系数为G，则 F=GMm/ r2, 。

2，英国物理学家卡文迪许在实验室通过对几个铅球之间的引力的测量，得出G=6.67×10-11N•m2/Kg2.3,万有引力定律；自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的方向在它们的连线上，引力的大小与物体的质量m1和m2的乘积成正比，与它们之间的距离的二次方成反比。

F=Gm1m2/r2 G=6.67×10-11Nm2/Kg24，万有引力定律应用（1），测地球质量M=gR2/G（2），测天体质量M=4 π2r3/GT2（3），万有引力定律预言了海王星的存在，并在1846年发现了它。

三，三个宇宙速度1，第一宇宙速度(物体在地球表面绕地球做圆周运动的速度)：u1=7.9Km/s2，第二宇宙速度（物体脱离地球，永远离开地球的速度）：u2=11.2Km/s3，第三宇宙速度（物体挣脱太阳引力，飞离太阳系的速度）：u3=16.7Km/s四，经典力学的局限性1，经典力学适用于弱引力场中的宏观物体的低速（u«c）运动。

高中物理第六章万有引力与航天太阳与行星间的引力教案新人教必修

6.2太阳与行星间的引力教学目标1、知识与技能（1）理解太阳与行星间引力的存在；（2）能根据开普勒行星运动定律和牛顿第三定律推导出太阳与行星间的引力表达式；2、过程与方法（1）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；（2）体会推导过程中的数量关系。

3、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。

重点难点教学重、难点1．行星绕太阳做匀速圆周运动的向心力来源、方向、表达式2．运用牛顿运动定律解决动力学问题教具准备多媒体课时安排1教学过程与教学内容教学方法、教学手段与学法、学情一、导入新课教师活动：1.上一节从运动学的角度描述了行星运动的规律：提问开普勒三定律的内容。

2．开普勒在1609和1619年发表了行星运动的三个定律，解决了描述行星运动的问题，但好奇的人们，面向天穹，深情地叩问：是什么力量支配着行星绕着太阳做如此和谐而有规律的运动呢？二、进行新课1．从动力学的角度来看，行星为什么会做这样的运动？（1）设置情境：教师活动：用线拉小球作为道具,进一步体验曲线运动的受力要求同学回答：线的拉力提供向心力。

（2）提供地球绕太阳运动的情景,假设未知数知识的回顾有助于新知识的形成，构造新的知识体系。

教师提示：从地上到宇宙，要改变任何物体的运动速度（包括改变速度的方向）都需要力，使行星烟圆或椭圆运动，需要指向圆心或椭圆焦点的力，这个力应该是来自于太阳的引力。

(3) 引导看书：伽俐略、胡克、哈雷等科学家研究太阳对行星引力所做出的贡献2．行星受到的引力究竟跟哪些因素有关？（1）教师布置：结合第一个模型，若已知圆周运动周期为T ，定量推导拉力的大小。

（2）讨论得出：向心力的来源 F 向=F从运动的角度 r T m F 224π= 明确表达式中各物理量的含义：既然是由引力提供向心力，那么引力就与m 、r 、T 都有关系（3）方法指导：课本36页“问题与练习”第一题关键是指导学生认识向心力（大小和方向）表示的两个常用途径，（4）对象过渡：行星在椭圆轨道上运动是否需要力？这个力是什么力提供的？这个力是多大？太阳对行星的引力，大小跟太阳与行星间的距离有什么关系吗？（5）结合学生的回答，联系天体的运行，课本36页“问题与练习”第二题，推导得到22π4=r mK F （6）师生总结：由上式可得出结论：太阳对行星的引力跟行星的质量成正比，跟行星到太阳的距离的二次方成反比。

高一物理第六章第一节行星的运动第二节万有引力定律第三节引力常量的测定人教版知识精讲

高一物理第六章第一节行星的运动第二节万有引力定律第三节引力常量的测定人教版【同步教育信息】一. 本周教学内容：第六章第一节行星的运动第二节万有引力定律第三节引力常量的测定二. 知识目标：了解地心说和日心说两种不同观点，知道开普勒关于行星运动规律的描述，应用开普勒定律解释行星、卫星的运动。

了解万有引力定律得出的思路和过程，理解万有引力定律的含义，会推导和应用万有引力定律，了解卡文迪许实验装置及其原理，知道引力常量的意义及其数值进一步理解和应用万有引力定律。

三. 重难点解析： 1. 地心说和日心说人类生活和生产总要判断地球怎样运动。

由于人们见到的是太阳从东方升起西方落下，月亮及其它星体都是东升西落，因此人们认为太阳、月亮及其它星体绕地球转。

古希腊天文学家托勒密提出地球是宇宙中心，静止不动。

太阳、月亮其它行星都绕地球运动。

十五世纪，航海通商需要精确的定位，需要精确的星图来确定方位。

引起人们对天体的精确观测，发现了天体运动规律不是以地球为中心，哥白尼总结前人积累的大量观测资料，明确提出日心说，即行星的运动与地球一样绕太阳运动。

这一学说能准确解释行星运动规律。

伽利略支持日心说与哥白尼一样都遭到教会势力的迫害。

日心说推动了天文学的发展为引力理论开辟了正确道路。

2. 开普勒关于行星运动的三个定律开普勒提出行星运动定律经过大量艰苦的工作，总结研究了前人大量的天文观测资料，提出了行星运动三大定律。

第一定律：所有行星分别在大小不同的椭圆轨道上围绕太阳运动，太阳在这些椭圆的一个公共点（焦点）上。

第二定律：行星绕太阳运动速率是变化的，行星与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相等。

第三定律：所有行星的椭圆轨道半长轴R 的三次方跟公转周期T 的平方成正比，即k TR 23。

关于开普勒定律的理解：第一定律：① 所有行星轨道几乎在同一平面内。

② 所有椭圆半轴相差不大，椭圆近圆。

③ 所有行星绕太阳转方向一致。

高中物理第六章万有引力与航天第1节《行星的运动》参考教案新人教版必修2

6.1 行星的运动一、知识目标1.了解“地心说”和“日心说”两种不同的观点及发展过程.2.知道开普勒对行星运动的描述.二、教学重点1.“日心说”的建立过程.2.行星运动的规律.三、教学难点1.学生对天体运动缺乏感性认识.2.开普勒如何确定行星运动规律的.四、教学方法1.“日心说”的建立的教学——采用对比、反证及讲授法.2.行星运动规律的建立——采用挂图、放录像资料或用CAI课件模拟行星的运动情况.五、教学步骤导入新课我们与无数生灵生活在地球上，白天我们沐浴着太阳的光辉.夜晚，仰望苍穹，繁星闪烁，美丽的月亮把我们带入了无限的遐想之中，这浩瀚无垠的宇宙中有着无数的大小不一、形态各异的天体，它们的神秘始终让我们渴望了解，并不断地去探索.而伟大的天文学家、物理学家已为我们的探索开了头，让我们对宇宙来一个初步的了解.首先，我们来了解行星的运动情况.板书：行星的运动.新课教学（一）用投影片出示本节课的学习目标1.了解“地心说”和“日心说”两种不同的观点及发展过程.2.知道开普勒对行星运动的描述.（二）学习目标完成过程1.“地心说”和“日心说”的发展过程在浩瀚的宇宙中，存在着无数大小不一、形态各异的星球，而这些天体是如何运动的呢？在古代，人类最初通过直接的感性认识，建立了“地心说”的观点，认为地球是静止不动的，而太阳和月亮绕地球而转动.因为“地心说”比较符合人们的日常经验，太阳总是从东边升起，从西边落下，好像太阳绕地球转动.正好，“地心说”的观点也符合宗教神学关于地球是宇宙中心的说法，所以“地心说”统治了人们很长时间.但是随着人们对天体运动的不断研究，发现“地心说”所描述的天体的运动不仅复杂而且问题很多.如果把地球从天体运动的中心位置移到一个普通的、绕太阳运动的行星的位置，换一个角度来考虑天体的运动，许多问题都可以解决，行星运动的描述也变得简单了.随着世界航海事业的发展，人们希望借助星星的位置为船队导航，因而对行星的运动观测越来越精确.再加上第谷等科学家经过长期观测及记录的大量的观测数据，用托勒密的“地心说”模型很难得出完美的解答.当时，哥伦布和麦哲伦的探险航行已经使不少人相信地球并不是一个平台，而是一个球体，哥白尼就开始推测是不是地球每天围绕自己的轴线旋转一周呢？他假设地球并不是宇宙的中心，它与其他行星都是围绕着太阳做匀速圆周运动.这就是“日心说”的模型.用“日心说”能较好地和观测的数据相符合，但它的思想几乎在一个世纪中被忽略，很晚才被人们接受.原因有：（1）“日心说”只是一个假设.利用这个“假设”，行星运动的计算比“地心说”容易得多.但著作中有很不精确的数据.根据这些数据得出的结果不能很好地跟行星位置的观测结果相符合.（2）当时的欧洲的统治者还是教会，把哥白尼的学说称为“异端学说”，因为它不符合教会的利益.致使这个正确的观点被推迟一个世纪才被人们所接受.德国的物理学家开普勒继承和总结了他的导师第谷的全部观测资料及观测数据，也是以行星绕太阳做匀速圆周运动的模型来思考和计算的，但结果总是与第谷的观测数据有8′的角度误差.当时公认的第谷的观测误差不超过2′.开普勒想，很可能不是匀速圆周运动.在这个大胆思路下，开普勒又经过四年多的刻苦计算，先后否定了19种设想，最后终于计算出行星是绕太阳运动的，并且运动轨迹为椭圆，证明了哥白尼的“日心说”是正确的.并总结为行星运动三定律.同学们，前人的这种对问题的一丝不苟、孜孜以求的精神值得大家学习.我们对待学习更应该是脚踏实地，认认真真，不放过一点疑问，要有热爱科学、探索真理的热情及坚强的品质，来实现你的人生价值.2.开普勒行星运动规律（1）出示行星运动的挂图边看边介绍，让学生对行星运动有一个简单的感性认识.（2）放有关行星运动的录像录像的效果很好，很直观，让同学能看到三维的立体画面，让同学们的感性认识又提高一步.（3）开普勒行星运动的规律开普勒关于行星运动的描述可表述为三定律.我们主要介绍开普勒第一定律和第三定律. （4）所有的行星围绕太阳运行的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上.这就是开普勒第一定律.行星运动的轨道不是正圆，行星与太阳的距离一直在变.有时远离太阳，有时靠近太阳.它的速度的大小、方向时刻在改变.示意图如下：板书：开普勒第一定律：所有行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上.（5）所有行星的轨道半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等.这是开普勒第三定律.每个行星的椭圆轨道只有一个，但是它们运动的轨道的半长轴的三次方与公转周期的平方的比值是相等的.我们用R表示椭圆的半长轴，T代表公转周期，表达式可为：显然K是一个与行星本身无关的量，同学们想一想，K有可能与什么有关呢？同学们开始讨论、猜想.都围绕太阳运转，只与中心体有关的一个值了.板书：开普勒第三定律：所有行星的轨道的半长轴的三次方与公转周期的三次方的比值都是相同的.表达式：（R表示椭圆的半长轴，T表示公转周期）（6）同学们知道现在我们已经发现太阳周围有几颗行星了吗？分别是什么？学生回答：金、木、水、火、土、地球、天王星、海王星、冥王星.评价：（回答的很好），那同学们知道哪颗行星离太阳最近？同学回答：水星.老师提问：水星绕太阳运转的周期多大？一般学生不知道.老师告诉学生：水星绕太阳一周需88天.老师提问：我们生活的地球呢？同学们踊跃回答：约365天.3.补充说明（1）开普勒第三定律对所有行星都适合.（2）对于同一颗行星的卫星，也符合这个运动规律.比如绕地球运行的月球与人造卫星，就符合这一定律（K′与行星绕太阳的K值不同，中心体变，K值改变）六、小结通过本节课的学习，我们了解和知道了：1.“地心说”和“日心说”两种不同的观点及发展过程.2.行星运动的轨迹及物理量之间的定量关系（K是与行星无关的量）.3.行星绕太阳的椭圆的半长轴R3与周期T2的比值为K，还知道对一个行星的不同卫星，它们也符合这个运行规律，即(K与K′是不同的).七、板书设计行星的运动1.“地心说”与“日心说”的发展过程.2.。

2019-2020年高一物理第六章万有引力定律一、行星的运动(第一课时) 人教大纲版第一册

2019-2020年高一物理第六章万有引力定律一、行星的运动(第一课时) 人教大纲版第一册●本节教材分析本节内容对学生来说是抽象的、陌生的，甚至无法去感知.对天体的运动充满好奇，又觉得非常神秘而不易理解.所以我们必须去引导学生了解人们对星体运动认识的发展过程，从“日心说”和“地心说”的内容到其两者之间的争论，从第谷的精心观测到开普勒的数学运算，在学生整体感知的过程中引导学生体会这些大师们的思路、方法及他们的一丝不苟的科学精神，并激发他们热爱科学、探索真理的求知热情.本节内容包括“地心说”“日心说”的内容及争论的焦点，开普勒定律的内容等知识点.●教学目标一、知识目标1.了解“地心说”和“日心说”两种不同的观点及发展过程.2.知道开普勒对行星运动的描述.二、能力目标1.培养学生在客观事物的基础上通过分析、推理提出科学假设，再经过实验验证的正确认识事物本质的思维方法.2.通过学习，培养学生善于观察、善于思考、善于动手的能力.三、德育目标1.通过开普勒行星运动定律的建立过程，渗透科学发现的方法论教育，建立科学的宇宙观.2.激发学生热爱科学、探索真理的求知热情.●教学重点1.“日心说”的建立过程.2.行星运动的规律.●教学难点1.学生对天体运动缺乏感性认识.2.开普勒是如何确定行星运动规律的.●教学方法1.“日心说”的建立的教学——采用对比、反证及讲授法.2.行星运动规律的建立——采用挂图、放录像资料或用CAI课件模拟行星的运动情况.●教学用具挂图、录像机、录像带、投影仪、投影片.●课时安排1课时●教学过程［投影］本节课的学习目标1.了解“地心说”和“日心说”两种不同的观点及发展过程.2.知道开普勒对行星运动的描述.学习目标完成过程一、导入新课在浩瀚的宇宙中有着无数大小不一、形态各异的天体.白天我们沐浴着太阳的光辉，夜晚，仰望苍穹，繁星闪烁，美丽的月亮把我们带入无限的遐想中.由这些天体所组成的宇宙始终是人们渴望了解又不断探索的领域.经成百上千年的探索,伟大的科学家们对它已经有了一些初步的了解.本节我们就共同来学习前人所探索到的行星的运动情况.二、新课教学(一)古人对天体运动的看法及发展过程A.基础知识［投影出示］阅读课文一、二自然段,同时思考下面几个问题:1.古代人们对天体运动存在哪些看法?2.什么是“地心说”,什么是“日心说”?3.哪种学说占统治地位的时间较长?4.两种学说争论的结果是什么?［学生活动］阅读课文,并从课文中找出相应的答案.1.在古代,人们对于天体的运动存在着地心说和日心说两种对立的看法.2.“地心说”认为地球是宇宙的中心,是静止不动的,太阳\,月亮以及其他行星都绕地球运动;“日心说”认为太阳是宇宙的中心,地球\,月亮以及其他行星都在绕太阳运动.3.“地心说”占领统治地位的时间较长.4.“日心说”与“地心说”争论的结果是“日心说”最终战胜了“地心说”.真理最终战胜了谬误.B.深入探究［投影出示］请同学们在前面的基础上讨论:1.“地心说”为什么能占领较长的统治时间?2.俗话说“眼见为实”,这种说法是否绝对正确?试举例.3.“日心说”为什么能战胜“地心说”?试举例说明.4.“日心说”的观点是否正确?［学生活动］分组讨论,并根据课本提供的线索得出结论:1.“地心说”占领统治地位时间较长的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.2.由于“日心说”最终战胜了“地心说”,虽然“地心说”符合人们的经验,但它还是错误的.进而说明“眼见为实”的说法并非绝对正确.例如:我们乘车时观察到树木在向后运动,而事实上并没有动(相对于地面).3.“日心说”所以能够战胜“地心说”是因为好多“地心说”不能解析的现象“日心说”则能说明,也就是说,“日心说”比“地心说”更科学、更接近事实.例如:若地球不动,昼夜交替是太阳绕地球运动形成的.那么,每天的情况就应是相同的,而事实上,每天白天的长短不同,冷暖不同.而“日心说”则能说明这种情况:白昼是地球自转形成的,而四季是地球绕太阳公转形成的.4.从目前科研结果和我们所掌握的知识来看,“日心说”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,也不是静止不动的.“日心说”只是与“地心说”相比更准确一些罢了.C.教师总结经过前面的学习我们对“地心说”和“日心说”有了初步的认识,事实上从“地心说”向“日心说”的过渡经历了漫长的时间,并且科学家们付出了艰苦的奋斗,哥白尼就是其中一位.他在哥伦布和麦哲伦猜想的基础上,假设地球并不是宇宙的中心,而和其他天体一样都是绕太阳做匀速圆周运动的行星,从而使许多问题得以解决,也建立起了“日心说”的基本模型.但他的观点不符合当时欧洲统治教会的利益,因而受到了教会的迫害.使得这一正确的观点被推迟一个世纪才被人们接受.前人的这种对问题一丝不苟、孜孜以求的精神值得大家学习,所以我们对待学习要脚踏实地,认认真真,不放过一点疑问.(二)开普勒对行星运动的研究A.基础知识［投影出示］请同学们阅读课文三、四、五自然段,同时回答下列问题:1.古人认为天体做什么运动?2.开普勒的导师是谁,他认为天体做什么样的运动?3.开普勒开始认为天体做何运动?4.开普勒后来认为天体做何运动?［学生活动］阅读课文,并从课文中找出相应的答案:1.古人把天体的运动看得十分神圣,他们认为天体的运动不同于地面物体的运动,天体做的是最完美、最和谐的匀速圆周运动.2.开普勒的导师是丹麦伟大的天文学家第谷.他对天体运动的看法与其他古人一样,也认为天体在做匀速圆周运动.3.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运动.4.他在应用上述观点对天体运动进行观测时发现了问题,经过刻苦计算,最终认为:所有行星围绕太阳运转的轨道都是椭圆,太阳处在所有椭圆的一个焦点上.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.即:比值k是一个与行星无关的常量.B.深入探究［出示挂图］介绍行星运动的挂图,使学生对行星的运动有一个简单的感性认识.［放录像］使学生通过对天体运动的立体画面的观看,对天体运动的感性认识进一步提高.［投影出示］结合课文、挂图、录像,回答下列问题:1.开普勒为什么要怀疑他的导师第谷的观点?2.他是怎样总结出行星运动规律的?3.你能应用第一定律猜想一下对一年四季温度变化的解释吗?4.常量比值k与行星无关,你能猜想出他跟谁有关吗?［学生活动］分组讨论,并根据课文、挂图及录像所提供的线索得出答案.1.开普勒在应用第谷的观点对天体运动进行思考时所得到的结果与第谷观测的数据存在至少8′的角度误差，但当时公认观测数据的误差不超过2′，这也就是说,用匀速圆周观点来解释天体运动最少会带来6′的角度误差.而造成这一误差的可能原因是对天体运动的观点存在问题,因此产生了对天体运动是匀速圆周运动这一观点的怀疑.2.开普勒发现这一问题后并未放弃,而是经过四年多的刻苦计算,否定了19种设想后终于总结出了行星的运动规律.3.由于太阳能在传向地球的过程中要在宇宙中损失一部分,传播的距离越远,损失的就越多.根据开普勒第一定律可知:当地球在椭圆轨道上运动时会产生近日点和远日点.当地球在近日点时,离太阳的距离比较近,接受的太阳能量比较大,故温度比较高;当地球在远日点时,离太阳的距离比较远,接受的太阳能量比较少,故温度就比较低.4.根据开普勒第三定律知:所有行星绕太阳运动半长轴的三次方跟公转周期二次方的比值是一个常数k,可以猜想,这个“k”一定与运动系统的物体有关.因为所有行星都相同,而各行星是不一样的,故跟行星无关,而在运动系中除了行星就是中心天体——太阳,故这一常数“k”一定与中心天体——太阳有关.C.教师总结经过前面的学习我们对开普勒的第一、第三定律有了初步的认识,为了拓宽同学们的知识面,我们对开普勒的第二定律作简单的了解.行星在绕太阳运动时,行星与太阳的连线在相同时间里扫过的面积是相等的,这就是开普勒第二定律.从第二定律中可知:行星在绕太阳运动时,在各点的速率大小是不相同的,远日点时的速率最小;近日点时的速率最大.D.基础知识应用［投影出示］1.在太阳系中,有九大行星围绕太阳运行,按照距太阳的距离排列,由近及远依次是:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星.那么它们绕太阳运行的周期最短的是________.2.关于行星运动,以下说法正确的是( )A.行星轨道的半长轴越长,自转周期越大B.行星轨道的半长轴越长,公转周期越大C.水星的半长轴最短,公转周期最大D.冥王星离太阳“最远”,绕太阳运动的公转周期最长3.地球绕太阳运行的半长轴为1.50×1011 m,周期为365天;月球绕地球运行的轨道半长轴为3.82×108 m,周期为27.3天,则对于绕太阳运行的行星, R3/T2的值为________m3/s2;对于绕地球运行的卫星, R3/T2的值为________m3/s2.参考答案:1.水星2.B、D3.2.5×1028;7.5×1022三、知识反馈［投影出示］1.古代人们把天体的运动看得都很神圣,认为天体的运动必然是完美、和谐的________运动,后来________仔细研究了第谷的观测资料,经过4年的刻苦计算,最后终于发现:所有的行星绕太阳运动的轨道都是________,太阳处在________位置上,所有行星轨道的________跟________的比值都相等.2.关于行星绕太阳运动的下列说法中正确的是( )A.所有行星都在同一椭圆轨道上绕太阳运动B.行星绕太阳运动时,太阳位于行星轨道的中心处C.离太阳越近的行星运动周期越长D.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3.已知两行星绕太阳运动的半长轴之比为b,它们的公转周期之比为________.参考答案:1.匀速圆周;开普勒;椭圆;这些椭圆的一个焦点;轨道半长轴的三次方;公转周期的二次方2.D3.四、小结本节是本章的开首篇,所述天体运动的描述及其理论的发展过程,是后续几节的基础和理论依据,学习时重点掌握开普勒关于行星运动的理论描述,深刻领会本节体现出的物理研究方法,例如观察、实验、提出假说、数学推理、建立模型等方法,逐步培养起自己的学习、研究能力.五、作业1.复习本节内容.2.预习下一节内容.六、板书设计七、本节优化训练设计1.目前的航天飞机的飞行轨道都是近地轨道,一般在地球上空300~700 km飞行,绕地球飞行一周的时间为90 min左右.这样,航天飞机里的飞行员在24 h内可以看见日出日落的次数为( )A.0.38B.1C.2.7D.162.木星绕太阳转动的周期为地球绕太阳转动周期的12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轴的________倍.3.月球环绕地球运动的轨道半径约为地球半径的60倍,运行周期约为27天,应用开普勒定律计算:在赤道平面内离地面多少高度,人造地球卫星可以随地球一起转动,就像停留在天空中不动一样?参考答案：1.D解析:航天飞机绕行到地球向阳的区域,阳光能照射到它时为白昼,当飞到地球背阳的区域,阳光被地球挡住就是黑夜,因航天飞机绕地球一周所需时间为90 min,而地球昼夜交替的周期为:24×60 min,所以航天飞机里的宇航员在绕行一周的时间内看到的日出日落次数:n==16次2.3.分析:月球和人造地球卫星都在环绕地球运动.根据开普勒第三定律,它们的运行轨道半径的三次方跟圆周运动周期的二次方的比值都是相等的.解:设人造地球卫星运行半径为R,周期为T,根据开普勒第三定律有:k=R3/T2同理设月球轨道半径为R′,周期为T′,依开普勒第三定律也有:k=R′3/T′2由以上两式可得:R==6.67 R地在赤道平面内离地面高度H=R—R地=6.67R地—R地=5.67R地=5.67×6.4×103=3.63×104 km。

2019年高中物理第六章万有引力与航天第一节行星的运动课件新人教版必修2

开普勒第三定律
所有行星轨道半径 r 的三次方跟它的公转周期 T 的二次方的比值都相等，表达式为Tr32＝k
[说明]
天体的运动遵循牛顿运动定律及匀速圆周运动规律，它
的运动与一般物体的运动在应用这两个规律上没有区别．
判断正误 1．把行星的运动看成匀速圆周运动是违背客观事实的．( ) 2．当把行星绕太阳运动的轨道看成圆周时，行星的运动是匀速圆周运动．( ) 答案：1.× 2.√
答案：C
1．如图所示是地球绕太阳公转时的示意图，由图可知地球在春分日、夏至日、秋分日和冬至日四天中哪天绕太阳运动的速度最大？
提示：冬至日．由题图可知，冬至日地球在近日点附近，由开普勒第二定律可知，冬至日地球绕太阳运动的速度最大．
2．如图所示是“金星凌日”的示意图，观察图中地球、金星的位置，思考地球和金星谁的公转周期更长．
小试身手 2．如图所示，某人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径为月球绕地球运转半径的19，设月球绕地球运动的周期为 27 天，则此卫星的运转周期大约是( )来自A.19天 C．1 天
B.13天 D．9 天
解析：由于 r 卫＝19r 月，T 月＝27 天，由开普勒第三定律，得Tr卫32卫＝Tr3月2月，得 T 卫＝1 天，故选项 C 正确．
解析：行星绕太阳沿椭圆轨道运动，并不是所有行星都在同一个椭圆轨道上绕太阳运动，故 A 错误；由开普勒第一定律可知，行星绕太阳运动的轨道为椭圆，太阳在椭圆的一个焦点上，故 B 错误；由开普勒第三定律RT23＝k 可知，离太阳越近的行星，公转周期越短，故 C 错误；由开普勒第三定律RT23＝k 可知，所有行星的轨道半长轴的三次方跟行星的公转周期的二次方的比值都相等，故 D 正确．

高一物理教案第六章万有引力定律

第六章万有引力定律一、行星的运动一、教学目标：了解地心说和日心说两种不同观点知道开普勒对行星运动的描述二、重点和难点：开普勒行星运动定律用开普勒定律解决有关天体运动问题三、教学方法：讲授法四、教学过程（一）引入新课宇宙中有无数大小不同，形态各异的天体，由这些天体组成的神秘的宇宙始终是人们渴望了解的领域，人们认识天体运动围绕“天体怎样运动？”和“天体为什么这样运动？”两个基本问题进行了长期的探索研究，提出了很多观点。

通过本节的学习，我们应了解这些观点，知道行星如何运动。

（二）进行新课1．行星运动的两种学说（1）地心说地心说的代表人物是亚里士多德和托勒玫。

他们从人们的日常经验（太阳从东边升起，西边落下）提出地心说，认为地球是宇宙的中心，并且静止不动，所有行星围绕地球作圆周运动。

地心说比较符合当时人们的经验和宗教神学的思想，成为神学的信条，被人们信奉了一千多年，但它所描述的天体运动，不仅复杂而且以此为依据所得的历法与实际差异很大。

（2）日心说日心说的代表人物是哥白尼，他在《天体运行论》一书中，对日心说进行了具体的论述和数学论证。

认为太阳是静止不动的，地球和其他行星围绕太阳运动。

把地球从天体运动的中心位置移到了一个普通的行星的位置。

行星运动的描述显得更简单、更科学。

日心说使科学从神学中解放出来，战胜了地心说，逐渐被人们接受。

但哥白尼固守天体作匀速圆周运动的传统思想，追求数的和谐与美，他的天体运动模型缺乏深入的物理思考，实际上是一个数学模型。

2．开普勒定律开普勒对第谷长期天文观察的结果进行了创造性的研究与思考，开始他想用哥白尼的太阳系模型说明火星的运行轨道，但与第谷的观测结果有8分的误差，从而大胆地摒弃了天体作匀速圆周运动的观点，从事实中寻找原则，建立了开普勒定律，对行星的运动作出了更科学、更精确的描述，回答了“天体怎样运动？”的问题。

（1）普勒第一定律：所有行星分别在大小不同的椭圆轨迹上围绕太阳运动，太阳是在这些椭圆的焦点上。

2019-2020学年高一下学期人教版物理必修二讲义：第六章万有引力与航天 6.1行星的运动要点归纳

6.1行星的运动【知识要点梳理】要点一、地心说与日心说要点诠释：1．地心说地球是宇宙的中心，并且静止不动，一切行星围绕地球做圆周运动．公元2世纪的希腊天文学家托勒密使地心说发展和完善起来，由于地心说能解释一些天文现象，又符合人们的日常经验(例如我们看到太阳从东边升起，从西边落下，就认为太阳在绕地球运动)，同时地心说也符合宗教神学关于地球是宇宙中心的说法，所以得到教会的支持，统治和禁锢人们的思想达一千多年之久．2．日心说16世纪，波兰天文学家哥白尼(1473～1543年)根据天文观测的大量资料，经过长达40多年的天文观测和潜心研究，提出“日心体系”宇宙图景．日心体系学说的基本论点有：(1)宇宙的中心是太阳，所有的行星都在绕太阳做匀速圆周运动．(2)地球是绕太阳旋转的普通行星，月球是绕地球旋转的卫星，它绕地球做匀速圆周运动，同时还跟地球一起绕太阳运动．(3)天穹不转动，因为地球每天自西向东自转一周，造成天体每天东升西落的现象．(4)与日地距离相比，其他恒星离地球都十分遥远，比日地间的距离大得多．随着人们对天体运动的不断研究，发现地心说所描述的天体的运动不仅复杂而且问题很多．如果把地球从天体运动的中心位置移到一个普通的、绕太阳运动的行星的位置，换一个角度来考虑天体的运动，许多问题都可以解决，行星运动的描述也变得简单了．因此日心说逐渐被越来越多的人所接受，真理最终战胜了谬误．注意：古代的两种学说都不完善，太阳、地球等天体都是运动的，鉴于当时自然科学的认识能力，日心说比地心说更先进，日心说能更完美地解释天体的运动．以后的观测事实表明，哥白尼日心体系学说有一定的优越性．但是，限于哥白尼时代科学发展的水平，哥白尼学说存在两大缺点：①把太阳当做宇宙的中心．实际上太阳仅是太阳系的中心天体，而不是宇宙的中心．②沿用了行星在圆形轨道上做匀速圆周运动的陈旧观念．实际上行星轨道是椭圆的，行星的运动也不是匀速的．要点二、开普勒发现行星运动定律的历史过程要点诠释：(1)丹麦天文学家第谷连续20年对行星的位置进行了精确的测量，积累了大量的数据．到1601年他逝世时，这些耗尽了他毕生心血获得的天文资料传给了他的助手德国人开普勒．(2)开普勒通过长时间的观察、记录、思考与计算，逐渐发现哥白尼把所有行星运动都看成是以太阳为圆心的匀速圆周运动似乎简单了一些，因为它与实际观察到的数据有着不小的出入．(3)开普勒承担了准确地确定行星轨道的任务，他仔细研究了第谷对行星位置的观测记录，经过四年多的刻苦计算，所得结果与第谷的观测数据至少有8′的角度误差，那么这不容忽视的8′可能就是人们认为行星绕太阳做匀速圆周运动所造成的．最后开普勒发现行星运行的真实轨道不是圆，而是椭圆，并于1609年发表了两条关于行星运动的定律．(4)开普勒在发表了第一定律和第二定律后，进一步研究了不同行星的运动之间的相互关系，在1619年又发表了行星运动的第三条定律．开普勒提出描述行星运动的规律，使人类的天文学知识提高了一大步，他被称为“创制天空法律者”．要点三、开普勒的行星运动定律要点诠释：(1)开普勒第一定律(轨道定律)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．不同行星椭圆轨道则是不同的．开普勒第一定律说明了行星的运动轨道是椭圆，太阳在此椭圆的一个焦点上，而不是位于椭圆的中心．不同的行星位于不同的椭圆轨道上，而不是位于同一椭圆轨道，再有，不同行星的椭圆轨道一般不在同一平面内．(2)开普勒第二定律(面积定律)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．如图所示，行星沿着椭圆轨道运行，太阳位于椭圆的一个焦点上．如果时间间隔相等，即t 2－t 1＝t 4－t 3如，那么S A ＝S B ，由此可见，行星在远日点a 的速率最小，在近日点b 的速率最大．(3)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它的公转周期的二次方的比值都相等．若用a 代表椭圆轨道的半长轴，T 代表公转周期，即32a k T(其中，比值k 是一个与行星无关的常量) 要点四、对行星运动规律的理解要点诠释：(1)开普勒第二定律可以用来确定行星的运行速率．如图所示，如果时间间隔相等，即t 2－t 1＝t 4－t 3，由开普勒第二定律，面积A ＝面积B ，可见离太阳越近，行星在相等时间内经过的弧长越长，即行星的速率就越大．(2)开普勒三定律不仅适用于行星，也适用于其他天体，例如对于木星的所有卫星来说，它们的32a T一定相同，但常量k 的值跟太阳系各行星绕太阳运动的k 值不同．以后将会证明，开普勒恒量k 的值只跟(行星运动时所围绕的)中心天体的质量有关．(3)要注意长轴是指椭圆中过焦点与椭圆相交的线段，半长轴即长轴的一半，注意它和远日点到太阳的距离不同．(4)由于大多数行星绕太阳运动的轨道与圆十分接近，因此，在中学阶段的研究可以按圆周运动处理，这样开普勒三定律就可以这样理解：①大多数行星绕太阳运动的轨道十分接近圆，太阳处在圆心；②对某一行星来说，它绕太阳做圆周运动的速率不变，即行星做匀速圆周运动； ③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，即32R k T =．如绕同一中心天体运动的两颗行星的轨道半径分别为R 1、R 2，公转周期分别为T 1、T 2，则有33122212R R T T =．。

高一物理第六章万有引力定律一行星的运动(备课资料) 第一册

诚西郊市崇武区沿街学校●备课资料开普勒的探究与“新〞观念开普勒，1571年12月27日生于德国维登堡的维尔城，从小就体弱多病.但他小时候读书功课很好，显示了丰富的求知才能.开普勒的父亲，虽出身贵族，但不事消费，母亲脾气暴躁，没有知识.贫困的家庭无法供养开普勒上学，因此他一直靠奖学金读书.十七岁时他进入提宾根大学，研究神学和数学.1594年，从友人之劝，应哥拉次大学聘请任天文学教授.按理说天文学的研究，在于预言日月交食、天体运行.但是在当时，天文学家近乎星相之流，须想象日月星辰的运行变化如何预示着国运之兴衰和事业的成败.开普勒虽不喜欢但也只能迁就.开普勒在校读书时也略知哥白尼理论，但没有认真观察过天象.像他这样认真工作的人，一旦接过职务，便专心研究，由之引起浓重兴趣.开普勒对日心说的简明和谐性非常迷恋，他想进一步解释哥白尼算出来的行星轨道的配置.他想，行星的运动与它们和太阳相隔的间隔一定有着某种关系.他进展了多种设想，结果都不适宜.后来，他想到了几何学——包括地球在内的六颗行星和五个正多面体之间是否有着联络.从希腊时代起就知道，有五种规那么的几何形体：四面体(四个三角形组成)、正立方体、八面体(八个三角形组成)、正十二面体(十二个五边形组成)、二十面体(二十个三角形组成).开普勒便设想了一个模型：五个多面体一个套一个地放着，有点像大小不一的碗套在一起一样.五个多面体之间的四个空间有四个球面，第五个球面在最里面，第六个球面在最外面，行星轨道就在球面上.太阳处于中心不动，行星绕着太阳运动.行星轨道的差异，那么对应着五个规那么的毕达哥拉斯图形….开普勒经过屡次计算，使行星的球面位置跟行星的实际间隔相差不到百分之五.他把结果发表在神秘的宇宙组织(1597年)一书里.开普勒的这一想象的错误在今天看来是显而易见的，我们知道行星中还有天王星、海王星、冥王星以及一群小行星等，这些远远超越了开普勒规那么几何立体形的梦想.但是，开普勒的成功在当时赢得了人们的尊敬，而其想象力和计算的才能，引起了大科学家第谷、伽利略的注意.第谷决定聘请开普勒去当他的助手.于是开普勒于1600年起就在布拉格天文台工作了.开普勒来到第谷的身边，是发现开普勒三定律和万有引力定律迈出的重要一步.这两位天才的，对天文学的开展起了宏大的推动作用.1601年第谷逝世，开普勒继承了第谷的“御前数学家〞的头衔，接过第谷遗留下的大量天体观察资料苦心研究起来.这个非常困难的问题第谷没有解决，而成了开普勒研究天体运动的起点.第谷进展观测20年，火星的运行轨道终究是怎样的？是简单的重复吗？第谷的观测是在地球上进展的，那么地球是不动的，还是运动着的呢？当时并不清楚.开普勒坚信哥白尼的理论根本上是正确的——地球既绕自己的轴自转，又绕太阳运行.起先，开普勒跟前人一样，试图用偏心轮和大本轮等的组合来说明第谷对火星的观察结果.经过一年半的努力，试验了70次，终于找到了一个与观测结果相符的轨道，似乎接近成功了.但是很快就发现，假设将火星的轨迹沿着拟合时使用的那些实际观测点延伸下去，那么按照模型预测的位置跟第谷实际观测到的火星位置之间会有152度(即8分)的偏向，这个角度偏向相当于时钟的秒针在0.022秒的时间是是内所转过的角度.偏向很小，但开普勒并没放过.他想：是仪器的误差吗？据开普勒的研究分析，第谷的仪器和观测误差不会超过2′.或者者许在冬天的寒夜，第谷的手指冻僵了，视力迟钝了，开普勒知道第谷的工作是严谨的，观测结果的准确性是完全可以信赖的.那么，这8′的偏向就意味着偏心轮和大小本轮的失败！开普勒在新天文学中写道“…这大小仅有8′的角，就已经为改造天文学提供了手段〞.开普勒对第谷这位勤奋的观测者完全信赖，他说第谷的观测决不会错.于是他否认了自己得出的轨迹曲线，开始了新的探究——火星的轨道不是一个圆周，而且不会有这样一个点，火星绕这一点的运动是匀速的.开普勒手里掌握着第谷留给他的珍贵资料，思索着“火星的轨道应该是什么样的形状？沿轨道运动的速度又是怎样的？〞——两个新问题.开普勒相信地球是运动的，要正确地确定火星的位置首先要准确地确定地球的轨道，以便知道在观测的日子里地球在什么位置.为了推导地球的轨道，他选取了太阳、地球、火星三者在一线时为起点，经过687天以后，正如哥白尼所说的，火星将回到同一点(见右图)，可是地球这时并不在其轨道的同一点(即第一次观察时的地点)，从地球上看到的太阳和火星的方向(相对恒星而言)是可知的，由此可以确定地球在轨道上的位置.处理了几组(每隔687天即一个“火星年〞)记录后，就可确定地球的轨道形状了.开普勒发现地球的轨道接近圆周，太阳稍稍分开圆心.地球绕太阳运动中，地球距太阳最近时运动得快些，距太阳远时运动得慢些.开普勒设想了连接太阳和行星的“轮辐条〞，并仔细研究了地球和火星后，观察到“辐条在相等的时间是是内扫过的面积相等〞.发现了“面积定律〞——今天叫做“开普勒第二定律〞.面积定律成了预测行星沿轨道运行的位置的强有力的工具，开普勒画了大小不同的椭圆后说：“结论是非常简单的，行星的途径不是一个圆，而是弯曲的卵形线——椭圆.〞在开普勒研究的行星中，火星轨道最扁(偏心率最大)，开普勒后来写到：“惟有火星才使我看透了天文学的机密，否那么这个机密将永远难以揭晓〞.开普勒并没有满足，接着寻找行星轨道大小与绕日运转一周所需时间是是的关系，经过十年的努力，得出了开普勒第三定律(1609年新天文学中发表了“椭圆轨道定律〞和“面积定律〞后，到1619年世界的和谐中发表了“周期定律〞).于1630年11月15日病死在累根斯堡.开普勒的一生大半是贫病交迫，孤独奋斗.由于发现了三大定律，他获得了“创制天空法律者〞的头衔，但贫困如昔.有人说，哥白尼出身富家，第谷有国王支持，伽利略后面有公爵，牛顿后面有政府，而开普勒只有疾病和贫困.失败和贫困没有阻止开普勒的探究，他的想象力、毅力和献身精神终于给他带来了成功.在开普勒的工作中特别应提出的是：①他开始时是企图用柏拉图的几何模型和托勒玫的偏心轮本轮的形式来解释行星的运动规律，但是后来他终于抛弃了陈旧的观念，提出了新的设想，从而发现了三大定律.他还把过去采用几何(圆周)形式表述行星运动的方式推进到用代数方程来陈述三大定律.②他对第谷的信赖和对第谷观测的准确数据的重视是他成功的关键.一种物理模型或者者一种假设，随着人们认识的开展，是可以修正或者者更新的，但是一份实际观测的资料，却是长期起作用，又随人们观念的更换而改变的.这些都是我们的启示.。

高中物理第六章万有引力与航天第1节行星的运动教学案新人教版必修2(new)

球做匀速圆周运动，其轨道半径为月球绕地球轨道半径的错误!，则此卫星运行的周期大约是
（)
A．1～4 天
B．4～8 天
C．8~16 天
D．16～20 天
解析：选 B 由开普勒第三定律错误!＝k
得错误!＝错误!，
所以 T 星＝错误!T 月＝错误!×27 天≈5.2 天,B 正确。 6.某行星绕太阳运动的椭圆轨道如图 2 所示,F1 和 F2 是椭圆轨道的两个焦点，行星在 A 点的速率比在 B 点的速率大，则太阳位于( ）
4．(多选）如图 1 所示,对开普勒第一定律的理解，下列说法中正确的是（）
图1 A．在行星绕太阳运动一周的时间内，它离太阳的距离是不变的
B．在行星绕太阳运动一周的时间内，它离太阳的距离是变化的
C．某个行星绕太阳运动的轨道一定是在某一固定的平面内
D．某个行星绕太阳运动的轨道一定不在一个固定的平面内
［典例］飞船沿半径为 R 的圆周绕地球运动，其周期为 T。如果飞船要返回地面，可在轨道上某点 A 处,将速率降低到适当数值,从而使飞船沿着以地心为焦点的椭圆轨道运动，椭圆和地球表面在 B 点相切,如图 6.1。2 所示。如果地球半径为 R0，求飞船由 A 点运动到 B 点所需要的时间。
图 6 1.2 ［审题指导] 分析题图，可以获得以下信息： (1)开普勒第三定律对圆轨道和椭圆轨道都适用。 (2）椭圆轨道的半长轴大小为R＋2 R0。（3）飞船由 A 运动到 B 点的时间为其椭圆轨道周期的一半。 [解析] 飞船沿椭圆轨道返回地面，由题图可知,飞船由 A 点到 B 点所需要的时间刚好是沿图中整个椭圆运动周期的一半,椭圆轨道的半长轴为错误!，设飞船沿椭圆轨道运动的周期为 T′。根据开普勒第三定律有错误!＝错误!。解得 T′＝T错误!＝错误!错误!. 所以飞船由 A 点到 B 点所需要的时间为 t＝错误!＝错误!错误!。 [答案] 错误!错误!

高中物理第六章万有引力与航天第一节行星的运动教案新人教必修

第一节行星的运动课时：一课时教师：教学目标三个维度的教学目标具体为：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)知道所有行星绕太阳运动的椭圆轨道的半长轴的三次方跟周期的二次方的比值相等，且这个比值与行星的质量无关，但与太阳的质量有关．过程与方法(1)理解人们对行星运动的认识过程是漫长而复杂的；(2)了解科学发现的艰辛，真理是来之不易的．情感、态度与价值观通过教学活动，使同学们感受到科学探索的乐趣与科学探究方法的魅力，树立为科学献身的远大理想．重点与难点重点是开普勒关于行星运动的描述，难点是体验和理解把实验归纳和数学演绎结合起来研究问题的科学方法．教学用具多媒体课件、实物投影仪、木板、白纸、棉线．教学过程：二个视频、〔导入新课〕学生齐读P31页二自然段自远古以来，当人们仰望星空时，天空中壮丽璀璨的现象吸引了无数智慧的头脑开始探索星体运动的奥秘．我们的祖先发现，大多数星星的相互位置几乎是固定的，几百年内不会发生肉眼可见的变化，它们是“恒星”，然而，水星、金星、火星、木星、土星这五颗亮星则在众星的背景下移动，有的在几个星期中就能发现它的位置变化，所以把它们叫“行星”．认识宇宙要从行星开始．新课教学：一、古人对天体运动的看法及发展过程？1、古代人们对天体运动存在哪些看法？2、什么是“地心说”，什么是“日心说”？3、哪种学说占统治地位的时间较长？4、两种学说争论的结果是什么？科学的足迹1、地心说代表人物：托勒密观点：地球是宇宙的中心，是静止不动的，太阳、月亮以及其他行星都绕地球运动。

2、日心说代表人物：哥白尼：拦住了太阳，推动了地球。

观点：太阳是静止不动的，地球和其他行星都在绕太阳做匀速圆周运动。

3、日心说的进一步完善（1）天才观察者：第谷·布拉赫把天体位置测量的误差由10/ 减少到2/(2) 开普勒：真理超出希望开普勒行星运动三定律[探究1]行星运动绕太阳运动的轨道是什么形状？圆？年份春分夏至秋分冬至2004 3/20 6/21 9/23 12/212005 3/20 6/21 9/23 12/212006 3/21 6/21 9/23 12/21春92天夏94天秋89天冬90天秋冬两季比春夏两季时间短第谷（丹麦）二十年的精心观测开普勒（德国）潜心研究 8分的误差四年多的刻苦计算否定19 种假设行星轨道为椭圆假设地球绕太阳的运动是一个椭圆运动,太阳在焦点上,根据曲线运动的特点，得从秋分到冬至再到春分的时间比从春分到夏至再到秋分的时间短，所以秋冬两季比春夏两季要短。

高一物理第六章万有引力定律六行星恒星星系和宇宙(备课资料) 大纲第一册

芯衣州星海市涌泉学校●备课资料一、万有引力与星系的组成宇宙间任何两物体之间都存在互相吸引的力——万有引力.因此宇宙中任何两天体之间都有互相吸引的万有引力.万有引力F=G 2R Mm的规律使不同层次的天体组成不同层次的天体系统.在行星与卫星之间，如地球—月球系统，地球与月球间的万有引力F 地=7×10—11·272224)108.3(1038.71098.5⨯⨯⨯⨯=2.04×1022N，而卫星与恒星之间，如月球—太阳之间的万有引力F 太=7×10—11×2112230)105.1(1038.7100.2⨯⨯⨯⨯=×1020N，可以说F 地>>F 太，所以地球—月球组成一个整体，整体受太阳的作用，绕太阳运转.可以计算出行星与恒星之间的万有引力又会远大于银河系对它的万有引力，因此万有引力使行星与恒星组成一个整体，这个整体又在银河系中运动.可以推测银河系内对恒星的万有引力又远大于河外星系对其恒星的万有引力，因此，银河系又是一个整体在宇宙中运动.二、膨胀的宇宙在1910~1920年的十年内，洛威尔天文台的科学家发现许多星系有红移现象.所谓红移现象可以用多普勒效应来解释，即星系远离我们而去时，接到的星光的频率变低，使谱线向红端挪动.1929年美国天文学家哈勃发现，所有银河外星系的谱线普遍有红移现象，他把测得各星系的间隔跟它们各自退行的速度比较，发如今大尺度上星系的退行速度是跟它们分开我们的间隔成正比的，这个关系叫做哈勃定律.哈勃的发现给我们提供了星系远离我们而去且在不停运动的有力证据.从任何一个星系上看，其他星系都在彼此远离退行，这实际上显示我们的宇宙正处于不断膨胀中，从而彻底改变了静态宇宙的传统观念.三、大爆炸宇宙学我们已经知道，宇宙是膨胀的.既然宇宙一直膨胀，那么逆着时间是是往上推，追根寻源，早期的宇宙一定处于比方今小得多、密度大得多的状态，而且原那么上允许一直追溯到初始奇点.初始奇点即体积无限小、密度无限大的一种状态.因此，人们提出宇宙起源于原始火球的假设.原始火球就是初始奇点，如今宇宙的膨胀正是大爆炸所开始的空间膨胀的继续.目前比较盛行的是热大爆炸宇宙说，这一学派的主要观点是：我们的宇宙曾有过一段从密到稀、从热到冷的演化历史，按照这种观点来研究宇宙中物性演化的历史，统称为大爆炸宇宙说.大爆炸宇宙模型得到许多观测数据的支持，特别是3K宇宙背景辐射预言的证实.当然，大爆炸模型尚未解决的问题很多，还有一些疑难问题有待进一步研究，例如宇宙是否弥散着反物质等.而大爆炸宇宙学作为人类探究宇宙起源及其演化的一个里程碑地位已经确定，不会轻易改变.四、宇宙的起源和归缩大爆炸宇宙学可以说是当今的创世说，宇宙起源于时空初始奇点的大爆炸.在1970年英国的彭罗斯和霍金证明一个奇点定理，指出：在经典广义相对论成立的条件下，时空区域的奇点是不可防止的.奇点就是在该处具有无限大的密度和无限大的时空曲率等.1983年哈特和霍金等人避开引力场量子化问题，把宇宙整体看做是一个物理的量子系统，在t=0时，由状态“无〞，即连时间是是、空间都不存在的一个什么也没有的“无〞状态，自发跃迁到具有空间、时间是是的量子状态，宇宙创生于完全偶然的一次量子跃迁中.即他们把宇宙的起源归结为“从无到有〞，这有点像我国古代老子的思想，“天地万物生于有，有生于无.〞尽管物理学家对宇宙的起源的细节仍然理解不多，争论也多，但是对它的根本理论框架的看法已达成一致.宇宙来自真空，那时宇宙的一切物质的正能量正好等于所有星系物质之间的引力互相作用能.由于引力势能是负能量，宇宙的总能量等于零，所以，不需要任何创造宇宙的能量.宇宙来自真空这一思想的主要困难，一直是如何解释宇宙中质子从何而来的问题.总之，宇宙创生的相貌已依稀可见.对于宇宙的结局，目前没有一致意见.物理学家们认为，宇宙的结局要么无限冰冷，不然就是炽烈燃烧，一切化为灰烬.这主要决定于今后宇宙是不断膨胀下去呢，还是膨胀一段时间是是之后又开始收缩.让我们以两代物理学家对宇宙的评述完毕我们关于宇宙的讨论吧.爱因斯坦说过；“宇宙间最不可理解的事物就是：宇宙是可以理解的.〞当代的大物理学家温伯格在他的名著最初三分钟一书中写道：“理解宇宙的努力是那些为数甚少的事物之一，这些事物使人类的生命从笑剧的程度进步一点，而赋予它一些悲剧的韵味.〞。

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●备课资料
2019-2020年高一物理第六章万有引力定律一、行星的运动(备课资料) 人教大纲版第
一册
开普勒，1571年12月27日生于德国维登堡的维尔城，从小就体弱多病.但他小时候读书功课很好，显示了丰富的求知能力.开普勒的父亲，虽出身贵族，但不事生产，母亲脾气暴躁，没有知识.贫苦的家庭无法供养开普勒上学，因此他一直靠奖学金读书.十七岁时他进入提宾根大学，研究神学和数学.1594年，从友人之劝，应哥拉次大学聘请任天文学教授.按理说天文学的研究，在于预言日月交食、天体运行.但是在当时，天文学家近乎星相之流，须想象日月星辰的运行变化如何预示着国运之兴衰和事业的成败.开普勒虽不喜欢但也只能迁就.开普勒在校读书时也略知哥白尼理论，但没有认真观察过天象.像他这样认真工作的人，一旦接过职务，便专心研究，由之引起浓厚兴趣.开普勒对日心说的简明和谐性非常迷恋，他想进一步解释哥白尼算出来的行星轨道的配置.他想，行星的运动与它们和太阳相隔的距离一定有着某种关系.他进行了多种设想，结果都不适合.后来，他想到了几何学——包括地球在内的六颗行星和五个正多面体之间是否有着联系.从希腊时代起就知道，有五种规则的几何形体：四面体(四个三角形组成)、正立方体、八面体(八个三角形组成)、正十二面体(十二个五边形组成)、二十面体(二十个三角形组成).开普勒便设想了一个模型：五个多面体一个套一个地放着，有点像大小不一的碗套在一起一样.五个多面体之间的四个空间有四个球面，第五个球面在最里面，第六个球面在最外面，行星轨道就在球面上.太阳处于中心不动，行星绕着太阳运动.行星轨道的差别，则对应着五个规则的毕达哥拉斯图形….开普勒经过多次计算，使行星的球面位置跟行星的实际距离相差不到百分之五.他把结果发表在《神秘的宇宙组织》(1597年)一书里.开普勒的这一想象的谬误在今天看来是显而易见的，我们知道行星中还有天王星、海王星、冥王星以及一群小行星等，这些远远超越了开普勒规则几何立体形的幻想.但是，开普勒的成功在当时赢得了人们的尊敬，而其想象力和计算的才能，引起了大科学家第谷、伽利略的注意.第谷决定聘请开普勒去当他的助手.于是开普勒于1600年起就在布拉格天文台工作了.
开普勒来到第谷的身边，是发现开普勒三定律和万有引力定律迈出的重要一步.这两位天才的合作，对天文学的发展起了巨大的推动作用.
1601年第谷逝世，开普勒继承了第谷的“御前数学家”的头衔，接过第谷遗留下的大量天体观察资料苦心研究起来.这个非常困难的问题第谷没有解决，而成了开普勒研究天体运动的起点.第谷进行观测20年，火星的运行轨道究竟是怎样的？是简单的重复吗？第谷的观测是在地球上进行的，那么地球是不动的，还是运动着的呢？当时并不清楚.开普勒深信哥白尼的理论基本上是正确的——地球既绕自己的轴自转，又绕太阳运行.起先，开普勒跟前人一样，试图用偏心轮和大本轮等的组合来说明第谷对火星的观察结果.经过一年半的努力，试验了70次，终于找到了一个与观测结果相符的轨道，似乎接近成功了.但是很快就发现，如果将火星的轨迹沿着拟合时使用的那些实际观测点延伸下去，那么按照模型预测的位
2度(即8分)的偏差，这个角度偏差相当于时钟置跟第谷实际观测到的火星位置之间会有
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的秒针在0.022秒的时间内所转过的角度.偏差很小，但开普勒并没放过.他想：是仪器的误差吗？据开普勒的研究分析，第谷的仪器和观测误差不会超过2′.或许在冬天的寒夜，第谷的手指冻僵了，视力迟钝了，开普勒知道第谷的工作是严谨的，观测结果的准确性是完全可以信赖的.那么，这8′的偏差就意味着偏心轮和大小本轮的失败！开普勒在《新天文学》中写道“…这大小仅有8′的角，就已经为改造天文学提供了手段”.开普勒对第谷这位勤奋的观测者完全信赖，他说第谷的观测决不会错.于是他否定了自己得出的轨迹曲线，开始了新的探索——火星的轨道不是一个圆周，而且不会有这样一个点，火星绕这一点的运动是
匀速的.开普勒手里掌握着第谷留给他的宝贵资料，思索着“火星的轨道应该是什么样的形状？沿轨道运动的速度又是怎样的？”——两个新问题.
开普勒相信地球是运动的，要正确地确定火星的位置首先要准确地确定地球的轨道，以便知道在观测的日子里地球在什么位置.为了推导地球的轨道，他选取了太阳、地球、火星三者在一线时为起点，经过687天以后，正如哥白尼所说的，火星将回到同一点(见右图)，可是地球这时并不在其轨道的同一点(即第一次观察时的地点)，从地球上看到的太阳和火星的方向(相对恒星而言)是可知的，由此可以确定地球在轨道上的位置.处理了几组(每隔687天即一个“火星年”)记录后，就可确定地球的轨道形状了.
开普勒发现地球的轨道接近圆周，太阳稍稍离开圆心.地球绕太阳运动中，地球距太阳最近时运动得快些，距太阳远时运动得慢些.开普勒设想了连接太阳和行星的“轮辐条”，并仔细研究了地球和火星后，观察到“辐条在相等的时间内扫过的面积相等”.发现了“面积定律”——今天叫做“开普勒第二定律”.面积定律成了预测行星沿轨道运行的位置的强有力的工具，开普勒画了大小不同的椭圆后说：“结论是十分简单的，行星的路径不是一个圆，而是弯曲的卵形线——椭圆.”在开普勒研究的行星中，火星轨道最扁(偏心率最大)，开普勒后来写到：“惟有火星才使我看透了天文学的秘密，否则这个秘密将永远难以揭晓”.开普勒并没有满足，接着寻找行星轨道大小与绕日运转一周所需时间的关系，经过十年的努力，得出了开普勒第三定律(1609年《新天文学》中发表了“椭圆轨道定律”和“面积定律”后，到1619年《世界的和谐》中发表了“周期定律”).于1630年11月15日病死在累根斯堡.
开普勒的一生大半是贫病交迫，孤独奋斗.由于发现了三大定律，他获得了“创制天空法律者”的头衔，但贫困如昔.有人说，哥白尼出身富家，第谷有国王支持，伽利略后面有公爵，牛顿后面有政府，而开普勒只有疾病和贫困.失败和贫困没有阻止开普勒的探索，他的想象力、毅力和献身精神终于给他带来了成功.在开普勒的工作中特别应提出的是：①他开始时是企图用柏拉图的几何模型和托勒玫的偏心轮本轮的形式来解释行星的运动规律，但是后来他终于抛弃了陈旧的观念，提出了新的设想，从而发现了三大定律.他还把过去采用几何(圆周)形式表述行星运动的方式推进到用代数方程来陈述三大定律.②他对第谷的信赖和对第谷观测的精确数据的重视是他成功的关键.一种物理模型或一种假设，随着人们认识的发展，是可以修正或更新的，但是一份实际观测的资料，却是长期起作用，又随人们观念的更换而改变的.这些都是我们的启示.。

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