高一物理学案(万有引力部分.doc

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1、洛阳市第十九中学物理校本教材第6章 万有引力定律(学案)本章总体分析 本章是牛顿运动定律和圆周运动规律在天文和人造卫星上的应用。一、本章知识结构；二、本章知识可以分成两个单元：第一单元；（第一节、第二节、第三节）讲述万有引力定律和引力常量的测量。第二单元：（第四节、第五节）讲述万有引力定律在天文学中的应用和人造卫星。第1节行星的运动（一）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

2、是漫长复杂的，真理是来之不易的（二）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（三）情感、态度与价值观 1澄清对天体运动裨秘、模糊的认识，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1什么是地心说？什么是日心说？“地心说”认为 是宇宙的中心，是静止不动的，大阳、月亮以及其他行星都绕地球运动， “日心说”则认为太阳是 不动的，地球和其他行星都绕太阳运动“地心说的代表人物： (古希腊)“地心说符合人们的直接经验，同时也符合势力强大的宗教神学关于地球是宇宙中心的认识，故地心说一度占据了统治地

3、位“日心说”战胜了“地心说”，最终被接受“日心说”代表人物： ，“日心说”能更完美地解释天体的运动2开普勒第一定律内容是什么？3开普勒第二定律内容是什么？4开普勒第三定律内容是什么？一、地心说与日心说：地心说日心说基本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围绕地球运动。认为太阳是宇宙的中心，是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳匀速圆周运动。代表人物古希腊学者；托勒密波兰天文学家：哥白尼特点比较符合人们的日常经验，同时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。许多问题都可以解决，行星运动的描述也变得简单。缺点在描述天体运动上遇到困难。把太阳当作宇宙

4、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；沿用了行星在圆形轨道上做匀速圆周运动的陈旧观念，实际上行星的轨道是椭圆，行星的运动也不是匀速的。二、开普勒第一定律做一做：用一条细绳和两个图钉来画椭圆。1想一想：椭圆上某点到两个焦点的距离之和与椭圆上另一点到两个焦点的距离之和有什么关系？说一说：开普勒第一定律：所有行星绕太阳运动的轨道都是 ，太阳处在 。三、开普勒第二定律说一说：对任意一个行星来说，它与太阳的连线在 扫过相等的 。思考与讨论：当行星离太阳比较近的时候，运行的速度比较 ，而行星离太阳比较远的时候，运行的速度比较 。四、开普勒第三定律说一说：所有行星的椭圆轨道的半长轴的 跟

5、公转周期的 比值都相等。用公式来表示： 。思考与讨论：比值k对太阳的不同行星来说一样吗？k与行星 ，而与 有关。对绕地球运动的卫星来说，k与卫星 ，而与 有关。开普勒三定律的重大意义：（1）开普勒三定律以极其简明的结论代替了以往解决天体问题的庞杂系统，使得计算行星的轨道半径和它们的位置工作大大简化。（2）开普勒三定律的发现为经典天文学奠定了基础，并导致数十年后万有引力定律的发现。说一说：实际上，多数行星绕太阳运动的轨道与圆十分接近，这时开普勒行星运动三定律可表述为：1行星绕太阳运动的轨道十分接近 ，太阳处在 。2对某一个行星来说，它绕太阳运动的线速度大小（或角速度）不变，即做 运动。3所有行星

6、绕太阳做匀速圆周运动的轨道半径r的 跟它公转周期T的 的比值都 。即 。例1理论和实践证明，开普勒定律不仅适用于太阳系中的天体运动，而且对一切天体（包括卫星绕行星的运动）都适用。关于开普勒第三定律公式，下列说法中正确的是（ ）A行星轨道的半长轴越长，自转周期就越长B行星轨道的半长轴越长，公转周期就越长C对于所有天体的行星或卫星，k值都相等D不同天体的行星或卫星，k值可能不相等例2A、B两颗人造地球卫星的质量之比为l：2，轨道半径之比为2：1，则它们的运行周期之比为（ ）A1：2 B1：4 C2：1 D4：1【课内效果评估】1下列关于开普勒对于行星运动规律的认识的说法正确的是（ ）A所有行星绕太

7、阳运动的轨道都是椭圆B所有行星绕太阳运动的轨道都是圆C所有行星的轨道的半长轴的二次方跟公转周期的三次方的比值都相同D所有行星的公转周期与行星的轨道的半径成正比2关于公式，下列说法中正确的是（ ）A公式只适用于围绕太阳运行的行星B公式适用于宇宙中所有围绕星球运行的行星或卫星C公式中的k值，对于所有行星（或卫星）都相等D公式中的k值，只与中心天体有关，与绕中心天体旋转的行星（或卫星）无关3两颗行星的质量分别为，绕太阳运行的轨道半长轴分别为，则它们的公转周期之比为（ ） A B C D无法确定4宇宙飞船绕太阳在近似圆形的轨道上运动，若宇宙飞船绕太阳运动的周期为27y，则其轨道半径是地球轨道半径的（

8、）A3倍 B6倍 C9倍 D81倍【课后巩固练习】1.关于日心说被人们所接受的原因是（ ）A.以地球为中心来研究天体的运动有很多无法解决的问题B.以太阳为中心来研究天体的运动，许多问题都可以解决，行星运动的描述也变简单了C.地球是围绕太阳运转的D.太阳总是从东边升起，从西边落下2关于太阳系中行星运动的轨道，以下说法正确的是（ ） A所有行星绕太阳运动的轨道都是圆B所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆C不同行星绕太阳运动的椭圆轨道的半长轴是不同的D不同行星绕太阳运动的椭圆轨道是相同的 3一年四季, 季节更替. 地球的公转带来了二十四节气的变化. 一年里从立秋到立冬的时间里, 地球绕太阳运转的速度_,

9、 在立春到立夏的时间里, 地球公转的速度_. (填“变大”、“变小”或“不变”)4一颗近地人造地球卫星绕地球运行的周期为84分钟，假如月球绕地球运行的周期为30天，则月球运行的轨道半径是地球半径的_倍。开普勒行星运动规律在科学发展史上，人们很早就开始探讨行星的运动问题，形成了许多种学说，其中主要的是地球中心说（简称地心说）和太阳中心说（简称日心说）并在日心说的基础上，开普勒终于发现了行星运动规律一、行星运动学说的建立与发展1地心说的初步形成在人们探讨地球、太阳及行星的运动问题上，古希腊的伟大学者亚里士多德首先提出了地球是宇宙中心的学说他主张地球是球形的，因为球形是最完美的图形，是唯一能在自身所

10、占据的空间范围内作任何方向的旋转的图形亚里士多德并进一步列举月食的成因，向北向南微小的迁移所看到的天空等事实来证明地球的球形亚里士多德还运用他的运动学理论来论证地球的形状只能是球形并估计了地球的大小亚里士多德进一步认为，地球是不动的宇宙中心他解释说，既然地球上所有的重物都要落向地心，那么地球所在的位置必定是宇宙的中心，否则地球就要向宇宙的中心运动了，地球上的各种物体将如何运动也就很难想象了他认为天体的自然运动是圆周运动因为地球处于宇宙的中心，所以地球必然是静止不动的为了解释天体的运动，亚里士多德以地球为中心，把宇宙分为九个等距的层次，分别有月亮、水星、金星、太阳、火星、木星、土星和恒天星，第九

11、层是一个原动天，它是第一推动力从这里可看出，亚里士多德所追求的是一种完美、和谐的理论因为在他看来，宇宙应当是完美和谐的他从美的观点出发建立一个宇宙体系，然后再尽量用逻辑来证明2日心说的萌芽亚里山大里亚时期的天文学家阿利斯塔克（前310前230年）被恩格斯称为“古代的哥白尼”他认为恒星和太阳在空间并不变动其位置；地球以太阳为中心沿着它的周围旋转他推算出太阳的体积大约是地球体积的250370倍，他认为，太阳既然是宇宙中最大的一个天体，那么宇宙的中心只能是太阳，这是提出太阳中心说的根据但遗憾的是，他的日心说思想没有得到进一步的继承与发展日心说在阿利斯塔克那里，只能是一种天才的猜测、智慧的火花，这颗萌

12、芽却未能长成一棵参天的大树历史上除亚里士多德，阿利斯塔克外，还有许多学者，提出过相似的各种各样的学说，日地关系的各种可能都有人试探过、讨论过，但各种学说在争论中都未能占优势3地心说的建立与发展古希腊天文学家托勒玫一方面继承了亚里士多德的地心说，另一方面把它加以发展和完善他也认为，地球是宇宙的中央，所有的重物都朝着它运动他吸收了当时的一些新的思想，用圆周体系来代替天球层体系，从而克服了亚里士多德体系所无法解决的一些困难，把地心说推向了一个新阶段托勒玫主张地球是静止不动的，并对阿利斯塔克的日心说提出了批评他从太阳的升落、物体的下落、天上的浮云的飘动、鸟的飞行等观察到的事实来证实他的地球静止的观点他

13、提出本轮、均轮等重要概念来解释行星视运动的不规则性，使地心说具有更强的生命力由于托勒玫对地心说的发展与完善，再加上人们认识上的原因以及教会的支持，使地心说在天文学界统治了将近十五个世纪4日心说的确立随着科学的不断发展，托勒玫地心说的错误日益暴露出来，这就客观上要求用新的理论体系来代替它十六世纪中叶，当年阿利斯塔克所埋下的火种，终于通过波兰天文学家哥白尼之手而燃烧成熊熊烈火，从而揭开了近代自然科学的序幕哥白尼在大学学习期间就对托勒玫的地心说产生了怀疑，他认为地球静止不动的观点是不能成立的，人们总习惯于把自己看作是世界的中心，这也是一种偏见他说，托勒玫由于没有区别现象和本质，而将假象视为真实由于感

14、觉不到地球的自转，以致只感觉到太阳每天从东方升起而在西方下落这正象人们坐在大船上行驶时，往往感觉不到船在运动，而只见到岸上的东西往后移动一样同样，太阳绕地球转是假象，地球围绕太阳转才是真象哥白尼为了彻底搞清楚行星的运动问题，他在弗洛恩堡一所教堂的阁楼上对天象进行了三十年艰苦观测哥白尼当时的天文观测条件很差，弗洛恩堡的纬度偏北，靠近海洋、空气潮湿、仪器简陋等而且过去的观测资料几经传抄，错误很多，有些数据甚至是伪造的但哥白尼不畏困难，持之以恒，三十年终于取得了可观的数据，为他创立日心说提供了比较丰富、可靠的观测资料经过哥白尼一生的努力，终于在 1512年写成了初稿，1543年终于出版了天文学的不朽

15、巨著天体运行论，这一科学巨著被恩格斯称为“自然科学的独立宣言”，“从此自然科学便开始从神学中解放出来科学的发展从此便大踏步地前进”哥白尼在天体运行论中，明确地把地球从宇宙中心的位置排除出去，把它降为普通行星的一员他认为，地球的自身有三种运动，一是自西向东绕轴昼夜自转，二是地球在金星与火星轨道间的黄道上从西向东运行，三是倾斜面的运动，即赤道面或自转轴相对于日地联线的运动哥白尼正是依据地球的这三种运动与各个天体固有的自身运动，简单而统一地解释了从地面上观察到的天体的周日旋转、太阳与月亮运动的快慢变化、五大行星运行中的逆行等复杂现象这样哥白尼便创建了一个以太阳为中心的宇宙结构体系哥白尼的日心说比托勒

16、攻的地心说具有内在的简单性和和谐性，而且它表述了运动的相对性思想，为理解行星的运动开辟了一条新的途径动力学的途径哥白尼的“日心地动”体系启发了开普勒去发现行星运动的真实规律，为牛顿力学的完成奠定了基础哥白尼的日心说受到了意大利哲学家布鲁诺的热情支持和宣传，他也因而被教会烧死于罗马鲜花广场在听到判词后布鲁诺说：“你们心中的恐惧比我听到判词还要高出百倍，我愿为殉道而死！”二、行星运动观测资料的积累丹麦天文学家第谷早年对托勒玫的著作进行一些研究，同时又进行了实际的天文观测他通过对行星在星系方位的观察和计算，发现过去的天文观测资料是不够准确的，编出的星表也有很多的误差他认为，如果不精确地掌握恒星和行星

17、的位置，人们永远无法了解宇宙，为此他立志要观察一千个天体，取得有关行星运动的最准确资料，编出一个完善的星表来从 1576年起，他精确测定出长时期从地球上所看到的星体的视位置，并由此绘出一幅星体确实位置的天体图来第谷是一位卓越的天文学家，他的天文观测准确而细致，他每天晚上都坚持观测，并认真地进行记录，可以说是二十年如一日，持之以恒进行精确的观测，并不断提高观测的精确度，当时还没有望远镜，第谷的观测是用肉眼进行的他亲自设计与制造了当时属于世界第一流的观测仪器他增加了仪器的尺寸，并把仪器加固在墙上，增加仪器的稳定性，为此，他还规定了各种仪器的误差范围，所以他二十年中所写下的一页页观测记录，其准确性都

18、相当高，在他二十年对行星角位置的观测数据中，没有一个误差超过半分，比哥白尼的数据精确了二十倍尽管第谷积累了大量精确的天文观测资料，但由于他所信奉的宇宙体系是介于托勒玫地心说与哥白尼日心说之间的一种混合体系，并缺乏一定的数学天才，因此他未能从他大量宝贵的准确观测资料中得出应有的结论开普勒说：“他是个富翁，但他不知道怎样正确地使用这些财富”1601年，在第谷观测到第 777颗天体时，就离开了人间临终前，他将自己一生全部的观测资料交给他发现的“新星”开普勒，希望他继续他的工作第谷的一生是伟大的，他象一位优秀的制造砖瓦的工人，虽然不愿意为哥白尼学说添砖加瓦，但他却为后人留下了大量优质的建筑材料，而这些

19、材料作用的发挥将给科学大厦的建设奠定重要的基础三、行星运动规律的发现1600年，在第谷看了开普勒的著作宇宙的秘密后，非常欣赏他的才能，便邀他作为助手，1601年第谷去世时将他一生的观测资料交给了开普勒开普勒在初期整理第谷的观测资料时发现，无论是托勒玫的地心说，还是他信奉的哥白尼的日心说，以及第谷提出的混合体系，都不能同第谷的行星观测资料十分吻合他曾亲眼看过第谷的工作，深信第谷观测的可靠性与准确性，因此他想问题一定是发生在体系方面于是他决心查明原因，揭开行星运动之谜1开普勒确定主攻方向开普勒是以他丰富的想象力和杰出的数学才能探到了一条奇迹般的出路作为第一步，他首先在空中选定一个参考点那时火星绕日

20、的周期188年为已知，他选择火星为参考点，这样，对太阳和火星的观测，就成为测定地球轨道的手段，开普勒就是这样巧妙地运用了三角定点法把地球的轨道形状测了出来第二步，开普勒对火星的轨道进行精确测量与探索，他首先选择火星作为突破口，这是他日后成功的一个重要因素开普勒认识到，在第谷所留下的大量观测资料中，火星的资料最为丰富，也最为典型而且火星的运行同哥白尼体系出入最大，同时火星也是外行星中离地球最近的一颗星，视运动与轨道的变化都很显著，火星的偏心率也是较大的，这些条件决定他研究的方向开普勒自己也说：“唯有火星才使我看透天文学的秘密，否则这个秘密将永远不会揭晓”2开普勒的初步尝试开普勒在对火星资料的研究

21、上，起初他假定火星的轨道是圆形的，并作圆周运动且符合哥白尼体系，这种尝试没有成功他又在计算中把火星的正圆轨道修正为偏心圆型轨道，大约又进行了七十次的试探之后，他高兴地找到了一个方案，与事实能较好的符合他以为这次成功了，可是按照这个方法来预测火星的位置，仍跟第谷的数据不符其偏差是8分，这个差额是很小的，如果他就此满足，他也许就永远发现不了行星运动三定律了这时，老师第谷的观测精确性在提示着、启发着他开普勒深知，第谷的一丝不苟的工作态度，明察秋毫的洞察力和较为精确观测仪器的详细记录其误差不会超过2分他坚信第谷观测的准确性，因此，这 8分的误差绝不是合理的误差就是这8分的误差使开普勒认识到，这只能是理

22、论上的不正确造成的，即哥白尼同心圆球和本轮的图解解释不了火星的实际运动要想获得成功，必须另辟新径，放弃对火星圆形轨道的假设，在理论上进行新的探索，建立新的假说他说：“上天给我们一位象第谷这样精通的观测者，应该感谢神灵的这个恩赐一经认识到这是我们使用的假说上的错误，便应竭尽全力去发现天体运动的真正规律，这 8分是不允许忽略的，它使我走上改革整个天文学的道路”3开普勒发现第二定律开普勒在经历了多次失败后，他终于对匀速与正圆轨道这两个传统观念发生了怀疑在寻找行星在轨道上任一位置的速率与它在另一位置上速率之间的数学关系，即速率与轨道之间的关系上，他大胆作出了一个新的假设，火星绕太阳的轨道运行是变速的从

23、分析火星的观测资料也表明，火星在轨道上是变速的，其速率的变化情况是：接近太阳时移动较快，离开太阳时移动较慢，其轨道呈椭圆形开普勒从浩如烟海的数据中进行艰苦的发掘工作，他是从三个不准确的假设中推导出来后来正确的结果，这是个令人惊奇的问题.开普勒在研究中发现，将轨道分为若干小段，则等时间间隔t内扫过的面积是相等的，即这样开普勒得到了开普勒第二定律，即等面积定律4开普勒发现第一定律开普勒在发现了第二定律后，就彻底抛开了原来用圆周来建立行星轨道的尝试，他确信火星不会沿太阳外围的一个偏心圆作圆周运动，只有椭圆轨道才能与所观测的资料和等面积定律相符合，太阳是位于椭圆的一个焦点上，这是开普勒的一个重要发现，

24、被称为开普勒第一定律开普勒第一定律和第二定律发表在1609年出版的新天文学一书中5开普勒第三定律的发现开普勒第一定律和第二定律的发现，为计算各行星的准确位置提供了极大的方便，虽然第一、第二定律是从火星的研究中总结出的，开普勒发现，其他的行星也同样完全遵从这两个定律初步的胜利没有冲昏开普勒的头脑，他感到还没有揭示出各行星运动之间的联系，即每颗行星纵然已有各自的椭圆轨道和速率，但还没有一个适合所有行星的总体模式他想无论同一个轨道，还是不同的轨道，行星总是距大阳越近，运转得越快，这决不是巧合，这说明行星运行速度或运行周期同行星到太阳的距离之间一定有某种数的和谐性为此，开普勒利用第谷的观测资料，用了约

25、十年的时间，对各种观测数据进行了艰苦的计算，一张张稿纸被写满计算的数据，一个个不眠之夜在悄悄地流逝，在经过了三千多个日日夜夜的计算与探萦，开普勒终于找到了隐藏在千百万个数据中的客观规律，使杂乱无章的数字显示出了规律下面是他经过艰苦计算所发现第三定律时的原始数据表：表中诸行星的数据都是以地球为标准的地球绕日公转一周(T)为一年，与太阳的平均距离(a)算作一个单位，其余诸行星有关(T)和(a)的数据均以此为标准折算表中属第谷留给开普勒的资料只是表中前两横行的原始数据，而前两横行内的原始数据看起来十分凌乱，怎么会想到 Ta这种规律性的关系呢？从这里可看出开普勒的智慧和耐心，这是经过十年艰若计算与探索

26、的结果至此，开普勒发现了各行星之间的运行的关系：行星公转周期的平方跟它们轨道半长轴的立方成正比这就是开普勒第三定律开普勒在得到这个结论后写道：“这正是我十六年以前就强烈希望要探索的东西为此目的，我参加了第谷的工作，现在我终于揭露出它的真相，认识到这一真理，这是超出我最美好期望的”开普勒第三定律公布在1619年出版的宇宙谐和论中开普勒运用他发现的三定律同第谷的观测数据结合起来，在1627年出版了新的星表路德福星表，实现了第谷的遗愿他还写了哥白尼天文学概要一书，指出行星运动三定律不仅适用于火星，而且适用于所有行星他还认为我们的太阳只是一个普通的恒星，每个恒星的周围也都是一个类似于我们太阳系的世界，

27、进一步发展了哥白尼宇宙结构体系，这是天文学研究中的一次突破四、开普勒行星运动三定律的现代表述开普勒第一定律（轨道定律）：所有行星都沿椭圆轨道运行，太阳位于这些椭圆的一个焦点上开普勒第二定律（面积定律）：太阳至行星的矢径在相等的时间内扫过相等的面积开普勒第三定律（调和定律）：任何两行星绕太阳运行的周期的平方同它们离太阳的平均距离（或其轨道长半径）的立方成正比开普勒从第谷的精确观测数据中发现的这三定律描述了行星运动的规律其中第一定律否定了传统的圆形轨道论，修正了哥白尼的日心理论它给我们提供了一幅太阳系的极为简单的图景，只有一些椭圆形轨道，这些椭圆大多数近似于圆，几乎所有的轨道都在同一平面内（只有冥

28、王星的轨道倾斜的比较显著）第二定律否定了传统的匀速运动、准确地描述了围绕太阳的任何行星的运动规律这条定律也适用于围绕地球的月亮的运动以及围绕任何行星的卫星的运动第三定律建立了行星之间的联2 3系，这样我们可以根据第三定律，从某一颗行星计算出的T/a值，去确定另一个已知轨道半径的行星绕太阳运行的周期，或已知周期求轨道半径五、开普勒行星运动规律的发现留给我们的启示回顾开普勒行星运动三定律的发现过程，我们可以得到这样的启示：科学研究的协作与配合对科研的成功是至关重要的第谷和开普勒两位伟大的人物，被誉为天文学界的双星他们俩人的出身、经历、性格和特长都相差甚远，但他们又配合得那么默契和协调第谷有一双敏锐

29、的眼睛，他善于观察、持之以恒，而且观测数据准确可靠但他缺乏开普勒的数学才能，如果没有开普勒，第谷辛勤积累的宝贵资料也许会成为一堆废纸开普勒是先天不足，后天多病，再加上眼睛不好，一般说来，他不宜做一个天文学家，但他善于取长补短，发挥自己的特长，他具有丰富的想象力和很强的理论概括能力以及特有的数学天才，这些正是第谷所缺少的开普勒的眼睛不好，但他借助了第谷的慧眼，而把自己的精力放在理论概括和计算方面，所以他取得了成功但是如果没有第谷丰富而可靠的第一手天文观测资料，开普勒的理论研究也就成了无源之水、无本之木，那么就只能沉溺于空想之中第谷是一个做工作的人，开普勒是一个完成工作的人一个讲究的是观测的准确可

30、靠，一个追求的是数学的概括与和谐；一个提供了量多优质的建筑材料，一个是第一流的建筑设计师；一个有一双明亮的眼睛，一个有一个聪慧的头脑他们两人的结合，就必然要创造奇迹第谷与开普勒的结合是科学史上观测数据与数学概括相结合、理论与实践相结合的光辉典范也是后人科研协作、集体创造、相得益彰、珠联壁合的楷模第2节 太阳与行星间的引力（一）知识与技能1. 知道行星绕太阳运动的原因.。2. 理解引力公式的含义并会推导平方反比规律。2. 了解行星与太阳间的引力公式的建立和发展过程。3. 能根据开普勒行星运动定律和牛顿运动定律推导出太阳与行星间的引力表达式。（二）过程与方法 （1）追寻得出太阳与行星间引力的科学探

31、究过程，认识科学探究中交流和独创的意义。 （2）了解物理学的研究方法，认识物理模型和数学工具在物理学发展过程中的作用。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，经历探究太阳与行星间的引力过程，学习发现问题、提出问题、猜想假设、推理论证等方法（三）情感、态度与价值观 （1）领略自然界的奇妙与和谐，蕴涵其中的规律之简洁，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，体验探索自然规律的艰辛与喜悦。 （2）培育与他人合作的精神，将自己的见解与他人交流的愿望，和勇于修正错误的科学精神。 （3）感受太阳与行星间的引力关系，从而体会大自然的奥秘。理解科学研究的继承性和曲折性，培养学

32、生献身科学的奋斗精神.1.牛顿的思考与推论 （1）以任何方式改变 （包括其方向）都需要 （2）牛顿认为，使行星沿圆或椭圆运动，需要指向圆心或椭圆焦点的 这个 应该就是太阳对它的 。2.太阳对行星的引力（1）行星绕太阳做近似匀速圆周运动时，需要的向心力是由 提供的，设行星的质量为m，速度为v，行星到太阳的距离为r，则行星绕太阳做匀速圆周运动需要的向心力F= .（2）天文观测可得到行星公转的周期T，行星运行的速度v和周期T之间的关系为 .（3）将v=代入F=得F=，再由开普勒第三定律T 2=消去T得 .因而可以说F与成正比.即太阳对不同行星的引力与行星的 成正比，与行星和太阳间距离的 成反比.3.

33、行星对太阳的引力 根据牛顿第三定律，可知太阳吸引行星的同时，行星也吸引太阳，由此可得行星对太阳的引力F应该与太阳质量M成 ，与行星和太阳间距离的 成反比.4.太阳与行星间的引力综上可以得到太阳与行星间的引力表达式 ，式中G是比例系数，与 、 都没有关系.【探究一】建立模型1：行星的实际运动是椭圆运动，但我们还不了解椭圆运动规律，那应该怎么办？能把它简化成什么运动呢？2：既然把行星绕太阳的运动简化为圆周运动。那么行星绕太阳运动可看成匀速圆周运动还是变速圆周运动？为什么？3：行星绕太阳做匀速圆周运动需要的向心力由什么力来提供呢？ 这个力的方向怎样？4：太阳对行星的引力提供向心力，那这个力大小有什么

34、样的定量关系？一、太阳对行星的引力想一想：为什么说太阳对行星有引力作用？试一试：推导太阳对行星的引力F跟行星的质量m及行星到太阳的距离r的关系：1设行星的质量为m，速度为v，行星到太阳的距离为r，则行星绕太阳做匀速圆周运动的向心力为= 。2.通常天文观测得到行星公转的周期T相对容易些， 行星绕太阳做匀速圆周运动的周期为T，则速度v与周期T关系为v= ，则向心力的周期表达式为= 。3行星绕太阳做匀速圆周运动需要的向心力由太阳对行星的引力提供的，则： 4. 把开普勒第三定律表达式变形为代入向心力公式 = 。5由上述公式可以说太阳对行星的引力与 成正比，与 成反比，即F 。二、行星对太阳的引力想一想

35、：为什么说行星对太阳也有引力作用？说一说：行星对太阳的引力F 与 成正比，与 成反比，即F 。三、太阳与行星间的引力思考与讨论：为什么说太阳与行星间的引力既与太阳的质量成正比又与行星的质量成正比？说一说：根据 定律，太阳对行星的引力F与行星对太阳的引力F大小相等。概括地说，太阳与行星间的引力大小与 成正比，与 成反比，即F= 。太阳与行星间的引力方向沿着 。四、.太阳与行星间的引力综上可以得到太阳与行星间的引力表达式 ，式中G是比例系数，与 、 都没有关系.例1两颗行星都绕太阳做匀速圆周运动，它们的质量之比m1：m2=p，轨道半径之比r1：r2=q，则它们的公转周期之比T1：T2= ，它们受到

36、太阳的引力之比F1：F2 = 。例2证明开普勒第三定律中，各行星绕太阳公转周期的平方与公转轨道半径的三次方的比值k是与太阳质量有关的恒量。 解析：行星绕太阳运动的原因是受到太阳的引力，引力的大小与行星质量、太阳质量及行星到太阳的距离（行星公转轨道半径）有关。这个引力使行星产生向心加速度，而向心加速度与行星公转的周期和轨道半径有关，这样就能建立太阳质量与行星公转周期和轨道半径之间的联系。设太阳质量为M，某行星质量为m，行星绕太阳公转周期为T，半径为R。将行星轨道近似看作圆，万有引力提供行星公转的向心力，有 得到，其中G是行星与太阳间引力公式中的比例系数，与太阳、行星都没有关系。可见星绕太阳公转周

37、期的平方与公转轨道半径的三次方的比值k是与太阳质量有关的恒量。拓展：在解决有关行星运动问题时，常常用到这样的思路：将行星的运动近似看作匀速圆周运动，而匀速圆周运动的向心力则由太阳对行星的引力提供。研究其它天体运动也同样可以用这个思路，只是天体运动的向心力由处在圆心处的天体对它的引力提供。【课内效果评估】1行星之所以绕太阳运动，是因为 ( )A行星运动时的惯性作用B太阳是宇宙的控制中心，所以星体都绕太阳旋转C太阳对行星有约束运动的引力作用D行星对太阳有排斥力作用，所以不会落向太阳2太阳对行星的引力与行星对太阳的引力大小相等，其依据是 ( )A牛顿第一定定律 B牛顿第二定律C牛顿第三定律 D开普勒

38、第三定律3下面关于太阳对行星的引力说法中的正确的是 ( )A太阳对行星的引力等于行星做匀速圆周运动的向心力B太阳对行星的引力大小与行星的质量成正比，与行星和太阳间的距离成反比C太阳对行星的引力规律是由实验得出的D太阳对行星的引力规律是由开普勒定律和行星绕太阳做匀速圆周运动的规律推导出来的4关于太阳与行星间引力的下列说法中正确的是 ( )A公式中的 G 是比例系数，是人为规定的B这一规律可适用于任何两物体间的引力C太阳与行星间的引力是一对平衡力D检验这一规律是否适用于其它天体的方法是比较观测结果与推理结果的吻合性5两个行星的质量分别为m1和m2，绕太阳运行的轨道半径分别是r1和r2，若它们只受太

39、阳引力的作用，那么这两个行星的向心加速度之比为（ ） A. 1 B. C. D.6两颗行星质量之比m1m2=12,轨道半径之比R1R2=31，下列有关数据之比正确的是 ( )A.周期之比T1T2=31 B.线速度之比v1v2=31 C.向心力之比F1F2=19 D.向心加速度之比a1a2=197关于太阳与行星间的引力，下列说法正确的是（ ）A神圣和永恒的天体的匀速圆周运动无需要原因，因为圆周运动是最美的。B行星绕太阳旋转的向心力来自太阳对行星的引力C牛顿认为物体运动状态发生改变的原因是受到力的作用。行星围绕太阳运动，一定受到了力的作用。D牛顿把地面上的动力学关系应用到天体间的相互作用，推导出了

40、太阳与行星间的引力关系【课后巩固练习】1.太阳与行星间的引力大小为F=G，其中G为比例系数，由此关系式可知G的单位是（ ）A.Nm 2/kg2 B.Nkg2/m2C.m3/kgs2D.kgm/s22.下面关于行星对太阳的引力的说法中正确的是（ ）A.行星对太阳的引力与太阳对行星的引力是同一性质的力B.行星对太阳的引力与太阳的质量成正比，与行星的质量无关C.太阳对行星的引力大于行星对太阳的引力D.行星对太阳的引力大小与太阳的质量成正比，与行星距太阳的距离成反比3.把太阳系各行星的运动近似看作匀速圆周运动，则离太阳越远的行星（ ）A.周期越小B.线速度越小C.角速度越小D.加速度越小4有一星球的密

41、度与地球的密度相同，但它表面处的重力加速度是地面上重力加速度的4倍，则该星球的质量将是地球质量的（ ）A. 1/4 B. 4倍 C. 16倍 D. 64倍。5在宇宙发展演化的理论中，有一种学说叫“宇宙膨胀说”，就是天体的距离在不断增大，根据这理论，在很久很久以前，太阳系中地球的公转情况与现在相比（ ）A公转半径较大B公转周期较小C公转速率较大D公转角速度较小6.假设某星球的质量约为地球质量的9倍，半径约为地球的一半。若地球上近地卫星的周期为84分钟.则该星球上的近地卫星的周期是多少？ 阅读材料:恒星的生命历程像地球上的万物一样，恒星也有一个产生、发展、灭亡的过程。一、恒星的诞生在恒星起源问题上

42、，现在主要有两种观点：一种观点认为恒星是由弥漫物质凝聚形成的，称“弥漫说”；另一种观点认为，恒星是由超密物质爆发形成的不过，越来越多的观测证据支持“弥漫说”，并逐渐得到大多数天文学家的公认下面介绍这一观点。设想在银河系里，远离我们几千光年的某个地方，一团巨大的星际气体和尘埃云寂静地穿越近于完全真空的空间这团星际云的稀疏边缘向四周黑暗延伸几兆英里之遥星际云占有如此广漠的空间，因此尽管它具有巨大的质量，但原子在星际云的庞大体积里的分布是很稀疏的。某个特定的时候，在来自宇宙空间冲击波的作用下，相距很远的原子突然紧紧地拥挤在一起，星际云本来是透明的，但由于原子靠近在一起，微弱的星光不再能穿透通过，这时

43、星际云变成了暗星云冲击波的另一个作用效果是使有些地方含有比平均数稍多的原子数，有些地方含有比平均数略少的原子数，含原子数多的地方引力大，会把附近的原子吸引过来。以这种方式，星际云开始瓦解成团块或球状体。球状体是不稳定的，在引力作用了球状体开始收缩，变得越来越小，其核心的压力越来越大，温度也随之不断上升当温度上升到一定程度后，它内部深处的气体开始发光，这时球状体不再是暗黑的了，它已转变为一颗原恒星。原恒星继续收缩，当原恒星中心的温度达到一千万度时，氢燃烧了，4个氢原子核结合在一起生成了氦核，这就是我们常说的热核反应（氢核聚变）在这个过程中，减少的质量转换为纯粹的能量由于氢燃烧释放出巨大的能量，原恒星最终能支撑住它的外层质量，于是收缩停止了，一颗恒星由此诞生了二、恒星的演化以太阳为例来说明恒星的演化大家都知道，太阳能够发光的原因是因为它在不断地进行热核反应释放出巨大的能量，我们看到的光就是太阳热核反应放出的能量每一秒钟，在太阳的中心有6亿吨氢转换成氦，释放出的巨大能量一方面向外界释放，另一方面用来支撑自己外层的巨大质量随着时间的推移，太阳中心氦的数量越来越多，而氢的供应越来越少，直到某一天氢用完了，燃烧便中断了由于不再有能量向外流出，太阳的核心部分在引力作用下变得不稳定，无力支撑住自己的质量，所以含有丰富氦的太阳核心开始收缩，太阳