新教材同步系列2024春高中物理第三章萬有引力定律第一節(jié)認(rèn)識(shí)天體運(yùn)動(dòng)課件粵教版必修第二冊(cè)

第三章萬有引力定律①物理觀念：了解開普勒三大定律和萬有引力定律的內(nèi)涵，會(huì)計(jì)算人造衛(wèi)星的環(huán)繞速度，

知道第二宇宙速度和第三宇宙速度；能用萬有引力定律解釋一些天體運(yùn)動(dòng)問題．形成與萬有引力定律相關(guān)的運(yùn)動(dòng)與相互作用的觀念．②科學(xué)思維：能將一些熟悉的天體運(yùn)動(dòng)抽象成勻速圓周運(yùn)動(dòng)模型；能分析一些簡(jiǎn)單的天體運(yùn)動(dòng)問題，通過推理獲得結(jié)論；能用與萬有引力定律相關(guān)的理論解釋一些天體運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象；通過構(gòu)建模型，利用萬有引力與圓周運(yùn)動(dòng)的理論知識(shí)，推算行星運(yùn)動(dòng)的相關(guān)參量及中心天體的相關(guān)物理量，體會(huì)萬有引力定律等知識(shí)在航天科技中發(fā)揮的巨大作用．③科學(xué)探究：知道卡文迪許實(shí)驗(yàn)的重要性，并能提出問題；能體會(huì)卡文迪許扭秤實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的巧妙之處；能感受到科學(xué)定律的預(yù)測(cè)作用；能認(rèn)識(shí)到測(cè)定物理常量在科學(xué)研究中的重要性；能與同學(xué)交流．④科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：能認(rèn)識(shí)發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的過程及重要意義，認(rèn)識(shí)科學(xué)定律對(duì)人類探索未知世界的作用；知道科學(xué)包含大膽的想象和創(chuàng)新；有了解太空、探索太空的興趣，能為萬有引力定律對(duì)航天技術(shù)發(fā)展的巨大貢獻(xiàn)而感到振奮．本章重點(diǎn)①開普勒三大定律；②萬有引力定律及其應(yīng)用；③第一宇宙速度；④天體質(zhì)量及密度的計(jì)算；⑤人造衛(wèi)星的運(yùn)行．本章難點(diǎn)①天體運(yùn)行時(shí)各物理量與運(yùn)動(dòng)半徑的關(guān)系；②對(duì)三個(gè)宇宙速度的理解；③人造衛(wèi)星的變軌；④雙星問題．第一節(jié)認(rèn)識(shí)天體運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)法指導(dǎo)1．知道天體運(yùn)動(dòng)中的“地心說”和“日心說”兩種觀點(diǎn)2．理解開普勒三大定律的內(nèi)容3．學(xué)會(huì)應(yīng)用開普勒定律分析天體運(yùn)動(dòng)問題1．通過閱讀教材，了解“地心說”和“日心說”的內(nèi)容2．通過練習(xí)，從物理、數(shù)學(xué)角度理解并掌握開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律，認(rèn)識(shí)模型在科學(xué)研究中的作用知識(shí)導(dǎo)圖課前·自主預(yù)習(xí)1．地心說認(rèn)為______是宇宙的中心，是__________的，太陽、月球以及其他星球都繞________運(yùn)動(dòng)．代表人物是古希臘天文學(xué)家托勒密．2．日心說認(rèn)為_______是靜止不動(dòng)的，地球和其他行星都繞_______運(yùn)動(dòng)．代表人物是16世紀(jì)波蘭天文學(xué)家哥白尼．地心說和日心說地球靜止不動(dòng)地球太陽太陽太陽是宇宙的中心嗎？【答案】不是．開普勒定律定律內(nèi)容公式或圖示開普勒第一定律(軌道定律)所有行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道都是________，太陽處在橢圓的一個(gè)______上開普勒第二定律(面積定律)對(duì)任意一個(gè)行星來說，它與太陽的連線在__________內(nèi)掃過的__________橢圓焦點(diǎn)相等的時(shí)間面積相等定律內(nèi)容公式或圖示開普勒第三定律(周期定律)所有行星軌道的______的三次方跟它的_________的二次方的比值都______公式：______＝k，k是一個(gè)對(duì)所有行星都____的常量半長(zhǎng)軸公轉(zhuǎn)周期相等相同根據(jù)開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律，行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道是橢圓，如圖所示．思考以下問題．(1)行星運(yùn)動(dòng)過程中，行星與太陽之間的距離是否變化？(2)行星離太陽最近時(shí)和離太陽最遠(yuǎn)時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度的大小是否相同？【答案】(1)不斷變化(2)不同，離太陽較近時(shí)速度較大．課堂·重難探究對(duì)開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律的理解開普勒定律的理解2．開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律是總結(jié)行星運(yùn)動(dòng)的觀測(cè)結(jié)果結(jié)合嚴(yán)密的數(shù)學(xué)推理得到的定律．它們中的每一條都是經(jīng)驗(yàn)定律．3．開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律是對(duì)行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的總結(jié)，實(shí)踐表明開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律也適用于其他天體的運(yùn)動(dòng)，如月球繞地球的運(yùn)動(dòng)，衛(wèi)星(或人造衛(wèi)星)繞行星的運(yùn)動(dòng)．例1

(多選)(2023年廣州培英中學(xué)期中)關(guān)于開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律，下列說法正確的是(

)A．若圖中兩陰影部分行星運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等，則右側(cè)面積大于左側(cè)面積B．所有行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓，太陽處在橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上D．地球繞太陽在橢圓軌道上運(yùn)行，在近日點(diǎn)速率小于遠(yuǎn)日點(diǎn)運(yùn)行的速率【答案】BC

變式1

(2023年江門一中期中)中國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)“天問一號(hào)”探測(cè)器順利進(jìn)入環(huán)火星軌道，成為我國(guó)第一顆人造火星衛(wèi)星，如圖所示．若探測(cè)器在該圓周軌道環(huán)繞火星飛行一周的時(shí)間為t1，經(jīng)地面工作人員操控實(shí)施變軌后，探測(cè)器緊貼火星表面環(huán)繞火星飛行一周的時(shí)間為t2，則探測(cè)器變軌前后軌道半徑之比為

(

)【答案】A

1．為了簡(jiǎn)化運(yùn)算，一般把天體運(yùn)動(dòng)當(dāng)成勻速圓周運(yùn)動(dòng)來研究，此時(shí)橢圓的半長(zhǎng)軸近似為圓周的半徑．應(yīng)用開普勒定律研究天體運(yùn)動(dòng)例2

如圖所示，某衛(wèi)星繞行星沿橢圓軌道運(yùn)行，圖中S1、S2兩部分陰影面積大小相等．則下列關(guān)于衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的說法正確的是

(

)A．衛(wèi)星在b點(diǎn)的速率等于在d的速率B．衛(wèi)星在b點(diǎn)的速率小于在d的速率C．衛(wèi)星從a到b的運(yùn)行時(shí)間大于從c到d的運(yùn)行時(shí)間D．衛(wèi)星從a到b的運(yùn)行時(shí)間等于從c到d的運(yùn)行時(shí)間【答案】D

【解析】衛(wèi)星繞行星沿橢圓軌道運(yùn)行，根據(jù)開普勒第二定律，在b點(diǎn)時(shí)離行星近，在d點(diǎn)時(shí)離行星遠(yuǎn)，則衛(wèi)星在b點(diǎn)的速率大于在d的速率，A、B錯(cuò)誤；根據(jù)開普勒第二定律知，S1、S2兩部分陰影面積大小相等，則衛(wèi)星從a到b的運(yùn)行時(shí)間等于從c到d的時(shí)間，C錯(cuò)誤，D正確．變式2

(2023年肇慶聯(lián)考)如圖所示，“天問一號(hào)”從地球飛向火星時(shí)的轉(zhuǎn)移軌道又叫霍曼轉(zhuǎn)移軌道．霍曼轉(zhuǎn)移軌道是與火星和地球公轉(zhuǎn)軌道均相切的橢圓軌道，其切點(diǎn)分別為P、Q．已知地球公轉(zhuǎn)周期為T1，火星公轉(zhuǎn)周期為T2，“天問一號(hào)”從霍曼轉(zhuǎn)移軌道P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)所用時(shí)間為t，則(

)【答案】C

1．開普勒定律不僅適用于行星，也適用于衛(wèi)星或其他天體運(yùn)動(dòng)．2．將兩顆衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)看作圓周運(yùn)動(dòng)，應(yīng)用圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律和開普勒第三定律相結(jié)合，就可以分析此題．核心素養(yǎng)應(yīng)用地球繞太陽運(yùn)行和二十四節(jié)氣地球上的二十四節(jié)氣是我們的祖先通過長(zhǎng)期的生活勞動(dòng)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來的，并且在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，有力地推進(jìn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，方便了人們的生活，是物理知識(shí)應(yīng)用于生產(chǎn)和生活的典型實(shí)例．例3

(2023年普寧勤建學(xué)校期末)北京冬奧會(huì)開幕式二十四節(jié)氣倒計(jì)時(shí)驚艷全球，如圖所示是地球沿橢圓軌道繞太陽運(yùn)行所處不同位置對(duì)應(yīng)的節(jié)氣，下列說法正確的是(

)【答案】C小練·隨堂鞏固1．發(fā)現(xiàn)“所有行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓”的規(guī)律的科學(xué)家是

(

)A．第谷

B．開普勒C．牛頓

D．卡文迪許【答案】B

【解析】由物理學(xué)史知B正確．2．下列關(guān)于行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的說法，正確的是

(

)A．所有行星都在同一橢圓軌道上繞太陽運(yùn)動(dòng)B．行星繞太陽運(yùn)動(dòng)時(shí)，太陽位于行星軌道的中心處C．離太陽越近的行星的運(yùn)動(dòng)周期越長(zhǎng)D．所有行星的軌道半長(zhǎng)軸的三次方與公轉(zhuǎn)周期的平方的比值都相等【答案】D

【解析】所有行星都沿著不同的橢圓軌道繞太陽運(yùn)動(dòng)，A錯(cuò)誤；行星繞太陽運(yùn)動(dòng)時(shí)太陽位于行星橢圓軌道的一個(gè)焦點(diǎn)處，B錯(cuò)誤；根據(jù)開普勒第三定律可知，離太陽越近的行星的運(yùn)動(dòng)周期越短，C錯(cuò)誤；根據(jù)開普勒第三定律可知，所有行星的軌道半長(zhǎng)軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的平方的比值都相等，D正確．A．k與a3成正比B．k與T2成反比C．k只與中心天體的體積有關(guān)D．該定律不僅適用于行星繞太陽的運(yùn)動(dòng)，也適用于衛(wèi)星繞行星的運(yùn)動(dòng)【答案】D

4．為了探測(cè)引力波，“天琴計(jì)劃”預(yù)計(jì)發(fā)射地球衛(wèi)星P，其軌道半徑約為地球半徑的16倍．另一地球衛(wèi)星Q的軌道半徑約為地球半徑的4倍．P與Q的周期之比約為

(

)A．2∶1

B．4∶1C．8∶1

D．16∶1【答案】C

5．如圖所示，焦點(diǎn)為F1和F2的橢圓表示火星