-1-第4讲万有引力与宇宙航行【课程标准】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.知道经典力学的局限性，初步了解相对论时空观和微观世界的量子特征。体会人类对自然界的探索是不断深入的。【素养目标】物理观念：知道第一、第二、第三宇宙速度及万有引力的概念。科学思维：掌握开普勒行星运动的三大定律，理解万有引力定律并掌握运用万有引力定律处理天体问题的思路和方法。科学态度与责任：通过介绍我国在卫星发射方面的情况，激发学生的爱国热情和学习动力。一、开普勒行星运动定律定律内容图示开普勒第一定律(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的面积相等开普勒第三定律(周期定律)所有行星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，即a3T2＝k二、万有引力定律1．内容：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、与它们之间距离r的二次方成反比。2．表达式：F＝Gm1m2r2，G为引力常量，其值通常取G＝6.67×10－11N·m2/kg2。3．适用条件：(1)公式适用于质点间的相互作用。当两个物体间的距离远远大于物体本身的大小时，物体可视为质-2-点。(2)质量分布均匀的球体可视为质点，r是两球球心间的距离。三、宇宙速度1．第一宇宙速度：(1)第一宇宙速度又叫环绕速度，其数值为7.9km/s。(2)第一宇宙速度是人造卫星在地面附近环绕地球做匀速圆周运动时具有的速度。(3)第一宇宙速度是人造卫星的最小发射速度，也是人造卫星的最大环绕速度。(4)第一宇宙速度的两种计算方法①由GMmR2＝mv2R得v＝GMR；②由mg＝mv2R得v＝gR。2．第二宇宙速度：使物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度，其数值为11.2km/s。3．第三宇宙速度：使物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度，其数值为16.7km/s。命题·科技情境2021年9月20日长征七号运载火箭成功将天舟三号货运飞船送入预定轨道，天舟三号货运飞船是我国空间站工程的重要组成部分。货运飞船和空间站对接后的运行速度与第一宇宙速度谁大？提示：第一宇宙速度是近地卫星的线速度，则货运飞船和空间站对接后的运行速度小于第一宇宙速度。四、经典时空观和相对论时空观1．经典时空观：空间、时间是独立于物体及其运动而存在的。2．相对论时空观：物体占有的空间以及物理过程、化学过程，甚至还有生命过程的持续时间，都与它们的运动状态有关。角度1开普勒行星运动定律(1)开普勒第三定律a3T2＝k中k值与中心天体质量无关。(×)(2)行星在椭圆轨道上的运行速率是变化的，离太阳越远，运行速率越小。(√)角度2万有引力定律(3)人造地球卫星绕地球运动，其轨道平面一定过地心。(√)(4)两物体间的距离趋近于零时，万有引力趋近于无穷大。(×)角度3宇宙速度-3-(5)同步卫星的运行速度一定小于地球第一宇宙速度。(√)(6)发射火星探测器的速度必须大于11.2km/s。(√)角度4经典时空观和相对论时空观(7)牛顿力学只适用于宏观、低速运动的物体，相对论只适用于微观、高速运动的粒子。(×)考点一开普勒定律的理解与应用1．微元法解读开普勒第二定律：行星在近日点、远日点时的速度方向与两点连线垂直，若行星在近日点、远日点到太阳的距离分别为a、b，取足够短的时间Δt，则行星在Δt时间内可看作匀速直线运动，由Sa＝Sb知12va·Δt·a＝12vb·Δt·b，可得va＝vbba。行星到太阳的距离越大，行星的速率越小，反之越大。2．行星绕太阳的运动通常按匀速圆周运动处理。3．开普勒行星运动定律也适用于其他天体，例如月球、卫星绕地球的运动。4．开普勒第三定律a3T2＝k中，k值只与中心天体的质量有关，不同的中心天体k值不同，故该定律只能用在同一中心天体的两星体之间。【典例1】“东方红一号”是我国第一颗人造地球卫星，该卫星至今仍沿椭圆轨道绕地球运动。如图所示，设卫星在近地点、远地点的速度分别为v1、v2，近...
