高中物理 6.1《行星的運動》同步課件 新人教版必修2.ppt

第六章 萬有引力與航天 1 行星的運動 1 認為地球是宇宙的中心 是靜止不動的 太陽 月亮以及其他行星都繞地球運動 認為太陽是靜止不 動的 地球和其他行星都繞太陽運動 地心說 日心說 2 開普勒行星運動定律 橢圓 焦點 1 開普勒第一定律 所有行星繞太陽運動的軌道都是 太陽處在橢圓的一個 上 2 開普勒第二定律 相等 小 大 內(nèi)容 對任意一個行星來說 它與太陽的連線在相等的時間內(nèi)掃過 的面積 開普勒第二定律表明 行星離太陽較遠時速率較 較近時速率較 半長軸的三次方 3 開普勒第三定律 內(nèi)容 所有行星的軌道的 跟它的 的比值都相等 公轉(zhuǎn)周期的二次方 公式 3 行星運動的近似處理 實際上行星的軌道與圓十分接近 可以按圓軌道處理 這 樣就可以說 圓心 角速度 或線速度 勻速圓周 1 行星繞太陽運動的軌道接近圓 太陽處在 上 2 對某一行星來說 它繞太陽做圓周運動的 不變 即行星做 運動 3 所有行星軌道半徑的 跟它的公轉(zhuǎn)周期的 的比值都相等 三次方 二次方 4 下列對天體運動規(guī)律的認識 其中錯誤的是 a 恒星的相互位置幾乎都是固定的 因此恒星是靜止的b 月球繞地球運動 遵循類似于開普勒行星運動定律的 規(guī)律 a c 地球繞太陽運動的軌道是橢圓 但較接近圓d 木星與太陽的連線 在相等的時間內(nèi)掃過的面積相等 知識點1 開普勒第一定律 日心說是真理嗎 日心說的提出 是科學(xué)與神權(quán)的一次 激烈碰撞 經(jīng)過哥白尼 布魯諾 第谷 開普勒 伽利略等一大批科學(xué)家的不懈努力 最終 科學(xué)戰(zhàn)勝了神權(quán) 如今我們學(xué)習(xí)地心說與日心說時 往往會一味地認為托勒密的地心說是錯誤的 哥白尼的日心說才是正確的 真的是這樣嗎 討論 1 隨著科學(xué)的發(fā)展 人類最終認識到地心說和日心說相 比 更先進 日心說 2 現(xiàn)在看來 日心說也有其錯誤之處 其一是將天體的運動看成是 運動 其二是把 看成是宇宙的 中心 勻速圓周 太陽 1 內(nèi)容 所有行星繞太陽運動的軌道都是橢圓 太陽處在橢圓的一個 焦點上 2 理解 圖6 1 1所示的是行星繞太陽運動的橢圓軌道 oa和ob是橢圓軌道的半長軸 若太陽位于橢圓軌道的焦點f1上 則點a稱為近日點 點b稱為遠日點 圖6 1 1 例1 關(guān)于開普勒第一定律 下列說法不正確的是 a 它的發(fā)現(xiàn)是建立在天文學(xué)家第谷的觀測數(shù)據(jù)之上的b 該定律中的 所有行星 是指除太陽外太陽系的所有天體c 開普勒假設(shè)天體不是做勻速圓周運動是發(fā)現(xiàn)該定律的原因之一d 開普勒執(zhí)著于計算和觀測數(shù)據(jù)之間的差別是發(fā)現(xiàn)該定律的原因之一解析 開普勒第一定律中的 所有行星 并不包括太陽系中行星的衛(wèi)星 例如月球 答案 b 觸類旁通 1 下列不屬于開普勒第一定律所具有的意義的是 a 說明天體并不是完美地按照圓周軌道來運動的b 反映了各行星的橢圓軌道的一個焦點都在同一位置上c 證明了太陽是靜止的 靜止在橢圓軌道的焦點上 d 為日心說提供了有力的證據(jù) c 解析 開普勒第一定律指出太陽處在行星運動橢圓軌道的一個焦點上 是以太陽為參考系來描述行星運動的 并不是說太陽靜止 知識點2 開普勒第二定律 經(jīng)過數(shù)十億年的演化 地球上現(xiàn)存的有記載的生物中 植物大約有50多萬種 動物大約有150多萬種 而尚未被發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)存生物的種數(shù)可能是這總數(shù)的3倍之多 但現(xiàn)存生物的種數(shù)卻還不及地球上曾存在的生物種數(shù)的五十分之一 地球上孕育出如此之多的形形色色的生物 可謂和季節(jié)變化不無關(guān)系 然而季節(jié)變化正是由于地球公轉(zhuǎn)使地表受太陽光照產(chǎn)生周期性差異而引起的 當(dāng)?shù)厍蛭挥谶h日點時 北半球處于夏季 南半球處于冬季 當(dāng)?shù)厍蛭挥诮拯c時 北半球處于冬季 南半球處于夏季 討論 1 季節(jié)變化是有周期性的 四季出現(xiàn)一次交替就是地球繞 太陽公轉(zhuǎn)了 一周 遠 近 慢 快 2 聯(lián)系季節(jié)特點可知 夏至日時地球在 日點附近 冬至日時地球在 日點附近 3 北半球處于夏季時 地球的公轉(zhuǎn)速度較 北半球處于冬季時 地球的公轉(zhuǎn)速度較 1 內(nèi)容 對任意一個行星來說 它與太陽的連線在相等的時間內(nèi)掃過相等的面積 如圖6 1 2所示 陰影部分表示行星在相等時間內(nèi)掃過的面積 2 理解 由于行星的軌道不是圓 因此行星與太陽的距離在不斷地變化 這個定律告訴我們 當(dāng)行星離太陽較近時 運行的速度比較快 而離太陽較遠時 運行的速度比較慢 圖6 1 2 例2 我國發(fā)射的第一顆人造衛(wèi)星 其近地點高度h1 439km 遠地點高度h2 2384km 求在近地點與遠地點上 衛(wèi)星運動的速率之比v1 v2 已知r地 6400km 用h1 h2 r地表示 不要求數(shù)值計算 觸類旁通 2 某行星沿橢圓軌道運行 遠日點離太陽的距離為a 近日點離太陽的距離為b 過遠日點時行星的速率為va 則過近 日點時的速率vb為 c 解析 由開普勒第二定律可知 行星與太陽的連線在相等的時間內(nèi)掃過的面積相等 取 t足夠短 所掃過的面積近似看 知識點3 開普勒第三定律 2012年6月 各大洲相繼出現(xiàn)了本世紀(jì)第二次金星凌日的天文奇觀 而下一次出現(xiàn)將要等到2117年 早在1639年12月 英國天文學(xué)家耶利米霍羅克斯首次記錄到這一天文現(xiàn)象 該現(xiàn)象為太陽 金星與地球排成一條直線 在地球上我們會觀察到金星如同一個小黑點在炙熱的太陽盤面上慢慢移動 日地距離的測定被譽為 最崇高的天文問題 1716年英國著名天文學(xué)家哈雷提出了一種利用觀測金星凌日來計算日地距離的方法 先根據(jù)不同地點觀測到的金星凌日出現(xiàn)的視差計算出地球與金星的距離 再結(jié)合開普勒第三定律計算出日地距離 由此算出的結(jié)果與現(xiàn)代天文學(xué)得出的數(shù)據(jù)非常接近 十八和十九世紀(jì)的天文學(xué)家正是通過這種方法算出日地距離的 該方法稱為時間計量法 討論 1 開普勒第三定律的表達式為 其中k值對于金星和地球來說是 的 它是只和 有關(guān)的常量 2 已知金星和地球的公轉(zhuǎn)周期分別為t1和t2 金星凌日時得到的金星與地球的距離為r 試簡要分析如何利用時間計量法測算日地距離r 相同 太陽 中心天體 1 內(nèi)容 所有行星的軌道的半長軸的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次 方的比值都相等 2 表達式 若用a代表橢圓軌道的半長軸的長度 如圖6 1 3所示 a3t2 圖6 1 3 t代表公轉(zhuǎn)周期的大小 則開普勒第三定律的表達式為 k 3 理解 1 開普勒第三定律揭示了軌道和周期之間的關(guān)系 橢圓軌道半長軸越長的行星 其公轉(zhuǎn)周期越大 反之 半長軸越短 公轉(zhuǎn)周期越小 2 k值是一個由被環(huán)繞的中心天體本身決定的常量 也就是說 在中心天體不同的系統(tǒng)里k值是不同的 在中心天體相同的系統(tǒng)里k值是相同的 例3 哈雷彗星的環(huán)繞周期是76年 離太陽最近的距離是8 9 1010m 離太陽最遠的距離尚未得知 試根據(jù)開普勒定律估算這個最遠距離是多少 k 3 354 1018m3 s2 例4 太陽系八大行星的公轉(zhuǎn)軌道可近似看做圓軌道 地球與太陽之間的平均距離約為1 5億千米 結(jié)合下表可知 火星與太陽之間的平均距離約為 a 1 2億千米 b 2 3億千米 c 4 6億千米 d 6 9億千米 答案 b 觸類旁通 3 哈雷彗星最近出現(xiàn)的時間是1986年 天文學(xué)家哈雷曾預(yù)言 這顆彗星將每隔一定的時間就會出現(xiàn) 請預(yù)測其下一次飛臨地球是哪一年 提供以下數(shù)據(jù)供參考 1 地球的公轉(zhuǎn)軌道接近圓 哈雷彗星的運動軌跡是一個橢 圓 2 哈雷彗星軌道的半長軸a 約等于地球軌道半長軸a的 18倍 解 設(shè)哈雷彗星繞太陽運動的周期為t 地球的公轉(zhuǎn)周期為t 根據(jù)開普勒第三定律有 則哈雷彗星下次臨近地球的時間是1986年 76年 2062年 4 地球到太陽的距離為水星到太陽距離的2 6倍 那么地球和水星繞太陽運動的速度之比是多少 設(shè)地球和水星繞太陽運動的軌道為圓 開普勒行星運動定律的應(yīng)用 1 開普勒行星運動定律不僅適用于太陽和太陽系行星之間的關(guān)系 還適用于宇宙其他恒星和行星與行星和衛(wèi)星 即一切被環(huán)繞的中心天體和環(huán)繞天體之間的關(guān)系 例如月球繞地球運動 人造衛(wèi)星繞火星運動等 2 在實際計算中 為了簡化問題 有時能夠?qū)⒁恍E圓