高中創(chuàng)新設(shè)計(jì)物理教科版必修2學(xué)案天體的運(yùn)動(dòng)

1、第1節(jié)天體的運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)目標(biāo)核心提煉1.了解人類對行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)歷程。2個(gè)學(xué)說地心說、日心說3個(gè)定律開普勒第一、二、三定律2.知道開普勒三定律的內(nèi)容。3.能用開普勒三定律分析一些簡單的行星運(yùn)動(dòng)問題。一、日心說閱讀教材第4243頁“日心說”部分，知道地心說、日心說，認(rèn)識(shí)地心說、日心說的不足之處。1地心說：公元150年前后，古希臘學(xué)者托勒密構(gòu)建了地心宇宙體系。他認(rèn)為地球位于宇宙的中心，是靜止不動(dòng)的，太陽、月亮以及其他行星都繞地球運(yùn)動(dòng)。2日心說：波蘭天文學(xué)家哥白尼提出日心說，認(rèn)為太陽是靜止不動(dòng)的，地球和其他行星都繞太陽運(yùn)動(dòng)。3局限性：都把天體的運(yùn)動(dòng)看得很神圣，認(rèn)為天體的運(yùn)動(dòng)必然是最完美、最和諧的勻速

2、圓周運(yùn)動(dòng)，而與丹麥天文學(xué)家第谷的觀測數(shù)據(jù)不符。思考判斷1太陽是整個(gè)宇宙的中心，其他天體都繞太陽運(yùn)動(dòng)。(×)2太陽每天東升西落，這一現(xiàn)象說明太陽繞著地球運(yùn)動(dòng)。(×)二、開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律閱讀教材第43頁內(nèi)容，知道開普勒行星定律的內(nèi)容。定律內(nèi)容、公式圖示開普勒第一定律所有行星圍繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓，太陽處在橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上開普勒第二定律從太陽到行星的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過相等的面積開普勒第三定律行星軌道半長軸的三次方與公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值是一個(gè)常量公式：k，k是一個(gè)與行星無關(guān)的常量思維拓展如圖1所示為地球繞太陽運(yùn)動(dòng)的示意圖及春分、夏至、秋分、冬至?xí)r地球所在的位置。圖1(1

3、)太陽是否在軌道平面的中心？夏至、冬至?xí)r地球到太陽的距離是否相同？(2)一年之內(nèi)秋、冬兩季比春、夏兩季為什么要少幾天？答案(1)不是不相同(2)秋、冬兩季比春、夏兩季地球運(yùn)動(dòng)的快。預(yù)習(xí)完成后，請把你疑惑的問題記錄在下面的表格中問題1問題2問題3對開普勒定律的認(rèn)識(shí)要點(diǎn)歸納1從空間分布上認(rèn)識(shí)：行星的軌道都是橢圓，不同行星軌道的半長軸不同，即各行星的橢圓軌道大小不同，但所有軌道都有一個(gè)共同的焦點(diǎn)，太陽在此焦點(diǎn)上。因此開普勒第一定律又叫焦點(diǎn)定律。2對速度大小的認(rèn)識(shí)(1)如圖2所示，如果時(shí)間間隔相等，即t2t1t4t3，由開普勒第二定律，面積SASB，可見離太陽越近，行星在相等時(shí)間內(nèi)經(jīng)過的弧長越長，即行

4、星的速率越大。因此開普勒第二定律又叫面積定律。圖2(2)近日點(diǎn)、遠(yuǎn)日點(diǎn)分別是行星距離太陽的最近點(diǎn)、最遠(yuǎn)點(diǎn)，所以同一行星在近日點(diǎn)速度最大，在遠(yuǎn)日點(diǎn)速度最小。3對周期長短的認(rèn)識(shí)(1)行星公轉(zhuǎn)周期跟軌道半長軸之間有依賴關(guān)系，橢圓軌道半長軸越長的行星，其公轉(zhuǎn)周期越長；反之，其公轉(zhuǎn)周期越短。(2)該定律不僅適用于行星，也適用于其他天體。例如，繞某一行星運(yùn)動(dòng)的不同衛(wèi)星。精典示例例1 關(guān)于行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的下列說法中正確的是()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行星在橢圓軌道上繞太陽運(yùn)動(dòng)的過程中，其速度與行星和太陽之間的距離有關(guān)，距離小時(shí)速度小，距離大時(shí)速度大

5、D離太陽越近的行星運(yùn)動(dòng)周期越短解析不同行星繞太陽運(yùn)動(dòng)時(shí)的橢圓軌道不同，但有一個(gè)共同的焦點(diǎn)，即太陽位置，A、B均錯(cuò)誤；由開普勒第二定律知行星離太陽距離小時(shí)速度大，距離大時(shí)速度小，C錯(cuò)誤；運(yùn)動(dòng)的周期T與半長軸a滿足k，D正確答案D針對訓(xùn)練1 (2019·濟(jì)南高一檢測)(多選)16世紀(jì)，哥白尼根據(jù)天文觀測的大量資料，經(jīng)過40多年的天文觀測和潛心研究，提出“日心體系”宇宙圖景，即“日心說”的如下基本論點(diǎn)，這四個(gè)基本論點(diǎn)目前看存在缺陷的是()A宇宙的中心是太陽，所有的行星都在繞太陽做勻速圓周運(yùn)動(dòng)B地球是繞太陽做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的行星，月球是繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星，它繞地球運(yùn)動(dòng)的同時(shí)還跟地球一起

6、繞太陽運(yùn)動(dòng)C天穹不轉(zhuǎn)動(dòng)，因?yàn)榈厍蛎刻熳晕飨驏|轉(zhuǎn)一周，造成天體每天東升西落的現(xiàn)象D與日地距離相比，恒星離地球都十分遙遠(yuǎn)，比日地間的距離大得多解析所有行星圍繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓，太陽處在所有橢圓軌道的一個(gè)焦點(diǎn)上；行星在橢圓軌道上運(yùn)動(dòng)的周期T和軌道半長軸a滿足恒量，故所有行星實(shí)際并不是在做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，整個(gè)宇宙是在不停運(yùn)動(dòng)的，A、B、C符合題意；與日地距離相比，其他恒星離地球都十分遙遠(yuǎn)，故D不符合題意。答案ABC開普勒第三定律的應(yīng)用要點(diǎn)歸納1適用范圍：天體的運(yùn)動(dòng)可近似看成勻速圓周運(yùn)動(dòng)，開普勒第三定律既適用于做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的天體，也適用于做橢圓運(yùn)動(dòng)的天體。2用途(1)知道了行星到太陽的距離，就可以

7、由開普勒第三定律計(jì)算或比較行星繞太陽運(yùn)行的周期。反之，知道了行星的周期，也可以計(jì)算或比較其到太陽的距離。(2)知道了彗星的周期，就可以由開普勒第三定律計(jì)算彗星軌道的半長軸長度，反之，知道了彗星的半長軸也可以求出彗星的周期。3k值：表達(dá)式k中的常數(shù)k，只與中心天體的質(zhì)量有關(guān)，如研究行星繞太陽運(yùn)動(dòng)時(shí)，常數(shù)k只與太陽的質(zhì)量有關(guān)，研究衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)時(shí)，常數(shù)k只與地球的質(zhì)量有關(guān)。精典示例例2 某宇宙飛船進(jìn)入一個(gè)圍繞太陽運(yùn)行的近似圓形軌道，如果軌道半徑是地球軌道半徑的9倍，那么宇宙飛船繞太陽運(yùn)動(dòng)的周期是多少年？解析由開普勒第三定律k得，所以宇宙飛船繞太陽運(yùn)動(dòng)的周期T船T地27年。答案27年應(yīng)用開普勒第三定

8、律的步驟(1)判斷兩個(gè)行星的中心天體是否相同，只有對同一個(gè)中心天體開普勒第三定律才成立。(2)明確題中給出的周期關(guān)系或半徑關(guān)系。(3)根據(jù)開普勒第三定律k列式求解。針對訓(xùn)練2 (2019·金昌高一檢測)行星的運(yùn)動(dòng)可看作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道半徑R的三次方與周期T的平方的比值為常量，即k，下列說法正確的是()A公式k只適用于圍繞太陽運(yùn)行的行星B圍繞同一星球運(yùn)行的行星或衛(wèi)星，k值不相等Ck值與被環(huán)繞星球的質(zhì)量和行星或衛(wèi)星的質(zhì)量都有關(guān)系Dk值僅由被環(huán)繞星球的質(zhì)量決定解析公式k適用于所有環(huán)繞體圍繞中心天體的運(yùn)動(dòng)，故A錯(cuò)誤；圍繞同一星球運(yùn)行的行星或衛(wèi)星，k值相等；圍繞不同星球運(yùn)行

9、的行星或衛(wèi)星，k值不相等，故B錯(cuò)誤；常數(shù)k是由中心天體質(zhì)量決定的，即僅由被環(huán)繞星球的質(zhì)量決定，故C錯(cuò)誤，D正確。答案D1(兩種對立的學(xué)說)下列說法正確的是()A地球是宇宙的中心，太陽、月亮及其他行星都繞地球運(yùn)動(dòng)B太陽是宇宙的中心，所有天體都繞太陽運(yùn)動(dòng)C太陽是靜止不動(dòng)的，地球和其他行星都繞太陽運(yùn)動(dòng)D“地心說”和哥白尼提出的“日心說”現(xiàn)在看來都是不完全正確的解析“地心說”是錯(cuò)誤的，所以A錯(cuò)誤；太陽系在銀河系中運(yùn)動(dòng)，銀河系也在運(yùn)動(dòng)，所以B、C錯(cuò)誤；從現(xiàn)在的觀點(diǎn)看地心說和日心說都是不完全正確的，都是有其時(shí)代局限性的，D正確。答案D2(對開普勒第三定律的理解)(2019·鹽城高一檢測)理論和實(shí)

10、踐證明，開普勒定律不僅適用于太陽系中的天體運(yùn)動(dòng)，而且對一切天體(包括衛(wèi)星繞行星的運(yùn)動(dòng))都適用。下面對于開普勒第三定律的公式k，下列說法正確的是()A公式只適用于軌道是橢圓的運(yùn)動(dòng)B公式中的k值，對于所有行星(或衛(wèi)星)都相等C公式中的k值，只與中心天體有關(guān)，與繞中心天體旋轉(zhuǎn)的行星或衛(wèi)星無關(guān)D若已知月球與地球之間的距離，根據(jù)公式可求出地球與太陽之間的距離答案C3(開普勒三定律的應(yīng)用)如圖3所示，B為繞地球沿橢圓軌道運(yùn)行的衛(wèi)星，橢圓的半長軸為a，運(yùn)行周期為TB；C為繞地球沿圓周運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星，圓周的半徑為r，運(yùn)行周期為TC。下列說法或關(guān)系式中正確的是()圖3A地球位于B衛(wèi)星軌道的一個(gè)焦點(diǎn)上，位于C衛(wèi)星軌道

11、的圓心上B衛(wèi)星B和衛(wèi)星C運(yùn)動(dòng)的速度大小均不變C，該比值的大小與地球和衛(wèi)星有關(guān)D，該比值的大小不僅與地球有關(guān)，還與太陽有關(guān)解析由開普勒第一定律可知，選項(xiàng)A正確；由開普勒第二定律可知，B衛(wèi)星繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)速度大小在不斷變化，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；由開普勒第三定律可知，k，比值的大小僅與地球有關(guān)，選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤。答案A4(開普勒第三定律的應(yīng)用)已知兩顆行星的質(zhì)量m12m2，公轉(zhuǎn)周期T12T2，則它們繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)軌道的半長軸之比為()A BC D解析由k知，則，與行星質(zhì)量無關(guān)。答案C5(開普勒第三定律的應(yīng)用)兩個(gè)質(zhì)量分別是m1、m2的人造地球衛(wèi)星，分別繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，若它們的軌道半徑分別是R1和R2，則它們的

12、運(yùn)行周期之比是多少？解析所有人造衛(wèi)星在繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，都遵守開普勒第三定律。因此，對這兩個(gè)衛(wèi)星有，所以它們的運(yùn)行周期之比。答案基礎(chǔ)過關(guān)1探索宇宙的奧秘，一直是人類孜孜不倦的追求。下列關(guān)于宇宙及星體運(yùn)動(dòng)的說法正確的是()A地球是宇宙的中心，太陽、月亮及其他行星都繞地球運(yùn)動(dòng)B太陽是靜止不動(dòng)的，地球和其他行星都繞太陽運(yùn)動(dòng)C地球是繞太陽運(yùn)動(dòng)的一顆行星D地心說是正確的，日心說是錯(cuò)誤的解析由開普勒三定律可知，所有行星繞太陽做橢圓運(yùn)動(dòng)，太陽不是宇宙的中心，太陽圍繞銀河系中心旋轉(zhuǎn)而銀河系不過是宇宙中千億個(gè)星系中微不足道的一個(gè)，故A、B、D錯(cuò)誤，C正確。答案C2太陽系有八大行星，八大行星離太陽的遠(yuǎn)近不同，繞太陽運(yùn)

13、轉(zhuǎn)的周期也不相同。下列反映周期與軌道半徑關(guān)系的圖像中正確的是()解析由開普勒第三定律知k，所以R3kT2，D正確。答案D3(多選)關(guān)于太陽系中各行星的運(yùn)動(dòng)，下列說法正確的是()A太陽系中的各行星有一個(gè)共同的軌道焦點(diǎn)B行星的運(yùn)動(dòng)方向總是與它和太陽的連線垂直C行星在近日點(diǎn)的速率大于遠(yuǎn)日點(diǎn)的速率D離太陽“最遠(yuǎn)”的行星，繞太陽運(yùn)動(dòng)的公轉(zhuǎn)周期最長解析開普勒第一定律的內(nèi)容為：所有行星分別沿不同大小的橢圓軌道繞太陽運(yùn)動(dòng)，太陽處于橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上，故A正確；行星的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)檐壽E上某一點(diǎn)切線方向，不一定與它和太陽的連線垂直，故B錯(cuò)誤；開普勒第二定律的內(nèi)容為：對每一個(gè)行星而言，太陽與行星的連線在相同時(shí)間內(nèi)掃過的面

14、積相等，可知行星繞太陽運(yùn)動(dòng)有近日點(diǎn)和遠(yuǎn)日點(diǎn)之分，近日點(diǎn)運(yùn)動(dòng)快，遠(yuǎn)日點(diǎn)運(yùn)動(dòng)慢，故C正確；根據(jù)開普勒第三定律，所有行星的橢圓軌道的半長軸的三次方與公轉(zhuǎn)周期的二次方成正比，故離太陽越遠(yuǎn)的行星繞太陽公轉(zhuǎn)的周期越長，故D正確。故選A、C、D。答案ACD4(2019·德州高一檢測)2019年北京時(shí)間7月4日下午1時(shí)52分，美國探測器成功撞擊“坦普爾一號”彗星，投入彗星的懷抱，實(shí)現(xiàn)了人類歷史上第一次對彗星的“大對撞”。如圖1所示，假設(shè)“坦普爾一號”彗星繞太陽運(yùn)行的軌道是一個(gè)橢圓，其運(yùn)動(dòng)周期為5.74年，則關(guān)于“坦普爾一號”彗星的下列說法正確的是()圖1A繞太陽運(yùn)動(dòng)的角速度不變B近日點(diǎn)處線速度小于遠(yuǎn)

15、日點(diǎn)處線速度C近日點(diǎn)處加速度小于遠(yuǎn)日點(diǎn)處加速度D其橢圓軌道半長軸的立方與周期的平方之比是一個(gè)與太陽質(zhì)量有關(guān)的常數(shù)答案D5如圖2所示是行星m繞恒星M運(yùn)行的示意圖，下列說法正確的是()圖2A速率最大點(diǎn)是B點(diǎn)B速率最小點(diǎn)是C點(diǎn)Cm從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)做減速運(yùn)動(dòng)Dm從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)做加速運(yùn)動(dòng)解析由開普勒第二定律可知A點(diǎn)速率最大，B點(diǎn)速率最小，故從A到B做減速運(yùn)動(dòng)，所以選項(xiàng)A、B、D錯(cuò)誤，C正確。答案C6某行星繞太陽運(yùn)行的橢圓軌道如圖3所示，F(xiàn)1和F2是橢圓軌道的兩個(gè)焦點(diǎn)，行星在A點(diǎn)的速率比在B點(diǎn)的大，則太陽是位于()圖3AF2 BA CF1 DB解析根據(jù)開普勒第二定律：太陽和行星的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過相

16、等的面積，因?yàn)樾行窃贏點(diǎn)的速率比在B點(diǎn)的速率大，所以太陽在離A點(diǎn)近的焦點(diǎn)上，故太陽位于F2。答案A能力提升7地球繞太陽的運(yùn)行軌道是橢圓，因而地球與太陽之間的距離隨季節(jié)變化。冬至這天地球離太陽最近，夏至最遠(yuǎn)。下列關(guān)于地球在這兩天繞太陽公轉(zhuǎn)速度大小的說法中，正確的是()A地球公轉(zhuǎn)速度是不變的B冬至這天地球公轉(zhuǎn)速度大C夏至這天地球公轉(zhuǎn)速度大D無法確定解析冬至這天地球與太陽的連線短，夏至這天長，根據(jù)開普勒第二定律，要在相等的時(shí)間內(nèi)掃過的面積相等，則在相等的時(shí)間內(nèi)冬至?xí)r地球運(yùn)動(dòng)的路徑就要比夏至?xí)r長，所以冬至?xí)r地球運(yùn)動(dòng)的速度比夏至?xí)r的速度大，答案選B。答案B8(2019·忻州高一檢測)行星A、B

17、的質(zhì)量分別為m1和m2，繞太陽運(yùn)行的軌道半長軸分別為r1和r2，則A、B的公轉(zhuǎn)周期之比為()A BC D無法確定解析由開普勒第三定律k得，所以，C正確。答案C9如圖4所示，某行星沿橢圓軌道運(yùn)行，遠(yuǎn)日點(diǎn)離太陽的距離為a，近日點(diǎn)離太陽的距離為b，過遠(yuǎn)日點(diǎn)時(shí)行星的速率為va，則過近日點(diǎn)時(shí)行星的速率為()圖4Avbva BvbvaCvbva Dvbva解析若行星從軌道的A點(diǎn)經(jīng)足夠短的時(shí)間t運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)，則與太陽的連線掃過的面積可看作扇形，其面積SA；若行星從軌道的B點(diǎn)也經(jīng)時(shí)間t運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，則與太陽的連線掃過的面積SB；根據(jù)開普勒第二定律，得，即vbva，故C正確。答案C10開普勒的行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律也適用于其他天體或人造衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)，某人造衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其軌道半徑為月球繞地球軌道半徑的，則此衛(wèi)星運(yùn)行的周期大約是()A14天 B48天C816