高中物理第七章萬有引力與宇宙航行1行星的運動課件新人教版必修2

1、第七章 萬有引力與宇宙航行學習目標 1.通過史實,了解人類對行星運動規(guī)律的認識歷程.能說出“日心說”和“地心說”的觀點及其局限性.了解人類對行星運動認識過程的曲折性,體會真理來之不易. 2.結合開普勒對行星運動規(guī)律的研究,會闡述開普勒定律的內(nèi)容,能用開普勒定律分析一些簡單的行星運動問題,知道行星運動軌道在中學階段可按圓軌道近似處理.認識到科學研究包含大膽的想象和創(chuàng)新,培養(yǎng)探索自然、造福人類的責任意識.1行星的運動知識點一天體運動的研究歷史 答案:地心說的代表人物托勒密認為地球是宇宙的中心,而且是靜止不動的,太陽、月球以及其他星體都繞地球做勻速圓周運動;日心說的代表人物哥白尼認為太陽是宇宙的中心

2、,而且是靜止不動的,地球和其他行星都繞太陽做勻速圓周運動. 1.關于天體運動歷史上有兩種對立的看法:地心說和日心說.結合教材說一說兩種看法的代表人物及其觀點. 2.地心說和日心說是兩種截然不同的觀點,現(xiàn)在看來這兩種觀點哪一種是正確的? 答案:兩種學說都把天體的運動看得很神圣,認為天體的運動必然是最完美、最和諧的勻速圓周運動.如果天體的運動是勻速圓周運動,計算所得數(shù)據(jù)與丹麥天文學家第谷的觀測數(shù)據(jù)不符,說明天體運動并非勻速圓周運動.實際上,太陽和地球并非宇宙中心.兩種觀點都受人們意識的限制,是人類發(fā)展到不同歷史時期的產(chǎn)物.兩種觀點都具有歷史局限性,現(xiàn)在看來都是不正確的.知識點二開普勒定律 1.請閱

3、讀教材第45頁做一做,說明利用圖釘、細繩和白紙如何繪制橢圓,并指出橢圓的焦點和半長軸. 答案:如圖所示,把白紙鋪在木板上,然后按上圖釘.把細繩的兩端系在圖釘上,用一支鉛筆緊貼著細繩滑動,使繩始終保持張緊狀態(tài).鉛筆在紙上畫出的軌跡就是橢圓. 圖釘在紙上留下的痕跡叫作橢圓的焦點.經(jīng)過兩個焦點與橢圓相交的線段叫作長軸,長軸的一半叫作半長軸,用a表示. 2.保持繩長不變,當兩圖釘(兩焦點)不斷靠近時,橢圓形狀如何變化?焦點重合時,半長軸轉變?yōu)槭裁? 答案:橢圓形狀向圓靠近,當兩個焦點重合時,橢圓變成圓,半長軸變?yōu)閳A的半徑,可見,圓是橢圓的特例.3.開普勒根據(jù)什么判斷行星的運行軌道是橢圓而非圓? 答案:

4、開普勒通過研究丹麥天文學家第谷的行星觀測記錄,發(fā)現(xiàn)如果假設行星的運動是勻速圓周運動,計算所得的數(shù)據(jù)與觀測數(shù)據(jù)不符;只有假設行星繞太陽運動的軌道不是圓,而是橢圓,才能解釋這種差別,并由此得到開普勒第一定律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.4.開普勒如何判斷行星在橢圓軌道上運動的快慢? 答案:開普勒認為,對任意一個行星來說,它與太陽的連線在相等的時間內(nèi)掃過的面積相等.可見,行星運動過程中距離太陽越近,速度越大,距離太陽越遠,速度越小. 5.當把地球軌道的半長軸當作1,公轉周期當作1時,下表是幾個行星繞太陽運動的軌道半長軸a與公轉周期T,你能從這些數(shù)據(jù)中找出行星運動的規(guī)律嗎

5、?試一試.項目金地火木土a0.72311.5235.2039.539T0.61511.88111.86229.456小試身手 判斷下列說法的正誤并和同學交流(正確的打“”,錯誤的打“”). 1.宇宙的中心是太陽,所有行星都在繞太陽做勻速圓周運動.() 2.造成太陽每天東升西落的原因是地球每天自西向東自轉一周.() 3.圍繞太陽運動的行星的速率是一成不變的.() 4.開普勒定律僅適用于行星繞太陽的運動.() 5.行星軌道的半長軸越長,行星的周期越長.()探究開普勒定律問題情境 結合圖片,體會開普勒定律的發(fā)現(xiàn)過程,說說開普勒定律從哪幾個方面闡述了行星的運動. 答案:開普勒經(jīng)過數(shù)十年的艱苦研究,終于

6、找到了行星運動的規(guī)律,從下列三個方面闡述了行星的運動. (1)開普勒第一定律(橢圓定律). 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)開普勒第二定律(面積定律). 對任意一個行星來說,它與太陽的連線在相等的時間內(nèi)掃過的面積相等. (3)開普勒第三定律(周期定律). 所有行星軌道的半長軸的三次方跟它的公轉周期的二次方的比都相等.過程建構 1.開普勒第一定律的理解.開普勒第一定律否定了行星運動的圓形軌道的說法,建立了正確的行星軌道理論,而且準確地給出了太陽的位置. 2.開普勒第二定律的理解. 根據(jù)開普勒第二定律可以推得:當行星離太陽比較近時,行星運行的速度比較大;而離太陽

7、比較遠時,行星運行的速度比較小. 3.開普勒第三定律的理解. (1)開普勒第三定律揭示了行星公轉周期和軌道半長軸的關系,其中的比例常量與行星無關,只與太陽有關. (2)開普勒第三定律具有普遍性,不僅適用于行星圍繞太陽的運動,也適用于衛(wèi)星圍繞行星的運動.例如,人造地球衛(wèi)星的運轉、月球繞地球的運轉等.比例常量k的大小由各自圍繞的中心天體決定. 4.對理解開普勒行星運動定律的兩點提醒. (1)開普勒行星運動定律是對行星繞太陽運動的總結,實踐表明該定律也適用于其他天體的運動. (2)開普勒第二定律與第三定律的區(qū)別:前者揭示的是同一行星運動快慢的規(guī)律,后者揭示的是不同行星運動快慢的規(guī)律. 【典例1】火星

8、和木星沿各自的橢圓軌道繞太陽運行,根據(jù)開普勒行星運動定律可知() A.太陽位于木星運行軌道的中心 B.火星或木星繞太陽運行速度的大小始終相等 C.火星與木星公轉周期之比的二次方等于它們軌道半 長軸之比的三次方 D.相等時間內(nèi),火星與太陽連線掃過的面積等于木星與 太陽連線掃過的面積 答案:C 解析:太陽位于木星運行橢圓軌道的一個焦點上,選項A錯誤.開普勒第二定律告訴我們,當行星離太陽較近的時候,運行的速度較大,而離太陽較遠的時候,運行的速度較小,選項B錯誤.根據(jù)開普勒第三定律可知,火星與木星公轉周期之比的二次方等于它們軌道半長軸之比的三次方,選項C正確.相等時間內(nèi),火星與太陽連線掃過的面積不等于

9、木星與太陽連線掃過的面積,選項D錯誤. 解析:T是行星公轉的周期,不是自轉的周期,選項A錯誤;對于繞太陽運動的所有行星k值相等,繞不同的中心天體運動的k值不同,k值與中心天體有關,選項B正確,選項D錯誤;開普勒第三定律也適用于衛(wèi)星繞行星的運動,選項C正確. 答案:BC開普勒第三定律的應用(1)首先判斷兩個行星環(huán)繞的中心天體是否相同,只有對同一個中心天體開普勒第三定律才成立.(2)開普勒第三定律對繞同一天體運動的橢圓軌道與圓軌道均適用,圓軌道時半長軸為圓半徑.(3)明確題中給出的周期關系或半長軸(半徑)關系.(4)根據(jù)開普勒第三定律列式求解.課堂評價答案:C1.探索宇宙的奧秘,一直是人類孜孜不倦

10、的追求.下列關于宇宙及星體運動的說法正確的是()A.地球是宇宙的中心,太陽、月球及其他行星都繞地球 運動B.太陽是宇宙的中心,地球和其他行星都繞太陽運動C.地球是繞太陽運動的一顆行星D.地心說是正確的,日心說是錯誤的答案:AB 2.(多選)對于開普勒第一定律的理解,下列說法正確的是() A.太陽系中的所有行星有一個共同的軌道焦點 B.行星的運動方向總是沿軌道的切線方向 C.行星的運動方向總是與它和太陽的連線垂直 D.日心說的說法是正確的 3.(多選)某行星繞太陽運動的軌道如圖所示,則下列說法正確的是()答案:ABDA.太陽一定在橢圓的一個焦點上B.該行星在A點的速度比在B、C兩 點的速度都大C.該行星在C點的速度比在A、B兩 點的速度都大D.行星與太陽的連線在相等時間內(nèi) 掃過的面積是相等的 4.如圖所示,火星和地球都在圍繞太陽運轉,其運行軌道都是橢圓,根據(jù)開普勒行星運動定律可知()A.火星繞太陽運動過程中,速率不變B.火星繞太陽運行一周的時間比地 球的長C.地球靠近太陽的過程中,運行速率 將減小D.火星遠離太陽的過程中,它與太陽 的連線在相等時間內(nèi)掃過的面積 逐漸增大答案:BA.繞太陽運動的角速度不變B.近日點處線速度小于遠日點處線速度C.近