行星的運動【核心素養(yǎng)提升+備課精講精研】 高一下學(xué)期物理人教版（2019）必修第二冊

§1行星的運動高一物理（人教版2019）第七章

萬有引力與宇宙航行

第七章萬有引力與宇宙航行思考與討論：

不同行星都在各自的軌道上繞太陽運行，行星運行的軌道有怎樣的特？行星繞太陽的周期與距離太遠的遠近是否存在某種關(guān)系？中國古代對行星運動的認識：

五星行度，唯留逆之際最多差。自內(nèi)而進者，其退必向外；自外而進者，其退必由內(nèi)。其跡如循柳葉，兩末銳，中間往還之道相去甚遠。故兩末星行成度稍遲，以其斜行故也；中間行度稍速，以其徑絕故也。注釋：五星運行的數(shù)據(jù)，以五星稽留和逆行之際誤差最多。五星自黃道以北向北前行的，它們的退行必然要趨向黃道以南；自黃道以南向南前行的，它們的退行必然要進入黃道以北。五星的軌跡如同沿著柳葉運行的橢圓形，兩頭尖銳，中間往返的路徑之間相距很遠。所以在軌跡的兩頭，五星的運行速度稍慢，這是由于它們斜行的緣故；在軌跡的中間部分，則五星的運行速度稍快，這是由于它們直行的緣故。北宋

沈括西方歷史上兩種學(xué)說的碰撞地心說日心說

托勒密代表人物：地心說地球是宇宙的中心,并且靜止不動,一切行星圍繞地球做圓周運動。隨著人們對天體運動的不斷研究，發(fā)現(xiàn)“地心說”所描述的天體的運動不僅復(fù)雜而且問題很多。如果把地球從天體運動的中心位置移到一個普通的、繞太陽運動的行星的位置，換一個角度來考慮天體的運動，許多問題都可以解決，行星運動的描述也變得簡單了。

哥白尼代表人物：日心說太陽是宇宙的中心,并且靜止不動,一切行星都圍繞太陽運動?！叭招恼f”相對“地心說”能更完美地解釋天體的運動，但它并沒有在天文測算的精確度上有多大的提高。其后，許多天文學(xué)家對天體運動進行不斷的探索、完善，建立了最初的天體運動理論。近代早期最重要的觀測工作是由丹麥的第谷進行的。第谷對行星運動做了大量觀察記錄第谷新課引入

在哥白尼之后，第谷連續(xù)20年對行星的位置進行了較仔細的測量，大大提高了測量的精確程度。第谷把這個天體位置的誤差大約從10’減小到2’。為哥白尼的學(xué)說提供了關(guān)鍵性的支持。開普勒：終得行星運動規(guī)律開普勒新課引入

開普勒相信哥白尼的學(xué)說，按行星繞太陽做勻速圓周運動的觀點，在對火星軌道的研究中，70余次嘗試所得的結(jié)果與第谷的觀察數(shù)據(jù)相差8’，他花了四年時間一遍一遍地進行數(shù)學(xué)計算，否定了幾十種假設(shè)，最后終于通過計算他發(fā)現(xiàn)了行星運動三大定律，簡稱開普勒三大定律。開普勒定律1.開普勒第一定律（軌道定律）

所有的行星圍繞太陽運動的軌道都是橢圓，太陽處在橢圓的一個焦點上。

不同行星軌道不同，太陽在這些橢圓軌道的共同焦點上。繪制橢圓橢圓上某點到兩個焦點的距離之和與橢圓上另一點到兩焦點的距離之和有什么關(guān)系?拓展：把細繩的兩端合在一起（即兩個焦點合并成一個點），再用鉛筆把細繩拉緊，在板上畫出的圖形是什么？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.如圖為地球繞太陽運行的示意圖,圖中橢圓表示地球的公轉(zhuǎn)軌道。你認為地球在哪一點速度最大？在哪一點速度最??？春夏兩季的時間長還是秋冬兩季的時間長？學(xué)以致用離太陽越近,行星在相等時間內(nèi)經(jīng)過的弧長越長,即行星的速率越大。地球繞太陽運行時,對于北半球的觀察者而言,秋冬季節(jié)地球在近日點附近運動,在春夏季節(jié)地球在遠日點附近活動。地球在秋冬季節(jié)比在春夏季節(jié)運動得快一些,時間相應(yīng)就短一些。一年之內(nèi),春夏兩季（186天）比秋冬兩季（179天）要長。3.開普勒第三定律（周期定律）所有行星的軌道的半長軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等．注意：比值k是與行星無關(guān)而只與太陽有關(guān)的恒量．以地球和火星為例：1.行星繞太陽運動的軌道近似為圓，太陽處于圓心。2.行星繞太陽做勻速圓周運動3.所有行星軌道半徑的三次方與它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等，即中學(xué)里的近似處理1.八大行星沿橢圓軌道繞太陽公轉(zhuǎn)，下列說法中正確的是（）A．太陽處在橢圓的中心B．火星繞太陽運行過程中，速率不變C．土星比地球的公轉(zhuǎn)周期大D．地球和土星分別與太陽的連線在相同時間內(nèi)掃過的面積相等C

B

根據(jù)開普勒第二定律可知，太陽和火星連線在相等時間內(nèi)掃過的面積相等，即近日點速率大于遠日點的速率，由題意知B點的速率大，所以B點為近日點，所以F1為太陽所在位置。故ABD錯誤；C正確。C4、火星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．相同時間內(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B．太陽位于木星運行軌道的中心C．火星和木星繞太陽運行速度的大小始終相等D．火星與木星公轉(zhuǎn)周期之比的平方等于它們軌道半長軸之比的立方A．根據(jù)開普勒第二定律可知，相同時間內(nèi)，火星與太陽連線掃過的面積相等，木星與太陽連線掃過的面積也相等，但二者與太陽連線掃過面積不相等。故A錯誤；B．根據(jù)開普勒第一定律可知，太陽位于木星運行軌道的一個焦點上。故B錯誤；C．根據(jù)開普勒第二定律可