2023學(xué)年完整公開課版行星的運動

第六章萬有引力與航天1行星的運動

“日出東方”“日傍西山”，日常生活中我們總是感覺太陽每天繞地球轉(zhuǎn)一圈，有同學(xué)說這種說法是錯誤的。你如何解釋這種現(xiàn)象？1.知道地心說和日心說的基本內(nèi)容。2.知道開普勒三定律，能用三定律解決問題。3.了解人類對行星的認(rèn)識過程是漫長復(fù)雜的，是來之不易的。(重點)一、古代對行星運動規(guī)律的認(rèn)識經(jīng)歷了怎樣的過程？

太陽從東邊升起，從西邊落下結(jié)論:

“地心說”地球是靜止不動的，是宇宙的中心1.地心說地心說地球是宇宙的中心，是靜止不動的，太陽、月亮以及其他星體都繞地球運動.托勒密代表人物統(tǒng)治地位直接經(jīng)驗宗教神學(xué)

隨著世界航海事業(yè)的發(fā)展，人們希望借助星星的位置為船隊導(dǎo)航，因而對行星的運動觀測越來越精確。再加上第谷等科學(xué)家經(jīng)過長期觀測及記錄的大量的觀測數(shù)據(jù)，用托勒密的“地心說”模型很難得出完美的解答。

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。

2.日心說假設(shè)地球并不是宇宙的中心，太陽是靜止不動的，地球和其他行星都繞太陽運動。哥白尼代表人物

“日心說”和宗教的主張是相反的，為宣傳和捍衛(wèi)這個學(xué)說，意大利學(xué)者布魯諾被宗教裁判所活活燒死。伽利略受到殘酷的迫害。真理最終戰(zhàn)勝了謬誤：“日心說”之所以能夠戰(zhàn)勝“地心說”是因為好多“地心說”不能解釋的現(xiàn)象“日心說”則能說明，就是說“日心說”比“地心說”更科學(xué)、更接近事實。例如：若地球不運動，晝夜交替是太陽繞地球運動形成的，那么每天的情況就應(yīng)是相同，事實上，每天白天的長短不同，冷暖不同，而“日心說”則能說明這種情況；白晝是地球自轉(zhuǎn)形成的，而四季是地球繞太陽公轉(zhuǎn)形成的。“日心說”也并不是絕對正確的，因為太陽只是太陽系的一個中心天體，而太陽系只是宇宙中眾多星系之一，所以太陽并不是宇宙的中心，也不是靜止不動的。“日心說”只是比“地心說”更準(zhǔn)確一些罷了。開普勒(1571-1630)

德國天文學(xué)家二、開普勒三行星運動定律

第谷（1546-1601）丹麥天文學(xué)家第谷（丹麥）開普勒（德國）四年多的刻苦計算↓二十年的精心觀測↓否定19種假設(shè)↓↓行星軌道為橢圓若是勻速圓周運動？8分的誤差…↓數(shù)據(jù)↓1.開普勒第一定律（橢圓軌道定律）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。

思考：第一定律說明了行星運動軌跡的形狀,不同的行星繞太陽運行的橢圓軌道相同嗎?1.太陽并不是位于橢圓中心，而是位于焦點處。2.不同行星軌道不同，但所有軌道的焦點重合。

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。2.開普勒第二定律（面積定律）行星半長軸a／106km公轉(zhuǎn)周期／T水星5787.97金星108225地球149365火星228687木星7784333土星142610759天王星286930686海王星4495601883.36×10183.35×10183.31×10183.36×10183.36×10183.36×10183.37×10183.36×1018k＝a3

/T2／(m3?s-2)【探究：軌道的半長軸與公轉(zhuǎn)周期的關(guān)系】探究結(jié)論：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它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等。若用a表示橢圓軌道的半長軸，T代表公轉(zhuǎn)周期，則開普勒第三定律告訴我們：行星或衛(wèi)星中心體半長軸(“x”106km)公轉(zhuǎn)周期(天)K值水星太陽5787.973.36×1018金星1082253.35×1018火星2286873.36×1018同步衛(wèi)星地球0.042411.02×1013月球0.384427.3221.02×1013【探究：K值的決定因素】【探究歸納】K是一個只與中心天體質(zhì)量有關(guān)的物理量行星軌道半長軸a(106km)軌道半短軸b(106km)水星57.956.7金星108.2108.1地球149.6149.5火星227.9226.9木星778.3777.4土星1427.01424.8觀察：六大行星軌道數(shù)據(jù)表觀察：下圖是按不同比例尺繪制的太陽系八顆行星及冥王星的軌道【探究歸納】開普勒行星運動定律的近似處理

1.行星繞太陽運動的軌道是圓，太陽處在圓心上。2.對某一行星來說，它繞太陽做圓周運動的角速度（或線速度）不變，即行星做勻速圓周運動。3.所有行星的軌道半徑的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的平方的比值都相等?！疽?guī)律總結(jié)】1.開普勒定律不僅適用于行星，也適用于衛(wèi)星，只不過此時比值k是由行星質(zhì)量所決定的另一恒量。2.行星的軌道都跟圓近似，因此計算時可以認(rèn)為行星做勻速圓周運動。3.開普勒定律是總結(jié)行星運動的觀察結(jié)果而歸納出來的規(guī)律，它們每一條都是經(jīng)驗定律，都是從觀察行星運動所取得的資料中總結(jié)出來的?！緦c訓(xùn)練1】(2016·全國卷III)關(guān)于行星運動的規(guī)律,下列說法符合史實的是(

)A.開普勒在牛頓定律的基礎(chǔ)上,導(dǎo)出了行星運動的規(guī)律B.開普勒在天文觀測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,總結(jié)出了行星運動的規(guī)律C.開普勒總結(jié)出了行星運動的規(guī)律,找出了行星按照這些規(guī)律運動的原因D.開普勒總結(jié)出了行星運動的規(guī)律,發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律B

【對點訓(xùn)練2】某行星沿橢圓軌道運行，遠(yuǎn)日點離太陽的距離為a，近日點離太陽的距離為b，過遠(yuǎn)日點時行星的速率為va，則過近日點時的速率vb為()

解題關(guān)鍵：1.行星運動滿足開普勒第二定律;2.行星和太陽的連線在很短時間內(nèi)掃過的區(qū)域可以近似看作三角形，其面積可以按照三角形計算。解析：選C.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Δt足夠短，所掃過的面積近似看作三角形的面積，行星金星地球火星木星公轉(zhuǎn)周期/年0.6151.01.8811.86【對點訓(xùn)練3】太陽系八大行星的公轉(zhuǎn)軌道可近似看作圓軌道．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.6.9億千米解析：選B.由題意可知，行星繞太陽運轉(zhuǎn)時，滿足＝常數(shù)，設(shè)地球的公轉(zhuǎn)周期和公轉(zhuǎn)半徑分別為T1、r1，火星繞太陽的公轉(zhuǎn)周期和公轉(zhuǎn)半徑分別為T2、r2，則代入數(shù)據(jù)得，r2＝2.3億千米．1.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。2.開普勒第二定律:對任意一個行星來說，它與太陽的連線在相等的時間內(nèi)掃過相等的面積。3.開普勒第三定律: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。k的大小與行星無關(guān).短軸長軸1．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動B.太陽是宇宙的中心，所有天體都繞太陽運動C.太陽是靜止不動的，地球和其他行星都繞太陽運動D.“地心說”和哥白尼提出的“日心說”現(xiàn)在看來都是不正確的D2.太陽系的幾個行星中，與太陽之間的平均距離越大的行星，它繞太陽公轉(zhuǎn)一周所用的時間（）A.越長B.越短C.相等D.無法判斷A3.如圖所示是某行星m繞恒星M運行的示意圖，下列說法正確的是()A．速率最大點是B點B．速率最小點是C點C．m從A點運動到B點做減速運動D．m從A點運動到B點做加速運動C4.“神舟十一號”沿半徑為R的圓周軌道繞地球運動，其周期為T，如果飛船要返回地面，可在軌道上