7.1+行星的運動+課件【知識精講精研】高一下學(xué)期物理人教版（2019）必修第二冊

第七章萬有引力與宇宙航行1

行星的運動導(dǎo)入新課《尚書:堯典》中記載道“在璇璣玉衡，以齊七政”在中國古人把實際觀測到的金、木、水、火、土五個行星合起來稱作五緯。緯為織物的橫線，這五顆行星在天空上，像緯線一樣由東向西穿梭行進，故稱作五緯。古人又把日月同五星合起來，稱為日月五星，謂之七政。這是古人錯把日月也當(dāng)成了行星。導(dǎo)入新課布魯諾由于堅持日心說，而被教廷活活燒死在鮮花廣場上。哥白尼根據(jù)實驗的觀察，提出的日心體系。交流討論

一、天體運動發(fā)展史問題1：我們經(jīng)?？吹教栕缘厍驏|方升起，又落到地球西方，也就是說，我們看到的現(xiàn)象似乎是太陽繞地球轉(zhuǎn)，這正是古代人們對天體運動存在的一種看法，你知道古代人們對天體運動的認識主要存在哪些觀點嗎？各觀點的代表人物又是誰？一、天體運動發(fā)展史地心說：認為地球是靜止不動，太陽、月亮及其他行星都繞地球運動，地球是宇宙的中心。代表人物是古希臘學(xué)者托勒密。一、天體運動發(fā)展史日心說：行星和地球繞太陽做勻速圓周運動，只有月球環(huán)繞地球運行。代表人物是波蘭天文學(xué)家哥白尼。問題2：“日心說”為什么能戰(zhàn)勝“地心說”？一、天體運動發(fā)展史“日心說”之所以能夠戰(zhàn)勝“地心說”是因為好多“地心說”不能解析的現(xiàn)象“日心說”則能說明，也就是說，“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)相同的，而事實上，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。問題3：丹麥天文學(xué)家第谷對天文學(xué)做了怎樣的貢獻？到了17世紀初，伽利略發(fā)明了望遠鏡。1609年，他發(fā)現(xiàn)了圍繞木星轉(zhuǎn)動的“月球”，進一步表明地球不是所有天體運動的中心。一、天體運動發(fā)展史第谷之前人們測量天體位置的誤差大約是10′，第谷把這個不確定性減小到2′。他的觀測結(jié)果為哥白尼的學(xué)說提供了關(guān)鍵性的支持。問題4：作為第谷的學(xué)生，德國天文學(xué)家開普勒對第谷的觀測數(shù)據(jù)進行了計算與研究，發(fā)現(xiàn)了什么問題？他是如何解決的？并總結(jié)出怎樣的規(guī)律？開普勒相信哥白尼的學(xué)說，他按行星繞太陽做勻速圓周運動的觀點來思考問題。但在對火星軌道的研究中，70余次嘗試所得的結(jié)果都與第谷的觀測數(shù)據(jù)有至少8′的偏差。他經(jīng)過多年的嘗試性計算，終于發(fā)現(xiàn)并先后于1609年和1619年發(fā)表了行星運動的三個定律。他想這是因為行星的運動并非勻速圓周運動。一、天體運動發(fā)展史一、天體運動發(fā)展史鞏固提升

例1、(多選）關(guān)于行星運動，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，地球是圍繞太陽運動的一顆行星C.宇宙每時每刻都是運動的，靜止是相對的D.無論是日心說還是地心說，在研究行星運動時都是有局限

性的CD交流討論

二、開普勒定律古人認為天體做的是最完美、最和諧的勻速圓周運動。開普勒他發(fā)現(xiàn)假設(shè)行星做勻速圓周運動，計算所得的數(shù)據(jù)與第谷的觀測數(shù)據(jù)不符，只有認為行星做橢圓運動，才能解釋這種差別。你知道什么是橢圓？橢圓有著怎樣的特點嗎？動手試試吧。問題1：開普勒第一定律的內(nèi)容是什么?從哪個方面描述了行星繞太陽運動的規(guī)律？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。二、開普勒定律是從軌道方面描述了行星繞太陽運動的規(guī)律。問題2：開普勒第二定律的內(nèi)容是什么？從哪個方面描述了行星繞太陽運動的規(guī)律？提示：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。從面積方面描述了行星繞太陽運動的規(guī)律。二、開普勒定律問題3：如圖所示是地球繞太陽公轉(zhuǎn)時的示意圖，由圖可知地球在春分日、夏至日、秋分日和冬至日四天中哪天繞太陽運動的速度最大？提示：由開普勒第二定律可知，近日點，速度大，遠日點，速度小。二、開普勒定律冬至日地球繞太陽運動的速度最大問題4：開普勒第三定律的內(nèi)容是什么？是從哪個方面描述了行星繞太陽運動的規(guī)律？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二、開普勒定律是從周期方面描述了行星繞太陽運動的規(guī)律。a是軌道的半長軸T是公轉(zhuǎn)周期二、開普勒定律行星或衛(wèi)星中心天體半長軸（×106km）公轉(zhuǎn)周期（天）k值水星太陽5787.973.34×1018金星1082253.35×1018火星2286873.35×1018同步衛(wèi)星地球0.042411.02×1013月球0.384427.3221.02×1013問題5：根據(jù)以下表格數(shù)據(jù)，思考開普勒第三定律的公式中k值與什么有關(guān)？k值與環(huán)繞行星無關(guān)，與中心天體有關(guān)。問題6：如圖所示是“金星凌日”的示意圖，觀察圖中地球、金星的位置，思考地球和金星誰的公轉(zhuǎn)周期更長。二、開普勒定律地球到太陽的距離大于金星到太陽的距離，根據(jù)開普勒第三定律可得，地球的公轉(zhuǎn)周期更長一些。二、開普勒定律問題7：觀察太陽系八大行星的軌道示意圖，我們在研究行星運動時可以如何簡化處理？簡化處理后，行星做什么運動？由于大多數(shù)行星繞太陽運動的軌道與圓十分接近，因此，在中學(xué)階段的研究中可以按圓軌道處理根據(jù)開普勒第二定律，行星做勻速圓周運動。1、開普勒第一定律（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。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)掃過相等的面積。近日點，速度大；遠日點，速度小梳理深化

二、開普勒定律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。二、開普勒定律a是軌道的半長軸T是公轉(zhuǎn)周期k值與環(huán)繞行星無關(guān)，與中心天體有關(guān)。4、開普勒定律的三點注意：（1）開普勒三定律是通過對行星運動的觀察結(jié)果總結(jié)而得出的規(guī)律，它們都是經(jīng)驗定律。（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在距太陽不同距離時的運動快慢的規(guī)律，后者揭示的是不同行星運動快慢的規(guī)律。（3）繞同一中心天體運動的軌道分別為橢圓、圓的天體，k值相等，即二、開普勒定律5、天體運動的處理方法：（1）行星繞太陽運動的軌道十分接近圓，太陽處在圓心（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）所有行星的軌道的半徑的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等，即（r為軌道半徑）二、開普勒定律鞏固提升

例2、被命名為“墨子號”的中國首顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星的運行軌道為如圖所示的繞地球E運動的橢圓軌道，地球E位于橢圓的一個焦點上．軌道上標記了墨子衛(wèi)星經(jīng)過相等時間間隔(Δt＝T/14，T為軌道周期)的位置．如果作用在衛(wèi)星上的力只有地球E對衛(wèi)星的萬有引力，則下列說法正確的是（）A.面積S1>S2B.衛(wèi)星在軌道A點的速度小于B點的速度C.T2＝Ca3，其中C為常數(shù)，a為橢圓半長軸D.T2＝C′b3，其中C′為常數(shù)，b為橢圓半短軸C二、開普勒定律練習(xí)1、如圖所示，某人造地球衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動，其軌道半徑為月球繞地球運轉(zhuǎn)半徑的1/9，設(shè)月球繞地球運動的周期為27天，則此衛(wèi)星的運轉(zhuǎn)周期大約是（）

A.1/9天B.1/3天

C.1天D.9天C二、開普勒定律練習(xí)2、若將八大行星繞太陽運行的軌跡可粗略地認為是圓，各星球半徑和軌道半徑如下表所示：從表中所列數(shù)據(jù)可以估算出海王星的公轉(zhuǎn)周期最接近（）

A.80年

B.120年

C.165年

D.200年C二、開普勒定律行星名稱水星金星地球火星木星土星天王星海王星星球半徑(×106m)2.446.056.373.3969.858.223.722.4軌道半徑(×1011m)0