第七章第一節(jié)行星的運(yùn)動(dòng)

第七章第一節(jié)行星的運(yùn)動(dòng)——精剖細(xì)解學(xué)習(xí)講義知識(shí)點(diǎn)：行星的運(yùn)動(dòng)1、兩種對(duì)立的學(xué)說學(xué)說內(nèi)容代表人物缺點(diǎn)地心說地球是宇宙的中心，是靜止不動(dòng)的；太陽、月球以及其他星體都繞地球運(yùn)動(dòng)。托勒密兩種學(xué)說都不完善，太陽、地球等天體都是運(yùn)動(dòng)的，鑒于當(dāng)時(shí)自然科學(xué)的認(rèn)識(shí)能力，日心說比地心說更先進(jìn)，日心說能更完美地解釋天體的運(yùn)動(dòng)。以后的觀測(cè)事實(shí)表明，哥白尼日心說有一定的優(yōu)越性。但是，限于哥白尼時(shí)代科學(xué)發(fā)展的水平，哥白尼學(xué)說存在兩大缺點(diǎn)：①把太陽當(dāng)作宇宙的中心。實(shí)際上太陽僅是太陽系的中心天體，而不是宇宙的中心。②沿用了行星在圓形軌道上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的陳舊觀念。實(shí)際上行星軌道是橢圓的，行星的運(yùn)動(dòng)也不是勻速的。日心說太陽是宇宙的中心，是靜止不動(dòng)的；地球和其他行星都繞太陽做勻速圓周運(yùn)動(dòng)；天穹不轉(zhuǎn)動(dòng)，因?yàn)榈厍蛎刻熳晕飨驏|自轉(zhuǎn)一周，造成天體每天東升西落的現(xiàn)象；與日地距離相比，其他恒星離地球都十分遙遠(yuǎn)，比日地間的距離大得多。哥白尼人類對(duì)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)：遠(yuǎn)古時(shí)期認(rèn)為是天圓地方；140年托勒密提出地心說；1543年哥白尼提出日心說；1600年開普勒任第谷的助手，開始行星觀察數(shù)據(jù)的收集和整理；1609年開普勒發(fā)表了行星運(yùn)動(dòng)的第一和第二定律；1619年開普勒又發(fā)表了行星運(yùn)動(dòng)的第三定律。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(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)，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)在看來都是不正確的【答案】D【詳解】A．現(xiàn)在看來，地心說是錯(cuò)誤，故A錯(cuò)誤；BCD．日心說認(rèn)為太陽是靜止不動(dòng)的，所有天體都繞太陽運(yùn)行，其實(shí)太陽并不是靜止不動(dòng)的，可以知道，日心說比地心說先進(jìn)，但是也不是完全正確的，故BC錯(cuò)誤，D正確．故選D。2．物理學(xué)的發(fā)展極大地豐富了人類對(duì)物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí),推動(dòng)了科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新和革命,促進(jìn)了物質(zhì)生產(chǎn)的繁榮與人類文明的進(jìn)步.關(guān)于物理學(xué)發(fā)展過程中的認(rèn)識(shí)，下列說法正確的是（）A．牛頓第一定律是利用邏輯思維對(duì)事實(shí)進(jìn)行分析的產(chǎn)物，不可能用實(shí)驗(yàn)直接驗(yàn)證B．開普勒研究了行星運(yùn)動(dòng)，從中發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律C．愛因斯坦利用扭秤測(cè)出了萬有引力常量，被譽(yù)為能“稱出地球質(zhì)量的人”D．瓦特提出了太陽是宇宙中心為主要觀點(diǎn)的“日心說”【答案】A【詳解】A．牛頓第一定律是利用邏輯思維對(duì)事實(shí)進(jìn)行分析的產(chǎn)物，不可能用實(shí)驗(yàn)直接驗(yàn)證，選項(xiàng)A正確；B．開普勒研究了行星運(yùn)動(dòng)，牛頓從中發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；C．卡文迪許利用扭秤測(cè)出了萬有引力常量，被譽(yù)為能“稱出地球質(zhì)量的人”，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；D．哥白尼提出了太陽是宇宙中心為主要觀點(diǎn)的“日心說”，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；故選A。3．關(guān)于行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，下列說法符合史實(shí)的是（

）A．開普勒在牛頓定律的基礎(chǔ)上，導(dǎo)出了行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律B．開普勒在天文觀測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，總結(jié)出了行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律C．開普勒總結(jié)出了行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，找出了行星按照這些規(guī)律運(yùn)動(dòng)的原因D．開普勒總結(jié)出了行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律【答案】B【詳解】開普勒在他的導(dǎo)師第谷天文觀測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，總結(jié)出了行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，但并未找出了行星按照這些規(guī)律運(yùn)動(dòng)的原因；牛頓在開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律的基礎(chǔ)上推導(dǎo)出萬有引力定律。故選B?！军c(diǎn)睛】本題考查物理學(xué)史，是常識(shí)性問題，對(duì)于物理學(xué)上重大發(fā)現(xiàn)、發(fā)明、著名理論要加強(qiáng)記憶，這也是考試內(nèi)容之一。2、開普勒三大定律開普勒三大定律的內(nèi)容定律內(nèi)容圖示/公式開普勒第一定律(軌道定律)所有行星繞太陽運(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(面積定律)對(duì)任意一個(gè)行星來說，它與太陽的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過相等的面積。開普勒第三定律(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。，k是一個(gè)與行星無關(guān)的常量。對(duì)開普勒三大定律的理解：1、開普勒第一定律解決了行星運(yùn)動(dòng)的軌道問題行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓，太陽處在橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上，如下圖所示，不同行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的橢圓軌道是不同的。開普勒第一定律說明了太陽不是位于橢圓的中心，不同的行星不是位于同一橢圓軌道，而且不同行星的橢圓軌道一般不在同一平面內(nèi)。2、開普勒第二定律比較了某個(gè)行星在橢圓軌道上不同位置的速度大小問題如下圖所示，在相等的時(shí)間內(nèi)，面積SA＝SB，這說明離太陽越近，行星在相等時(shí)間內(nèi)經(jīng)過的弧長越長，即行星在遠(yuǎn)日點(diǎn)a的速率最小，在近日點(diǎn)b的速率最大。近日點(diǎn)是行星距離太陽最近的點(diǎn)，遠(yuǎn)日點(diǎn)則為行星距離太陽最遠(yuǎn)的點(diǎn)。根據(jù)開普勒第二定律可知同一行星在近日點(diǎn)時(shí)速度最大，在遠(yuǎn)日點(diǎn)時(shí)速度最小。3、開普勒第三定律比較了不同行星周期的長短問題橢圓軌道的半長軸a如下圖所示。由開普勒第三定律可知橢圓軌道半長軸越長的行星，其公轉(zhuǎn)周期越長，該定律既適用于行星繞太陽的運(yùn)動(dòng)，也適用于衛(wèi)星繞地球的運(yùn)動(dòng)，對(duì)于地球衛(wèi)星，常量k只與地球有關(guān)，而與衛(wèi)星無關(guān)，也就是說k值的大小由中心天體決定。遇到題目中橢圓軌道求周期的情景時(shí)一般考慮開普勒第三定律。該定律也適用與圓軌道，此時(shí)半長軸a為半徑r，即。高中階段行星繞太陽的運(yùn)動(dòng)通常按圓軌道處理。因此高中階段的開普勒三大定律可以這樣理解：①多數(shù)行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道十分接近圓，太陽處在圓心；②對(duì)某一行星來說，它繞太陽做圓周運(yùn)動(dòng)的速率不變，即行星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)；③所有行星軌道半徑的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等。繞同一中心天體運(yùn)動(dòng)的兩顆行星的軌道半徑分別為R1、R2，公轉(zhuǎn)周期分別為T1、T2，則有。要注意長軸是指橢圓中過焦點(diǎn)與橢圓相交的線段，半長軸即長軸的一半，注意它和遠(yuǎn)日點(diǎn)到太陽的距離不同。4．對(duì)于開普勒定律的理解，下列說法不正確的是（）A．開普勒根據(jù)第谷對(duì)行星的觀測(cè)數(shù)據(jù)，總結(jié)得出了開普勒三定律B．行星圍繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道半徑跟它公轉(zhuǎn)周期成正比C．行星圍繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌跡是橢圓，太陽處于橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上D．行星距離太陽越近，其運(yùn)動(dòng)速度越大，距離太陽越遠(yuǎn)，其運(yùn)動(dòng)速度越小【答案】B【詳解】A．開普勒根據(jù)第谷對(duì)行星的觀測(cè)數(shù)據(jù)，總結(jié)得出了開普勒三定律，A正確；B．根據(jù)開普勒第三定律：行星圍繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道半徑的三次方跟它公轉(zhuǎn)周期的平方成正比，B錯(cuò)誤；C．根據(jù)開普勒第一定律：行星圍繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌跡是橢圓，太陽處于橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上，C正確；D．根據(jù)開普勒第一定律可知，行星距離太陽越近，其運(yùn)動(dòng)速度越大，距離太陽越遠(yuǎn)，其運(yùn)動(dòng)速度越小，D正確。故不正確的選B。5．2022年2月4日北京冬奧會(huì)開幕式以二十四節(jié)氣為倒計(jì)時(shí)，最后定格于立春節(jié)氣，驚艷全球，二十四節(jié)氣，代表著地球在公轉(zhuǎn)軌道上的二十四個(gè)不同的位置，如圖所示，從天體物理學(xué)可知地球沿橢圓軌道繞太陽運(yùn)動(dòng)所處四個(gè)位置，分別對(duì)應(yīng)我國的四個(gè)節(jié)氣，以下說法正確的是（）A．地球繞太陽運(yùn)行方向（正對(duì)紙面）是順時(shí)針方向B．地球繞太陽做勻速率橢圓軌道運(yùn)動(dòng)C．地球從夏至至秋分的時(shí)間小于地球公轉(zhuǎn)周期的四分之一D．冬至?xí)r地球公轉(zhuǎn)速度最大【答案】D【詳解】A．二十四節(jié)氣中，夏至在春分后，秋分在夏至后，地球繞太陽運(yùn)行方向（正對(duì)紙面）是逆時(shí)針方向。A錯(cuò)誤；B．由開普勒第一定律知地球繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道是橢圓，由開普勒第二定律，地球與太陽的連線在相等時(shí)間內(nèi)掃過的面積相等，地球繞太陽是非勻速率橢圓軌道運(yùn)動(dòng)。B錯(cuò)誤；C．由開普勒第二定律，地球與太陽的連線在相等時(shí)間內(nèi)掃過的面積相等，可知地球在近地點(diǎn)比遠(yuǎn)地點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的快，地球從夏至至秋分的時(shí)間大于地球公轉(zhuǎn)周期的四分之一。C錯(cuò)誤；D．由開普勒第二定律，地球與太陽的連線在相等時(shí)間內(nèi)掃過的面積相等,近地點(diǎn)公轉(zhuǎn)速度最快，即冬至?xí)r地球公轉(zhuǎn)速度最大。D正確。故選D。6．關(guān)于行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的說法正確的是(

)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．某行星繞太陽運(yùn)動(dòng)，它離太陽越近速率越小D．所有行星軌道半長軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等【答案】D【詳解】AB、開普勒第一定律可得,所有行星都繞太陽做橢圓運(yùn)動(dòng),且太陽處在所有橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上.故AB錯(cuò)誤;C、由開普勒第二定律可得，在相同時(shí)間內(nèi)行星與太陽的連線掃過的面積相等，故離太陽越近速率越大，故C錯(cuò)誤；D、由開普勒第三定律,所有行星的軌道半長軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等,故D正確；故選D.點(diǎn)睛：開普勒第一定律是太陽系中的所有行星圍繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓,太陽處在所有橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上.在相等時(shí)間內(nèi),太陽和運(yùn)動(dòng)著的行星的連線所掃過的面積都是相等的.開普勒第三定律中的公式,可以知道半長軸的三次方與公轉(zhuǎn)周期的二次方成正比.7．火星和地球都繞太陽運(yùn)動(dòng)，已知火星離太陽較遠(yuǎn)，下列說法正確的是（）A．太陽在火星運(yùn)動(dòng)軌道的中心處B．火星和地球在同一橢圓軌道上運(yùn)動(dòng)C．火星公轉(zhuǎn)周期比地球公轉(zhuǎn)周期大D．火星軌道半長軸比地球軌道半長軸小【答案】C【詳解】A．火星繞太陽運(yùn)動(dòng)時(shí)，太陽位于火星軌道橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上，A錯(cuò)誤；BD．地球和火星在不同橢圓軌道上繞太陽運(yùn)動(dòng)，火星離太陽較遠(yuǎn)，則火星軌道的半長軸大于地球軌道的半長軸，BD錯(cuò)誤；C．根據(jù)開普勒第三定律有由于火星軌道的半長軸大于地球軌道的半長軸，因此火星的公轉(zhuǎn)周期大于地球的公轉(zhuǎn)周期，C正確。故選C。8．海王星繞太陽的公轉(zhuǎn)軌道是個(gè)橢圓，公轉(zhuǎn)周期為，其近日點(diǎn)到太陽的距離為a，遠(yuǎn)日點(diǎn)到太陽的距離為b，半短軸的長度為c，A、B、C、D分別為長短軸的端點(diǎn)，如圖所示。若太陽的質(zhì)量為M，萬有引力常量為G，忽略其他行星對(duì)它的影響，則下列說法正確的是（

）A．海王星從A→B→C的過程中，速率逐漸變大B．海王星從A→B所用的時(shí)間等于C．海王星從B→C→D的過程中所用的時(shí)間與從D→A→B的過程中所用的時(shí)間相等D．由開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律知，所有行星繞太陽運(yùn)行的軌道不一定在同一個(gè)平面內(nèi)【答案】D【詳解】A．根據(jù)開普勒第二定律可知，海王星從A→B→C的過程中，速率逐漸變小，故A錯(cuò)誤；B．海王星從A→B的速度大于從B→C的速度，所以海王星從A→B所用的時(shí)間小于，故B錯(cuò)誤；C．海王星從B→C→D走過的路程等于從D→A→B的路程，但B→C→D段的運(yùn)動(dòng)速度小于D→A→B的速度，所以兩段路徑所用的時(shí)間不相等，故C錯(cuò)誤；D．由開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律可知，所有行星繞太陽運(yùn)行的軌道不一定在同一個(gè)平面內(nèi)，故D正確。故選D。9．地球和金星沿各自的橢圓軌道繞太陽運(yùn)行，根據(jù)開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律可知（）A．太陽位于金星運(yùn)行軌道的中心B．它們?cè)诮拯c(diǎn)速度小于遠(yuǎn)日點(diǎn)速度C．地球和金星公轉(zhuǎn)周期的平方之比等于它們軌道半長軸的立方之比D．地球和金星繞太陽運(yùn)行速度的大小始終相等【答案】C【詳解】A．根據(jù)開普勒第一定律，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錯(cuò)誤；B．根據(jù)開普勒第二定律，對(duì)每一個(gè)行星而言，太陽與行星的連線在相同時(shí)間內(nèi)掃過的面積相等。所以行星距離太陽越近，速度越大，在近日點(diǎn)速度大于遠(yuǎn)日點(diǎn)速度，故B錯(cuò)誤；C．根據(jù)開普勒第三定律，可知即地球和金星公轉(zhuǎn)周期的平方之比等于它們軌道半長軸的立方之比，故C正確；D．根據(jù)開普勒第二定律——對(duì)每一個(gè)行星而言，太陽與行星的連線在相同時(shí)間內(nèi)掃過的面積相等，速度始終在變化；對(duì)于處于不同軌道的地球和金星，繞太陽運(yùn)行速度的大小不相等，故D錯(cuò)誤。故選C。多選題10．由數(shù)學(xué)知識(shí)知，橢圓的焦距與半長軸長度的比值稱為橢圓的離心率，用e表示，e越接近1，橢圓越扁。下表是太陽系部分行星橢圓軌道的半長軸和離心率的數(shù)值，其中半長軸以地球軌道的半長軸為單位。從表中數(shù)據(jù)看，關(guān)于橢圓軌道最扁的行星以及木星的公轉(zhuǎn)周期，下列說法正確的是（

）行星水星金星地球火星木星半長軸a0.3870.7231.0001.5245.205離心率e0.2060.0070.0170.0930.048A．金星橢圓軌道最扁 B．水星橢圓軌道最扁C．木星的公轉(zhuǎn)周期約為12年 D．木星的公轉(zhuǎn)周期約為76年【答案】BC【詳解】AC．由題意知e越接近1，橢圓越扁，所以水星橢圓軌道最扁，故A錯(cuò)誤，B正確；BD．由開普勒第三定律得解得故C正確，D錯(cuò)誤。故選BC。11．如圖是某行星繞太陽運(yùn)行的橢圓軌道示意圖，下列說法正確的是（）A．太陽處在橢圓軌道的一個(gè)焦點(diǎn)上B．圖中行星與太陽的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過的面積相等C．對(duì)于任意一個(gè)行星，在近日點(diǎn)的速率小于在遠(yuǎn)日點(diǎn)的速率D．距離太陽越遠(yuǎn)的行星運(yùn)行周期越長【答案】ABD【詳解】A．根據(jù)開普勒第一定律，所有行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道均為橢圓，太陽處在橢圓軌道的一個(gè)焦點(diǎn)上，故A正確；B．根據(jù)開普勒第二定律，某一行星與太陽的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過的面積相等，故B正確；C．對(duì)于任意一個(gè)行星，在近日點(diǎn)的速率大于在遠(yuǎn)日點(diǎn)的速率，故C錯(cuò)誤；D．根據(jù)開普勒第三定律，距離太陽越遠(yuǎn)的行星，軌道的半長軸越大，所以運(yùn)行周期越長，故D正確。故選ABD。12．行星沿不同的橢圓軌道繞太陽運(yùn)動(dòng)，根據(jù)開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律可知（

）A．所有橢圓軌道的中心重合，太陽處在該中心上B．所有行星都是在近日點(diǎn)速度比在遠(yuǎn)日點(diǎn)的速度大C．橢圓軌道半長軸長的行星，繞太陽運(yùn)行一周的時(shí)間也長D．如果將行星的軌道近似看作圓，則行星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)【答案】BCD【詳解】A．所有的行星圍繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓，太陽處在所有橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上，故A錯(cuò)誤；B．行星從近日點(diǎn)到遠(yuǎn)日點(diǎn)萬有引力做負(fù)功，動(dòng)能減小，速度減小，故B正確；C．根據(jù)開普勒第三定律得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，所以橢圓軌道半長軸長的行星，繞太陽運(yùn)行一周的時(shí)間也長，故C正確；D．如果將行星的軌道近似看作圓，太陽對(duì)行星的引力提供其所需的向心力，則行星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，故D正確。故選BCD。13．關(guān)于開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律，下列說法正確的是A．所有行星圍繞太陽的運(yùn)動(dòng)軌道都是橢圓，太陽處在橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上B．對(duì)于任意一個(gè)行星來說，它與太陽的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過相等的面積C．表達(dá)式R3/T2=k,k是一個(gè)與行星無關(guān)的常量D．表達(dá)式R3/T2=k,T代表行星運(yùn)動(dòng)的自轉(zhuǎn)周期【答案】ABC【詳解】A、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；B、開普勒第二定律的內(nèi)容為：對(duì)于任意一個(gè)行星來說，它與太陽的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過相等的面積，故B正確．C、D、第三定律：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，k是與環(huán)繞天體無關(guān)，與中心天體有關(guān)的常量，而T為環(huán)繞天體的公轉(zhuǎn)周期，故D錯(cuò)誤，C正確．故選ABC．【點(diǎn)睛】正確理解開普勒的行星運(yùn)動(dòng)三定律是解答本題的關(guān)鍵，注意理解面積定律的意義，知道行星在遠(yuǎn)日點(diǎn)的速率小于在近日點(diǎn)的速率．14．對(duì)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(gè)共同的軌道焦點(diǎn)B．行