行星的運動(課件)-高中物理（人教版2019必修第二冊） 行星的運動 目錄 contents 地心說 01 02 日心說 03 開普勒三定律 04 典例分析 導(dǎo)入新課 不同行星都在各自的

第七章萬有引力與宇宙航行7.1行星的運動目錄contents地心說0102日心說03開普勒三定律04典例分析導(dǎo)入新課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點？行星繞太陽運行的周期與距離太陽的遠近是否存在某種關(guān)系？中國古人根據(jù)有限范圍內(nèi)的觀察（如日月星辰東升西落、遠處天壤相接等），得出“天圓地方”之類的想法。蓋天說（“天圓地方”－孔方兄）張衡渾天說（東漢）東漢時期的天文學(xué)家張衡提出“渾天”說，認(rèn)為天就像一個大雞蛋，地球就是其中的蛋黃。渾天儀認(rèn)為天是一個圓球，地則位于這個圓球的中間。天在不停地旋轉(zhuǎn)，日月星辰隨天運轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)到地平線之下就看不見了，這種見解比蓋天說更合理地解釋了天體的出沒。自古以來，人們就觀察到日出日落：導(dǎo)入新課由于地球的自轉(zhuǎn)，我們在地球上看到天上的星星，感覺上都是繞地球運動，太陽與月亮也一樣，這樣人們就很容易得出，地球是宇宙的中心，太陽、月亮及所有的星星都是繞地球轉(zhuǎn)動的。這就是地心說。地心說01

托勒密地心說

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托勒密地心說圖解地心說是長期盛行于古代歐洲的宇宙學(xué)說。它最初由古希臘學(xué)者歐多克斯在公元前三世紀(jì)提出，后來經(jīng)托勒密（90-168）進一步發(fā)展而逐漸建立和完善起來。我們在地球上觀察到的火星軌跡是這樣的地心說確實可以解釋和預(yù)言大量的天文現(xiàn)象，但是隨著新的天文觀測事實的出現(xiàn)，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：認(rèn)為太陽是靜止不動的,地球和其它行星都繞太陽運動日心說02

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做圓周運動。哥白尼隨著天文觀測不斷進步，“地心說”暴露出許多問題。逐漸被波蘭天文學(xué)家哥白尼(1473-1543)提出的“日心說”所取代。波蘭天文學(xué)家哥白尼經(jīng)過近四十年的觀測和計算，于1543年出版了“天體運行論”正式提出“日心說”。哥白尼以及日心說，建立了全新的模型，問題一下變得簡單。日心說開啟了現(xiàn)代天文學(xué)的時代。解放后的天文學(xué)家，在新的模型的基礎(chǔ)上展開工作，讓整個天文學(xué)都獲得了長足的進步。

地心說和日心說的共同觀點都認(rèn)為天體運動必然是最完美、最和諧的勻速圓周運動?！叭招恼f”的傳播1592年羅馬鮮花廣場布魯諾為真理獻身（意大利哲學(xué)家布魯諾因維護“日心說”被教會燒死）因贊成“日心說”伽利略受到教廷的審判

1608年，荷蘭人李波爾賽在一次偶然的機會中發(fā)明了望遠鏡。伽利略在得知這一消息后，立刻親自動手制作了第一架天文望遠鏡，并不斷加以改進。伽利略利用他的望遠鏡發(fā)現(xiàn)了月球表面的環(huán)形山、金星月相、木星的衛(wèi)星、太陽黑子，發(fā)現(xiàn)了茫茫銀河由無數(shù)個恒星所組成。他個人極力支持哥白尼的日心說，著有《關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》?！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。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。在第谷之前，人們測量天體位置的誤差大約是10ˊ，第谷把這個不確定性減小到2ˊ。得出行星繞太陽做勻速圓周運動的模型。第谷·布拉赫（1546-1601）丹麥天文學(xué)家和占星學(xué)家“日心說”最終戰(zhàn)勝“地心說”的科學(xué)功臣。古人都把天體的運動看的很神圣，認(rèn)為天體的運動必然是最完美、最和諧的勻速圓周運動。行星的運動果真如此嗎？想一想德國的物理學(xué)家開普勒繼承和總結(jié)了他的導(dǎo)師第谷的全部觀測資料及數(shù)據(jù)，他得到的結(jié)果與第谷的觀察數(shù)據(jù)相差8ˊ，而當(dāng)時第谷公認(rèn)的誤差為2ˊ。開普勒經(jīng)過20年的研究和四年多的刻苦計算，先后否定了19種設(shè)想，最后終于計算出行星繞太陽運動的軌跡為橢圓，并總結(jié)為行星運動三大定律。德國天文學(xué)家、數(shù)學(xué)家與占星家開普勒三定律03

所有的行星圍繞太陽運動的軌道都是橢圓，太陽處在所有橢圓的一個焦點上。

說明：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，但所有軌道的有一個焦點重合。開普勒第一定律開普勒第一定律也常說成軌道定律

對于任意一個行星而言，它和太陽的連線在相等的時間內(nèi)掃過相等的面積。說明：同一行星在近日點速率大于遠日點速率。開普勒第二定律開普勒第二定律也常說成面積定律MNR1R2春夏兩季（186天）比秋冬兩季（179天）要長。你認(rèn)為春夏兩季的時間長還是秋冬兩季的時間長？練一練

所有行星軌道的半長軸的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比都相等。猜想：a3/T2=k，你能猜出k可能跟誰有關(guān)嗎?行星？太陽？開普勒第三定律開普勒第三定律也常說成周期定律行星/衛(wèi)星半長軸（106km）周期（天）k（m3/s2）水星5787.97金星108225地球149365火星228687木星7784333土星142610759天王星287030660海王星449860148月球0.384427.3同步衛(wèi)星0.042413.36×10183.36×10183.36×10183.36×10183.36×10183.36×10183.37×10183.37×10181.03×10131.03×1013結(jié)論：開普勒第三定律也適用于太陽系以外的其他環(huán)繞系統(tǒng)，不同的環(huán)繞系統(tǒng)，k值不同。k值與環(huán)繞天體無關(guān)，由中心天體決定?！掘炞C猜想】3、中心天體相同的系統(tǒng)里k值是相同的，中心天體不同的系統(tǒng)里k值不同。1、第三定律不僅適用于行星繞太陽轉(zhuǎn)，也適用于衛(wèi)星繞行星轉(zhuǎn)。對于同一個行星的不同衛(wèi)星，它們也符合，與k是不同量。2、所有行星繞太陽運行時都符合。例如：地球和木星都繞太陽運動，則有：注意：太陽系中行星所有繞恒星運動的行星繞地球運動的衛(wèi)星實際上，行星的軌道與圓十分接近（圖7.1-3），在中學(xué)階段的研究中我們可按圓軌道處理。行星運動的近似處理方法行星繞太陽運動的軌道近似為圓，太陽處于圓心。行星繞太陽做勻速圓周運動。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

哥白尼勇于挑戰(zhàn)權(quán)威、布魯諾為捍衛(wèi)真理走上火刑架、第谷堅持觀測20多年、伽利略被終身監(jiān)禁而矢志不移、開普勒貧病交加而最終死在討薪的路上......但科學(xué)家們面對困難不屈不撓的科學(xué)態(tài)度和追求科學(xué)真理的崇高理想永世流傳。

堅持與真理D小試牛刀拓展：認(rèn)識太陽系04太陽系示意圖太陽系的天體構(gòu)成包括太陽、8個行星、67個衛(wèi)星和至少50萬個小行星，還有矮行星和少量彗星。太陽系的行星由內(nèi)到外分別是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。太陽系八大行星按其物理性質(zhì)可以分為類地行星和類木行星。類地行星的體積小而平均密度大，自轉(zhuǎn)速度慢，衛(wèi)星較少，有水星、金星、地球和火星。類木行星的體積大，平均密度小，自轉(zhuǎn)速度快，衛(wèi)星較多，有木星、土星、天王星和海王星。矮行星圍繞太陽運動，自身引力足以克服其固體應(yīng)力而使自己成圓球狀，但不能清除其軌道附近的其他物體。矮行星有冥王星、谷神星、鬩[xì]神星、鳥神星、賽德娜和妊神星。除上述天體外，太陽系還包括彗星和小行星，它們是太陽系數(shù)量最多的天體，小行星的總數(shù)至少為50萬顆。彗星軌道的離心率非常大，靠近太陽時軌道可到達水星軌道的內(nèi)部，遠離太陽時又在海王星的軌道之外。在火星和木星的軌道之間有一個小行星帶，那里有矮行星和小天體。在海王星的軌道外、黃道平面附近有一個矮行星、慧星和小行星的聚集地帶，即柯伊伯帶。與太陽的距離約為40-50個天文單位。（一個天文單位指的是太陽到地球（1.5億千米）的平均距離，天文單位是天文學(xué)中計量天體之間距離的一種單位。以A.U.表示，其數(shù)值取地球和太陽之間的平均距離。國際天文學(xué)聯(lián)合會1964年決定采用1A.U.=1.496x10^8千米）典例分析05判斷題(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)開普勒定律僅適用于行星繞太陽的運動．()(3)所有行星繞太陽運轉(zhuǎn)的周期都是相等的．()(4)在中學(xué)階段可認(rèn)為地球圍繞太陽做圓周運動．()(5)行星的軌道半徑和公轉(zhuǎn)周期成正比．()(6)公式中的a可認(rèn)為是行星的軌道半徑．()(7)造成天體每天東升西落的原因是天空不轉(zhuǎn)動，只是地球每天自西向東自轉(zhuǎn)一周．()(8)圍繞太陽運動的行星的速率是一成不變的．()(9)在中學(xué)階段可認(rèn)為地球圍繞太陽做圓周運動．()××××××√√√【例題】如圖所示，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

【解析】

B

【解析】

C

【解析】

C

【解析】

解析：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。C【例題】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D解析：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)開普勒第二定律可知，火星和木星繞太陽運行速度的大小會隨到太陽的距離不同而發(fā)生變化，在近日點速度最大，在遠日點速度最小。故C錯誤；D．根據(jù)開普勒第三定律可知，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。故D正確。

A

【例題】已知木星繞太陽的公轉(zhuǎn)周期是地球繞太陽公轉(zhuǎn)周期的12倍，則木星軌道半長軸是地球軌道半長軸的多少倍？解：根據(jù)開普勒第三定律有【例題