2023學(xué)年完整公開課版行星的運(yùn)動(dòng)

第六章萬(wàn)有引力與航天1行星的運(yùn)動(dòng)

“日出東方”“日傍西山”，日常生活中我們總是感覺太陽(yáng)每天繞地球轉(zhuǎn)一圈，有同學(xué)說這種說法是錯(cuò)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(duì)行星的認(rèn)識(shí)過程是漫長(zhǎng)復(fù)雜的，是來之不易的。(重點(diǎn))一、古代對(duì)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了怎樣的過程？

太陽(yáng)從東邊升起，從西邊落下結(jié)論:

“地心說”地球是靜止不動(dòng)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(dòng)的，太陽(yáng)、月亮以及其他星體都繞地球運(yùn)動(dòng).托勒密代表人物統(tǒng)治地位直接經(jīng)驗(yàn)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(duì)導(dǎo)航，因而對(duì)行星的運(yùn)動(dòng)觀測(cè)越來越精確。再加上第谷等科學(xué)家經(jīng)過長(zhǎng)期觀測(cè)及記錄的大量的觀測(cè)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(yùn)動(dòng)的中心位置移到一個(gè)普通的、繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的行星的位置，換一個(gè)角度來考慮天體的運(yùn)動(dòng)，許多問題都可以解決，行星運(yùn)動(dòng)的描述也變得簡(jiǎn)單了。

2.日心說假設(shè)地球并不是宇宙的中心，太陽(yáng)是靜止不動(dòng)的，地球和其他行星都繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)。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(gè)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?yàn)楹枚唷暗匦恼f”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(shí)。例如：若地球不運(yùn)動(dòng)，晝夜交替是太陽(yáng)繞地球運(yùn)動(dòng)形成的，那么每天的情況就應(yīng)是相同，事實(shí)上，每天白天的長(zhǎng)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(yáng)公轉(zhuǎn)形成的?！叭招恼f”也并不是絕對(duì)正確的，因?yàn)樘?yáng)只是太陽(yáng)系的一個(gè)中心天體，而太陽(yáng)系只是宇宙中眾多星系之一，所以太陽(yáng)并不是宇宙的中心，也不是靜止不動(dòng)的?！叭招恼f”只是比“地心說”更準(zhǔn)確一些罷了。開普勒(1571-1630)

德國(guó)天文學(xué)家二、開普勒三行星運(yùn)動(dòng)定律

第谷（1546-1601）丹麥天文學(xué)家第谷（丹麥）開普勒（德國(guó)）四年多的刻苦計(jì)算↓二十年的精心觀測(cè)↓否定19種假設(shè)↓↓行星軌道為橢圓若是勻速圓周運(yùn)動(dòng)？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(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓，太陽(yáng)處在橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。

思考：第一定律說明了行星運(yùn)動(dòng)軌跡的形狀,不同的行星繞太陽(yáng)運(yùn)行的橢圓軌道相同嗎?1.太陽(yáng)并不是位于橢圓中心，而是位于焦點(diǎn)處。2.不同行星軌道不同，但所有軌道的焦點(diǎn)重合。

對(duì)任意一個(gè)行星來說，它與太陽(yáng)的連線在相等的時(shí)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)軸(“x”106km)公轉(zhuǎn)周期(天)K值水星太陽(yáng)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(gè)只與中心天體質(zhì)量有關(guān)的物理量行星軌道半長(zhǎng)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(yáng)系八顆行星及冥王星的軌道【探究歸納】開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律的近似處理

1.行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道是圓，太陽(yáng)處在圓心上。2.對(duì)某一行星來說，它繞太陽(yáng)做圓周運(yùn)動(dòng)的角速度（或線速度）不變，即行星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。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(shí)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(jì)算時(shí)可以認(rèn)為行星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。3.開普勒定律是總結(jié)行星運(yùn)動(dòng)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(yàn)定律，都是從觀察行星運(yùn)動(dòng)所取得的資料中總結(jié)出來的?！緦?duì)點(diǎn)訓(xùn)練1】(2016·全國(guó)卷III)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(wàn)有引力定律B

【對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練2】某行星沿橢圓軌道運(yùn)行，遠(yuǎn)日點(diǎn)離太陽(yáng)的距離為a，近日點(diǎn)離太陽(yáng)的距離為b，過遠(yuǎn)日點(diǎn)時(shí)行星的速率為va，則過近日點(diǎn)時(shí)的速率vb為()

解題關(guān)鍵：1.行星運(yùn)動(dòng)滿足開普勒第二定律;2.行星和太陽(yáng)的連線在很短時(shí)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(jì)算。解析：選C.由開普勒第二定律可知，行星與太陽(yáng)的連線在相等的時(shí)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(duì)點(diǎn)訓(xùn)練3】太陽(yáng)系八大行星的公轉(zhuǎn)軌道可近似看作圓軌道．地球與太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，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(yáng)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(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓，太陽(yáng)處在橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。2.開普勒第二定律:對(duì)任意一個(gè)行星來說，它與太陽(yáng)的連線在相等的時(shí)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(zhǎng)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(wú)關(guān).短軸長(zhǎng)軸1．下列說法正確的是()A.地球是宇宙的中心，太陽(yáng)、月亮及其他行星都繞地球運(yùn)動(dòng)B.太陽(yáng)是宇宙的中心，所有天體都繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)C.太陽(yáng)是靜止不動(dòng)的，地球和其他行星都繞太陽(yáng)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D2.太陽(yáng)系的幾個(gè)行星中，與太陽(yáng)之間的平均距離越大的行星，它繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)一周所用的時(shí)間（）A.越長(zhǎng)B.越短C.相等D.無(wú)法判斷A3.如圖所示是某行星m繞恒星M運(yùn)行的示意圖，下列說法正確的是()A．速率最大點(diǎn)是B點(diǎn)B．速率最小點(diǎn)是C點(diǎn)C．m從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)做減速運(yùn)動(dòng)D．m從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)做加速運(yùn)動(dòng)C4.“神舟十一號(hào)”沿半徑為R的圓周軌道繞地球運(yùn)動(dòng)，其周期為T，如果飛船要返回地面，可在軌道上