人教版高中物理必修二 （行星的運(yùn)動(dòng)）萬有引力與宇宙航行教學(xué)課件

7.1行星的運(yùn)動(dòng)

1.了解人類對行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識歷程2.知道觀察是研究行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一種重要的方法3.知道如何畫橢圓及橢圓的特征4.知道開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律，知道開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律的科學(xué)價(jià)值學(xué)習(xí)目標(biāo)了解：古人對天體運(yùn)動(dòng)有哪些看法？

地心說和日心說

關(guān)注：日心說(1)日心說提出的背景：在當(dāng)時(shí)，哥倫布和麥哲倫的探險(xiǎn)航行已經(jīng)使不少人相信地球并不是一個(gè)平臺，而是一個(gè)球體。(2)哥白尼的推測：是不是地球每天在圍繞自己的軸線旋轉(zhuǎn)一周(3)內(nèi)容：他假設(shè)地球并不是宇宙的中心，太陽是靜止不動(dòng)的，地球和其他行星都是圍繞著太陽做勻速圓周運(yùn)動(dòng).日心說的局限性：日心說相對地心說能更完美地解釋天體的運(yùn)動(dòng)，但這兩種學(xué)說都不完善。因?yàn)樘?、地球等天體都是運(yùn)動(dòng)的，鑒于當(dāng)時(shí)對自然科學(xué)的認(rèn)識能力，日心說比地心說更先進(jìn)。天文學(xué)家對天體運(yùn)動(dòng)進(jìn)一步的研究1.丹麥天文學(xué)家第谷的探索:在哥白尼之后，第谷連續(xù)20年對行星的位置進(jìn)行了較仔細(xì)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10

，第谷把這個(gè)不確定性減小到2

。得出行星繞太陽做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的模型。2.德國物理學(xué)家開普勒的研究.總結(jié)了他的導(dǎo)師第谷的全部觀測資料，在他最初研究時(shí)，他得到的結(jié)果與第谷的觀察數(shù)據(jù)相不一致，開普勒想,誤差可能就是認(rèn)為行星繞太陽做勻速圓周運(yùn)動(dòng)造成的.后來他花了四年時(shí)間一遍一遍地進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算，通過計(jì)算這一懷疑使他發(fā)現(xiàn)了行星運(yùn)動(dòng)三大定律.定律：開普勒三定律1.開普勒第一定律（軌道定律）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。2.開普勒第二定律（面積定律）對于每一個(gè)行星而言，太陽和行星的聯(lián)線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過相等的面積。近

處

快遠(yuǎn)處慢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公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等。說明：①行星繞太陽的運(yùn)動(dòng)都符合上述表達(dá)式，如地球和木星都繞太陽轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)有：，比值k是一個(gè)與行星本身無關(guān)的物理量，只與中心天體有關(guān)。②對于同一個(gè)行星的不同衛(wèi)星，它們也符合此運(yùn)動(dòng)規(guī)律：?？碱}型題組一

對開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律的理解題1［2019·四川雙流中學(xué)高三模擬］［多選］根據(jù)開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律，以下說法中正確的是（）A.行星沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng)，在遠(yuǎn)日點(diǎn)的速度最大，近日點(diǎn)的速度最小B.行星沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng)，在遠(yuǎn)日點(diǎn)的速度最小，近日點(diǎn)的速度最大C.行星運(yùn)動(dòng)的速度大小是不變的D.行星的運(yùn)動(dòng)是變速曲線運(yùn)動(dòng)【解析】A、C錯(cuò)，B對：在行星運(yùn)動(dòng)時(shí)，行星和太陽的連線，在相等的時(shí)間內(nèi)，掃過相等的面積，故遠(yuǎn)日點(diǎn)速度小，近日點(diǎn)速度大。D對：行星運(yùn)行時(shí)速度的大小、方向都在改變，所以是變速曲線運(yùn)動(dòng)。【答案】BD【特別提醒】（1）開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律也適用于其他天體的運(yùn)動(dòng)，如月球（或人造衛(wèi)星）繞地球的運(yùn)動(dòng)，衛(wèi)星繞行星的運(yùn)動(dòng)。（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(shí)運(yùn)動(dòng)快慢的規(guī)律，后者揭示的是不同行星運(yùn)動(dòng)快慢的規(guī)律。題2［2019·東北師大附中高一檢測］太陽系有八大行星，八大行星離太陽的遠(yuǎn)近不同，繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)的周期也不相同。下列反映公轉(zhuǎn)周期與行星軌道半長軸的關(guān)系圖像中正確的是（）

A

BC

D

D題3［2019·河北成安一中高一檢測］對于開普勒行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律

=k，以下理解正確的是（）A.k是一個(gè)與行星質(zhì)量有關(guān)的量B.若地球繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)軌道的半長軸為a地，周期為T地；月球繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)軌道的半長軸為a月，周期為T月，則

=

C.T表示行星運(yùn)動(dòng)的自轉(zhuǎn)周期D.T表示行星運(yùn)動(dòng)的公轉(zhuǎn)周期【特別提醒】（1）天體運(yùn)動(dòng)的軌跡一般是橢圓，有些星體（行星、衛(wèi)星）的軌跡近似為圓，為方便分析，可當(dāng)作圓軌道處理。（2）在開普勒第三定律中，所有行星繞太陽轉(zhuǎn)動(dòng)的k值均相同；但對于不同的天體系統(tǒng)k值不相同。k值的大小由系統(tǒng)的中心天體決定。D題4某人造衛(wèi)星的近地點(diǎn)高度是h1=439km，遠(yuǎn)地點(diǎn)高度是h2=2384km，則近地點(diǎn)處衛(wèi)星的速率與遠(yuǎn)地點(diǎn)處衛(wèi)星速率的比值是多少（已知R地=6400km）？【解析】如圖所示，近地點(diǎn)在B點(diǎn)，遠(yuǎn)地點(diǎn)在P點(diǎn)，當(dāng)時(shí)間Δt很小時(shí)，可認(rèn)為衛(wèi)星在B點(diǎn)附近和在P點(diǎn)附近的速率不變。衛(wèi)星在近地點(diǎn)的速度用v1表示，在遠(yuǎn)地點(diǎn)的速度用v2表示，由開普勒第二定律得弧SABCF=弧SMPNF，即v1Δt（R地+h1）=v2Δt（R地+h2）所以，代入數(shù)據(jù)后得≈1.28

題組二開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用【開普勒第二定律的應(yīng)用技巧】開普勒第二定律表明同一行星在距太陽不同距離時(shí)運(yùn)動(dòng)快慢不同。（1）行星與太陽的連線在相等時(shí)間內(nèi)掃過相等的面積，而相等時(shí)間內(nèi)掃過的面積與連線的長度（行星到太陽的距離）及行星在垂直于連線方向的速度大小有關(guān)，行星到太陽的距離越大，行星的速度越小，反之越大。（2）行星在近日點(diǎn)和遠(yuǎn)日點(diǎn)到太陽的距離分別為a、b，取足夠短的時(shí)間Δt，行星與太陽的連線掃過的面積可近似用

lr表示，由開普勒第二定律有

vaΔt·a=

vbΔt·b，所以

=

，即速率與行星到太陽的距離成反比。題5［2018?全國Ⅲ卷］為了探測引力波，“天琴計(jì)劃”預(yù)計(jì)發(fā)射地球衛(wèi)星P，其軌道半徑約為地球半徑的16倍；另一地球衛(wèi)星Q的軌道半徑約為地球半徑的4倍。P與Q的周期之比約為（）A.2∶1 B.4∶1C.8∶1D.16∶1【解析】衛(wèi)星P、Q均圍繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由開普勒第三定律可得

=，解得==，選項(xiàng)C正確?！敬鸢浮?/p>

C

開普勒第三定律的應(yīng)用方法1.應(yīng)用開普勒第三定律求解涉及橢圓軌道、運(yùn)動(dòng)周期相關(guān)問題的步驟：（1）判斷兩個(gè)行星的中心天體是否相同，只有對同一個(gè)中心天體開普勒第三定律才能適用；（2）明確題中給出的周期或半徑關(guān)系；（3）根據(jù)開普勒第三定律列式求解。2.如果將橢圓軌道近似按圓軌道處理，那么開普勒第三定律中橢圓的半長軸即近似為圓的半徑。題6［2019·福建三明高一檢測］如圖

所示是行星m繞恒星M運(yùn)動(dòng)情況的示意圖，下列說法正確的是

（）

A.速度最大點(diǎn)是B點(diǎn)B.速度最小點(diǎn)是C點(diǎn)C.行星m從A到B做減速運(yùn)動(dòng)D.行星m從B到A做減速運(yùn)動(dòng)C題7

［浙江卷］長期以來“卡戎星（Charon）”被認(rèn)為是冥王星唯一的衛(wèi)星，它的公轉(zhuǎn)軌道半徑r1=19600km，公轉(zhuǎn)周期T1=6.39天。2005年，天文學(xué)家新發(fā)現(xiàn)兩顆冥王星的小衛(wèi)星，其中一顆的公轉(zhuǎn)軌道半徑r2=48000km，則它的公轉(zhuǎn)周期T2最接近（）A.15天 B.25天 C.35天 D.45天 B內(nèi)容小結(jié)本節(jié)學(xué)習(xí)的是開普勒行星運(yùn)動(dòng)的三定律，其中第一定律反映了行星運(yùn)動(dòng)的軌跡是橢圓，第二定律描述了對任意一個(gè)行星來說，它與太陽的連線在相等時(shí)間內(nèi)掃過相等的面積．行星在近日點(diǎn)的速率最小，在遠(yuǎn)日點(diǎn)的速率最大，第三定律揭示了軌道半長軸與公轉(zhuǎn)周期的定量關(guān)系．在近似計(jì)算中可以認(rèn)為行星都以太陽為圓心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)行星的運(yùn)動(dòng)物理教師

在浩瀚的宇宙中有無數(shù)大小不一、形態(tài)各異的天體，如月亮、地球、太陽、夜空中的星星。人們對行星運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識過程是漫長復(fù)雜的，歷史上有過不同的看法，科學(xué)家對此進(jìn)行了不懈的探索，通過本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，將使我們正確地認(rèn)識行星的運(yùn)動(dòng)。古人對天體運(yùn)動(dòng)存在哪些看法?

“地心說”和“日心說”．哥白尼提出的“日心說”能更完美地解釋天體的運(yùn)動(dòng)．“日心說”認(rèn)為太陽是靜止不動(dòng)的，地球和其他行星都繞太陽運(yùn)動(dòng)．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)的，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D開普勒行星運(yùn)動(dòng)三定律開普勒第一定律：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．焦點(diǎn)太陽焦點(diǎn)●開普勒第一定律告訴我們：行星繞太陽運(yùn)行的軌道嚴(yán)格來說不是圓而是橢圓；太陽不再橢圓的中心，而是在其中的一個(gè)焦點(diǎn)上；行星與太陽間的距離是不斷變化的。做一做用一條細(xì)繩和兩圖釘來畫橢圓．如圖所示，把白紙鎬在木板上，然后按上圖釘．把細(xì)繩的兩端系在圖釘上，用一枝鉛筆緊貼著細(xì)繩滑動(dòng)，使繩始終保持張緊狀態(tài)．鉛筆在紙上畫出的軌跡就是橢圓，圖釘在紙上留下的痕跡叫做橢圓的焦點(diǎn)．開普勒第二定律：對任意一個(gè)行星來說，它與太陽的連線在相等時(shí)間內(nèi)掃過相等的面積．行星沿著橢圓軌道運(yùn)行，太陽位于橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上行星在遠(yuǎn)日點(diǎn)的速率與在近日點(diǎn)的速率誰大？遠(yuǎn)日點(diǎn)速度慢近日點(diǎn)速度快開普勒第三定律：所有行星的橢圓軌道的半長軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的平方的比值都相等．表達(dá)式：a3T2=k半長軸行星繞太陽公轉(zhuǎn)的周期探究：找規(guī)律行星半長軸(x106km)公轉(zhuǎn)周期(地球日)K值水星5787.973.36×1018金星1082253.35×1018地球1493653.31×1018火星2286873.36×1018木星7784333土星142610759天王星286930686海王星449560188同步衛(wèi)星0.04241月球0.384427.322開普勘定律不僅適用于行星繞大陽運(yùn)動(dòng)，也適用于衛(wèi)星繞著地球轉(zhuǎn)K是一個(gè)與行星質(zhì)量無關(guān)的常量，但不是恒量在不同的星系中，K值不相同。K與中心天體有關(guān)。行星的橢圓軌道都跟圓近似，因此在中學(xué)階段研究中按圓處理：1、多數(shù)大行星繞太陽運(yùn)動(dòng)軌道半徑十分接近圓，太陽處在圓心上。2、對某一行星來說，它繞太陽做圓周運(yùn)動(dòng)的角速度（或線速度）不變。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．關(guān)于行星的運(yùn)動(dòng)，以下說法正確的是（）A、行星軌道的半長軸越長，自轉(zhuǎn)周期就越大B、行星軌道的半長軸越長，公轉(zhuǎn)周期就越大C、水星的半長軸最短，公轉(zhuǎn)周期最大D、冥王星離太陽“最遠(yuǎn)”，繞太陽運(yùn)動(dòng)的公轉(zhuǎn)周期最長BD行星繞恒星的運(yùn)動(dòng)軌道如果是圓形，那么運(yùn)行周期T的平方與軌道半徑r的三次方的比為常數(shù)，設(shè)T2/r3=k,則常數(shù)k的大小()A.只與恒星的質(zhì)量有關(guān)B.與恒星的質(zhì)量及行星的的質(zhì)量有關(guān)C.只與行星的質(zhì)量有關(guān)D.與恒星的質(zhì)量及行星的的速度有關(guān)A冥王星離太陽的距離是地球離太陽的距離的39.6倍，那么冥王星繞太陽的公轉(zhuǎn)周期是多少？（