第1節(jié) 行星的運(yùn)動(dòng)

第七章萬有引力與宇宙航行第1節(jié)行星的運(yùn)動(dòng)核心素養(yǎng)導(dǎo)學(xué)物理觀念(1)了解人類對(duì)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)歷程，知道地心說和日心說。(2)知道開普勒定律的內(nèi)容，掌握行星運(yùn)行的軌道特點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律。科學(xué)思維理解并能應(yīng)用開普勒定律解答有關(guān)問題?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任(1)認(rèn)識(shí)到科學(xué)研究一般從最基本的觀念開始。

憑借對(duì)現(xiàn)象的觀測(cè)、模型的構(gòu)建以及模型與事實(shí)之間的偏差，不斷修正原有的觀念和模型，使其逐步接近真實(shí)，獲得物理規(guī)律。(2)知道科學(xué)包含大膽的想象和創(chuàng)新，尊重客觀事實(shí)，堅(jiān)持實(shí)事求是科學(xué)研究的基本態(tài)度和社會(huì)責(zé)任。續(xù)表一、地心說與日心說

內(nèi)容局限性地心說______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______運(yùn)動(dòng)代表人物：_______都把天體的運(yùn)動(dòng)看得很神圣，認(rèn)為天體的運(yùn)動(dòng)必然是最完美、最和諧的__________運(yùn)動(dòng)，但計(jì)算所得的數(shù)據(jù)與丹麥天文學(xué)家第谷的觀測(cè)數(shù)據(jù)不符日心說______是靜止不動(dòng)的，地球和其他行星都繞______運(yùn)動(dòng)代表人物：_________地球地球托勒密太陽太陽哥白尼勻速圓周二、開普勒定律定律內(nèi)容圖示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)______上。(又稱“橢圓定律”)開普勒第二定律對(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)掃過的______相等。(又稱“面積定律”)焦點(diǎn)面積續(xù)表周期1.如下圖甲、乙分別表示行星運(yùn)動(dòng)的不同學(xué)說。甲、乙各表示什么學(xué)說？提示：甲表示地心說，乙表示日心說?！痢獭獭列轮獙W(xué)習(xí)(一)|對(duì)開普勒定律的理解[任務(wù)驅(qū)動(dòng)]如圖為行星繞太陽轉(zhuǎn)動(dòng)的示意圖，觀察各行星的運(yùn)動(dòng)軌跡，它們是規(guī)則的圓形嗎？它們繞太陽一周的時(shí)間分別為：水星約88天、金星約225天、地球約365天、火星約687天、木星約11.9年、土星約29.5年、天王星約84.02年、海王星約164.8年，據(jù)此猜測(cè)行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的周期與它們到太陽的距離有什么樣的定性關(guān)系？提示：不是距離越大，周期越長[針對(duì)訓(xùn)練]1．地球沿橢圓軌道繞太陽運(yùn)行，月球沿橢圓軌道繞地球運(yùn)行。下列說法正確的是

(

)A．地球位于月球運(yùn)行軌道的中心B．地球在近日點(diǎn)的運(yùn)行速度大于其在遠(yuǎn)日點(diǎn)的運(yùn)行速度C．地球與月球公轉(zhuǎn)周期平方之比等于它們軌道半長軸立方之比D．相同時(shí)間內(nèi)，地球與太陽連線掃過的面積等于月球與地球連線掃過的面積解析：根據(jù)開普勒第一定律知，地球位于月球橢圓運(yùn)行軌道的一個(gè)焦點(diǎn)上，A錯(cuò)誤；根據(jù)開普勒第二定律，地球和太陽的連線在相等時(shí)間內(nèi)掃過的面積相等，所以地球在近日點(diǎn)的運(yùn)行速度大于其在遠(yuǎn)日點(diǎn)的運(yùn)行速度，B正確；根據(jù)開普勒第三定律知，所有行星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，但地球與月球不是繞同一個(gè)星球運(yùn)動(dòng)，不滿足這一結(jié)論，C錯(cuò)誤；根據(jù)開普勒第二定律知，對(duì)任意一個(gè)行星而言，太陽與行星的連線在相等時(shí)間內(nèi)掃過的面積相等，但地球與月球不是繞同一個(gè)星球運(yùn)動(dòng)，不滿足這一結(jié)論，D錯(cuò)誤。答案：B答案：AC新知學(xué)習(xí)(二)|開普勒定律的應(yīng)用[重點(diǎn)釋解]1．行星運(yùn)動(dòng)的近似處理2．開普勒第三定律的應(yīng)用(1)橢圓軌道——如彗星的運(yùn)動(dòng)知道了彗星的周期，就可以由開普勒第三定律計(jì)算彗星軌道的半長軸長度。反之，知道了彗星軌道的半長軸也可以求出彗星的周期。(2)近似圓軌道——如行星的運(yùn)動(dòng)知道了行星到太陽的距離，就可以由開普勒第三定律計(jì)算或比較行星繞太陽運(yùn)行的周期。反之，知道了行星的周期，也可以計(jì)算或比較其到太陽的距離。[典例體驗(yàn)][典例]飛船沿半徑為R的圓周繞地球運(yùn)動(dòng)，其周期為T。如果飛船要返回地面，可在軌道上某點(diǎn)A處，將速率降低到適當(dāng)數(shù)值，從而使飛船沿著以地心為焦點(diǎn)的橢圓軌道運(yùn)動(dòng)，橢圓和地球表面在B點(diǎn)相切，如圖所示。如果地球半徑為R0，求飛船由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)所需要的時(shí)間。[拓展]對(duì)應(yīng)[典例]中的情境，飛船在半徑為R的圓周軌道與橢圓軌道上運(yùn)行時(shí)的周期之比為多少？/方法技巧/應(yīng)用開普勒第三定律解題的步驟(1)首先判斷兩個(gè)行星的中心天體是否相同，只有對(duì)同一個(gè)中心天體開普勒第三定律才成立。(2)明確題中給出的周期關(guān)系或半徑關(guān)系。(3)根據(jù)開普勒第三定律列式求解。

[針對(duì)訓(xùn)練]1．為了探測(cè)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∶1 D．16∶1答案：C

2．長期以來“卡戎星”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。2006年，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)兩顆冥王星的小衛(wèi)星，其中一顆的公轉(zhuǎn)半徑r2＝48000km，則它的公轉(zhuǎn)周期T2最接近于

(

)A．15天 B．25天C．35天 D．45天答案：B

一、好素材分享——看其他教材如何落實(shí)核心素養(yǎng)

科學(xué)思維——開普勒第二定律的應(yīng)用1．(選自粵教版新教材“討論與交流”)某行星在近日點(diǎn)到太陽的距離為a，在遠(yuǎn)日點(diǎn)到太陽的距離為b，過近日點(diǎn)時(shí)行星的速率為va，過遠(yuǎn)日點(diǎn)時(shí)的速率vb約為多少？(提示：計(jì)算足夠短的時(shí)間內(nèi)行星與太陽連線掃過的面積)

科學(xué)態(tài)度與責(zé)任——中國古代天文學(xué)的成就2．(選自粵教版新教材“資料活頁”)中國是世界上天文學(xué)起步最早、發(fā)展最快的國家之一，在世界天文學(xué)發(fā)展史上占據(jù)重要地位。我國古代天文學(xué)的成就主要包括三個(gè)方面：天象觀測(cè)、儀器創(chuàng)制和歷法編訂。

在天象觀測(cè)方面，我國有世界上最早最完整的天象記載，無論是對(duì)太陽、月亮、行星、彗星等天體，還是對(duì)日食、月食、太陽黑子、日珥、流星雨等罕見天象，都有著歷史悠久而豐富的記載，且記錄精確、描述詳盡。這些記載至今仍有很高的科學(xué)價(jià)值。在儀器創(chuàng)制方面，我國古代創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)和制造了許多精巧的觀察和測(cè)量儀器。西周時(shí)期，天文學(xué)家用圭表度量日影長度，確定冬至、夏至等一年的二十四個(gè)節(jié)氣，以指導(dǎo)農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)。東漢的張衡(78—139)創(chuàng)制了利用流水作為動(dòng)力的水運(yùn)渾象(俗稱“渾天儀”)。元代的郭守敬(1231—1316)先后創(chuàng)制和改進(jìn)了十多種天文儀器，如簡儀、高表和仰儀等。在歷法編訂方面，我國古代歷法不僅包括節(jié)氣的推算、每月日數(shù)的分配、月和閏月的安排等，還包括日食、月食發(fā)生時(shí)刻的計(jì)算和預(yù)報(bào)、五大行星位置的推算和預(yù)報(bào)等。1281年實(shí)施的《授時(shí)歷》，采用365.2425日作為一個(gè)回歸年的長度。這個(gè)數(shù)值與現(xiàn)今世界上通用的公歷值相同，比西方早了300年。繼承我國古代天文學(xué)者的科學(xué)精神，再創(chuàng)我國天文學(xué)的新輝煌，是我們應(yīng)有的擔(dān)當(dāng)。二、新題目精選——品立意深處所蘊(yùn)含的核心價(jià)值1．(2022·江蘇鹽城期中)二十四節(jié)氣中的春分與秋分均為太陽直射

赤道，春分為太陽從南回歸線回到赤道，秋分則為太陽從北回

歸線回到赤道。2022年3月20日為春分，9月23日為秋分，2023

年3月21日為春分，可以推算從春分到秋分為187天，而從秋分到春分為179天。設(shè)以上兩個(gè)時(shí)間段內(nèi)地球公轉(zhuǎn)的軌跡長度相等，如圖所示，關(guān)于上述自然現(xiàn)象，下列說法正確的是(

)A．地球繞太陽公轉(zhuǎn)的速度大小不變B．從春分到秋分地球離太陽比從秋分到春分遠(yuǎn)C．夏天地球離太陽較近D．從春分到夏至地球公轉(zhuǎn)的速度變大解析：由題圖可知，地球到太陽的距離時(shí)刻改變。根據(jù)開普勒第二定律可知，地球的公轉(zhuǎn)速度大小時(shí)刻改變，A錯(cuò)誤；由題意可知從春分到秋分運(yùn)行時(shí)間比從秋分到春分運(yùn)行時(shí)間長，軌跡長度相等，則運(yùn)