2022-2023學(xué)年高一物理同步講義（人教 ）7.1行星的運(yùn)動（學(xué)生版）

第七章萬有引力與宇宙航行第1課行星的運(yùn)動目標(biāo)導(dǎo)航目標(biāo)導(dǎo)航課程標(biāo)準(zhǔn)核心素養(yǎng)1.了解地心說與日心說的主要內(nèi)容.2.理解開普勒定律，知道開普勒第三定律中k值的大小只與中心天體有關(guān).3.知道行星運(yùn)動在中學(xué)階段的研究中的近似處理．1、物理觀念：開普勒定律。2、科學(xué)思維：橢圓軌道與圓軌道類比分析。3、科學(xué)探究：開普勒對行星的運(yùn)動數(shù)據(jù)的分析。4、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：了解人類對行星動數(shù)據(jù)的分析。知識精講知識精講知識點(diǎn)01兩種對立的學(xué)說1．地心說地心說認(rèn)為是宇宙的中心，是靜止不動的，太陽、月球以及其他星體都繞運(yùn)動．2．日心說日心說認(rèn)為是靜止不動的，地球和其他行星都繞運(yùn)動．【即學(xué)即練1】（多選）下列說法中正確的是（

）A．地球是宇宙的中心，太陽、月球及其他行星都繞地球運(yùn)動B．太陽是靜止不動的，地球和其他行星都繞太陽運(yùn)動C．地球是繞太陽運(yùn)動的一顆行星D．日心說和地心說都不完善知識點(diǎn)02開普勒定律1．開普勒第一定律：所有行星繞太陽運(yùn)動的軌道都是，太陽處在．2．開普勒第二定律：對任意一個行星來說，它與太陽的連線在相等的時間內(nèi)掃過的．3．開普勒第三定律：所有行星軌道的跟它的的比都相等．其表達(dá)式為eq\f(a3,T2)＝k，其中a代表橢圓軌道的半長軸，T代表公轉(zhuǎn)周期，比值k是一個對所有行星的常量．【即學(xué)即練2】北京冬奧會開幕式24節(jié)氣倒計時驚艷全球，如圖是地球沿橢圓軌道繞太陽運(yùn)行所處不同位置對應(yīng)的節(jié)氣，下列說法正確的是（）A．夏至?xí)r地球與太陽的連線在單位時間內(nèi)掃過的面積最大B．從冬至到春分的運(yùn)行時間等于從春分到夏至的運(yùn)行時間C．太陽既在地球公轉(zhuǎn)軌道的焦點(diǎn)上，也在火星公轉(zhuǎn)軌道的焦點(diǎn)上D．若用a代表橢圓軌道的半長軸，T代表公轉(zhuǎn)周期，，則地球和火星對應(yīng)的k值不同知識點(diǎn)03行星運(yùn)動的近似處理行星的軌道與圓十分接近，在中學(xué)階段的研究中我們可按圓軌道處理．這樣就可以說：1．行星繞太陽運(yùn)動的軌道十分接近圓，太陽處在．2．行星繞太陽做運(yùn)動．3．所有行星的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期T的二次方的，即eq\f(r3,T2)＝k.【即學(xué)即練3】如圖所示，兩衛(wèi)星A、B繞地球做勻速圓周運(yùn)動，用R、T、、S分別表示衛(wèi)星的軌道半徑、周期、動能、與地心連線在單位時間內(nèi)掃過的面積。下列關(guān)系式正確的是（）A． B． C． D．能力拓展能力拓展考法01對開普勒定律的理解1．開普勒第一定律解決了行星運(yùn)動的軌道問題行星繞太陽運(yùn)動的軌道都是橢圓，如圖所示．不同行星繞太陽運(yùn)動的橢圓軌道是不同的，但所有軌道都有一個共同的焦點(diǎn)——太陽．開普勒第一定律又叫軌道定律．2．開普勒第二定律比較了某個行星在橢圓軌道上不同位置的速度大小問題(1)如圖所示，在相等的時間內(nèi)，面積SA＝SB，這說明離太陽越近，行星在相等時間內(nèi)經(jīng)過的弧長越長，即行星的速率越大．離太陽越遠(yuǎn)，行星速率越?。_普勒第二定律又叫面積定律．(2)近日點(diǎn)、遠(yuǎn)日點(diǎn)分別是行星距離太陽最近、最遠(yuǎn)的點(diǎn)．同一行星在近日點(diǎn)時速度最大，在遠(yuǎn)日點(diǎn)時速度最小．3．開普勒第三定律比較了不同行星周期的長短問題(1)如圖所示，由eq\f(a3,T2)＝k知橢圓軌道半長軸越長的行星，其公轉(zhuǎn)周期越長．比值k是一個與太陽有關(guān)而與行星無關(guān)的常量．開普勒第三定律也叫周期定律．(2)該定律不僅適用于行星繞太陽的運(yùn)動，也適用于衛(wèi)星繞地球的運(yùn)動，對于地球衛(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．【典例1】如圖所示，B為繞地球沿橢圓軌道運(yùn)行的衛(wèi)星，橢圓的半長軸為a，運(yùn)行周期為TB；C為繞地球沿圓周運(yùn)動的衛(wèi)星，圓周的半徑為r，運(yùn)行周期為TC。下列說法或關(guān)系式中正確的是（）A．地球位于B衛(wèi)星軌道的一個焦點(diǎn)上，位于C衛(wèi)星軌道的圓心上B．衛(wèi)星B和衛(wèi)星C運(yùn)動的速度大小均不變C．，該比值的大小與地球有關(guān)D．，該比值的大小不僅與地球有關(guān)，還與太陽有關(guān)考法02開普勒定律的應(yīng)用1．當(dāng)比較一個行星在橢圓軌道不同位置的速度大小時，選用開普勒第二定律；當(dāng)比較或計算兩個行星的周期問題時，選用開普勒第三定律．2．由于大多數(shù)行星繞太陽運(yùn)動的軌道與圓十分接近，因此，在中學(xué)階段的研究中我們可以按圓軌道處理，且把行星繞太陽的運(yùn)動看作勻速圓周運(yùn)動，寫成eq\f(r3,T2)＝k.【典例2】關(guān)于行星繞太陽的運(yùn)動，下列說法中正確的是（）A．所有行星都在同一橢圓軌道上繞太陽運(yùn)動B．行星繞太陽運(yùn)動時太陽位于行星軌道的中心處C．離太陽越近的行星公轉(zhuǎn)周期越小D．離太陽越近的行星公轉(zhuǎn)周期越大分層提分分層提分題組A基礎(chǔ)過關(guān)練1．了解物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過程，學(xué)會像科學(xué)家那樣觀察和思考，往往比掌握知識本身更重要。以下符合史實(shí)的是（）A．牛頓將斜面實(shí)驗的結(jié)論合理外推，間接證明了自由落體運(yùn)動是勻變速直線運(yùn)動B．伽利略開創(chuàng)了實(shí)驗研究和邏輯推理相結(jié)合探索自然規(guī)律的科學(xué)方法C．開普勒總結(jié)出了行星運(yùn)動的規(guī)律，找出了行星按照這些規(guī)律運(yùn)動的原因D．哥白尼發(fā)明了望遠(yuǎn)鏡，發(fā)現(xiàn)了圍繞木星轉(zhuǎn)動的星球，表明了“地球中心說”是錯誤的2.關(guān)于萬有引力定律應(yīng)用于天文學(xué)研究的歷史事實(shí)，下列說法正確的是（

）A．天王星、海王星都是運(yùn)用萬有引力定律經(jīng)過大量計算以后發(fā)現(xiàn)的B．18世紀(jì)時人們發(fā)現(xiàn)太陽系的第七顆行星的運(yùn)動軌道總是同根據(jù)萬有引力定律計算出來的結(jié)果有比較大的偏差，于是人們推測出在這顆行星的軌道外還有一顆行星C．太陽系的第八顆行星是牛頓運(yùn)用自己發(fā)現(xiàn)的萬有引力定律經(jīng)過大量計算而發(fā)現(xiàn)的D．以上說法都不正確3．下列關(guān)于開普勒行星運(yùn)動定律的說法中，正確的是（）A．所有行星繞太陽做勻速圓周運(yùn)動，太陽處于圓心位置B．在相同時間內(nèi)，行星A與太陽的連線掃過的面積等于行星B與太陽的連線掃過的面積C．所有行星軌道半徑與公轉(zhuǎn)周期的比值都相等D．任意一行星繞太陽公轉(zhuǎn)時，離太陽越近，線速度越大4.如圖是太陽系的部分行星圍繞太陽運(yùn)動的示意圖，關(guān)于地球、土星圍繞太陽運(yùn)動的說法正確的是（）A．它們圍繞太陽運(yùn)動的軌道都是橢圓，太陽位于橢圓軌道的中心B．它們與太陽的連線在相等時間內(nèi)掃過的面積都相等C．它們軌道半長軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期二次方的比值僅與太陽的質(zhì)量有關(guān)D．它們軌道半長軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期二次方的比值不僅與太陽的質(zhì)量有關(guān)，還與它們各自的質(zhì)量有關(guān)5．火星和木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)動定律可知（）A．太陽位于木星運(yùn)行軌道的中心B．火星和木星繞太陽運(yùn)行速度的大小始終相等C．太陽在火星與木星公轉(zhuǎn)的橢圓軌道的同一個焦點(diǎn)上D．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6.地球的公轉(zhuǎn)軌道接近圓，但彗星的運(yùn)動軌道則是一個非常扁的橢圓。天文學(xué)家哈雷曾經(jīng)在1682年跟蹤過一顆彗星，他算出這顆彗星軌道的半長軸約等于地球公轉(zhuǎn)半徑的18倍，并預(yù)言這顆彗星將每隔一定時間就會出現(xiàn)。哈雷的預(yù)言得到證實(shí)，該彗星被命名為哈雷彗星。哈雷彗星最近出現(xiàn)的時間是1986年，請你根據(jù)開普勒第三定律估算，它下次飛近地球?qū)⒃冢ǎ〢．2062年 B．2026年C．2050年 D．2066年題組B能力提升練7.如圖所示，地球衛(wèi)星P繞地球做勻速圓周運(yùn)動，地球相對衛(wèi)星的張角為θ=2α；另一衛(wèi)星Q（圖中未畫出）的張角為4α。則P與Q的周期之比為（）A． B．C． D．8.月球運(yùn)行軌道為如圖所示的繞地球E運(yùn)動的橢圓軌道，地球E位于橢圓的一個焦點(diǎn)上。軌道上標(biāo)記了月球經(jīng)過相等時間間隔（，T為軌道周期）的位置。只考慮月球與地球間的相互作用，則下列說法正確的是（）A．面積S1>S2B．月球在軌道A點(diǎn)的速度小于B點(diǎn)的速度C．T2＝Ca3，其中C為常數(shù)，a為橢圓半長軸D．T2＝Cb3，其中C′為常數(shù)，b為橢圓半短軸9．2021年2月11日，中國首次火星探測任務(wù)“天問一號”探測器順利進(jìn)入環(huán)火星軌道，成為我國第一顆人造火星衛(wèi)星，如圖所示。若探測器在該圓周軌道環(huán)繞火星飛行一周的時間為t1，經(jīng)地面工作人員操控實(shí)施變軌后，探測器緊貼火星表面環(huán)繞火星飛行一周的時間為t2，則探測器變軌前后軌道半徑之比為（）A． B．C． D．10.（多選）如圖，海王星繞太陽沿橢圓軌道運(yùn)動，P為近日點(diǎn)，Q為遠(yuǎn)日點(diǎn)，M、N為軌道短軸的兩個端點(diǎn)，運(yùn)行的周期為T0。若只考慮海王星和太陽之間的相互作用，則海王星在從P經(jīng)過M、Q到N的運(yùn)動過程中（）A．從P到M所用的時間小于B．從Q到N階段，速率逐漸減小C．從P到Q階段，速率逐漸變小D．從M到N階段，速率先變小后變大題組C培優(yōu)拔尖練11．2018年2月6日，美國太空公司的SpaceX發(fā)射的首枚“獵鷹”重型火箭將一輛櫻紅色特斯拉跑車發(fā)射到太空。特斯拉跑車正在遠(yuǎn)離地球，處于一個環(huán)繞太陽的橢圓形軌道上（如圖所示）。已知遠(yuǎn)日點(diǎn)距離太陽大約為3.9億公里，地球和太陽之間的平均距離約為1.5億公里，試計算特斯拉跑車環(huán)繞太陽運(yùn)動的周期。（可能用到的數(shù)據(jù)：，