7.1行星的运动 课件-浙江省舟山中学2020-2021学年高一物理人教版（2019）必修第二册

§7.1 行星的运动 《万有引力与宇宙航行》 【新课导入】 不同行星都在各自的轨道上绕太阳运行，行星运行的轨道有怎样的特点？行星绕太阳运行的周期与距离太阳的远近是否存在某种关系？ 浩瀚的宇宙 地心说是长期盛行于古代欧洲的宇宙学说。它最初由古希腊学者欧多克斯在公元前三世纪提出，后来经托勒密（90-168）进一步发展而逐渐建立和完善起来。 由于地球的自转，我们在地球上看到天上的星星，感觉上都是绕地球运动，太阳与月亮也一样，这样人们就很容易得出，地球是宇宙的中心，太阳、月亮及所有的星星都是绕地球转动的。这就是地心说。 1、地心说(Geocentric Universe) 托 勒 密 地 心 说 地球是宇宙的中心,并且静止不动,一切行星围绕地球做圆周运动 随着天文观测不断进步，“地心说”暴露出许多问题。逐渐被波兰天文学家哥白尼(1473-1543)提出的“日心说”所取代。 波兰天文学家哥白尼经过近四十年的观测和计算，于1543年出版了“天体运行论”正式提出“日心说”。 2、日心说(heliocentric theory) 日 心 说 太阳是宇宙的中心,并且静止不动,一切行星都围绕太阳做圆周运动。 哥白尼 ■第谷的天文学观测 哥白尼的宇宙体系动摇了基督教宇宙体系的根基，但它并没有在天文测算的精确度上有多大的提高。近代早期最重要的观测工作是由丹麦的第谷（1546-1601）进行的。 仙后座的新星爆发 德国的物理学家开普勒继承和总结了他的导师 第谷的全部观测资料及观测数据，也是以行星 绕太阳做匀速圆周运动的模型来思考和计算的 ，因为不管是“地心说”还是“日心说”，都 把天体运动看得很神圣，认为天体运动必然是 最完美、最和谐的匀速圆周运动。但结果总是 与第谷的观测数据有8′的角度误差.当时公认 的第谷的观测误差不超过2′,开普勒想，天体 运动很可能不是匀速圆周运动.在这个大胆思 路下，开普勒又经过四年多的刻苦计算，先后 否定了19种设想，最后终于计算出行星是绕太 阳运动的，并且运动轨迹为椭圆，证明了哥白 尼的“日心说”是正确的.并总结为行星运动 三定律。 ■开普勒的天文学观测 开普勒（德国） 第 谷（丹麦） 二十年的精心观测 星体做匀速圆周运动 结论:认为行星轨道为椭圆 十年多的刻苦计算 否定19种假设 行星运动的规律 1.开普勒第一定律（轨道定律） 开普勒第一定律：所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上. （轨道定律） R F F F F 近似处理：行星绕太阳运动的轨道十分接近圆，太阳处在圆心。 对于每一个行星而言，太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积。 2.开普勒第二定律 （面积定律） (近日点速率最大，远日点速率最小) 开普勒 开普勒第三定律：所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等 3.开普勒第三定律（周期定律） 思考：比值k取决于什么因素？ 行星 半长轴(×106km) 公转周期(天) K值 水星 57.9 87.9 3.36×1018 金星 108.2 224.7 3.36×1018 地球 149.6 365.0 3.37×1018 火星 227.9 693.5 木星 778.0 4307.0 土星 1472.0 10767.5 天王星 2870.0 30660.0 海王星 4496.0 60152.0 同步卫星 0.0424 1.0 月球 0.3844 27.3 3.30×1018 3.40×1018 3.69×1018 3.37×1018 3.36×1018 1.02×1013 1.02×1013 比值k是与行星无关而只与中心天体有关的恒量． 开普勒定律不仅适用于行星绕太阳运动，同时它适用于所有的天体运动。 思考：地球绕太阳运动和月球绕地球运动的两个运动，k值相同吗？ 结论: k值与中心天体有关，而与环绕天体无关. 八大行星轨道数据表 由开普勒定律可知，行星的运行轨道为椭圆，并且其绕太阳运行的速率不断变化。由表中的数据可知，太阳系八大行星的运行轨道偏心率都小于 0.3，都可近似认为是圆形。为了便于研究问题，人们通常认为行星绕太阳做匀速圆周运动。 中学里的近似处理 实际上，行星的轨道与圆十分接近（图 7.1-3），在中学阶段的研究中我们可按圆轨道处理。 中学里的近似处理 1.行星绕太阳运动的轨道近似为圆，太阳处于圆心。 2.行星绕太阳做匀速圆周运动 3.所有