第七章 第1节 行星的运动(Word教参)-【状元桥·优质课堂】2021-2022学年新教材高中物理必修第二册（人教版）

第七章　万有引力与宇宙航行 第1节　行星的运动 1.了解人类对行星运动规律的认识历程，认识物理建模在科学研究中的作用. 2.理解开普勒定律，学会用开普勒定律分析行星的运动. 3.体会科学家们严谨的科学态度和追求真理、探索未知世界的科学精神. 物理观念 科学思维 科学态度与责任 知识点一　地心说与日心说 1．地心说：__地球__是宇宙的中心，是静止不动的，太阳、月亮以及其他行星都绕地球运动． 2．日心说：__太阳__是宇宙的中心，是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动． 3．局限性：古人都把天体的运动看得很神圣，认为天体的运动必然是最完美、最和谐的__匀速圆周__运动，但与丹麦天文学家第谷的观测数据不符． 知识点二　开普勒定律 1．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． 2．开普勒第二定律：对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间内扫过的__面积相等__. 3．开普勒第三定律：所有行星的轨道的__半长轴的三次方__跟它的公转__周期的二次方__的比都相等．其表达式为＝k，其中a是椭圆轨道的半长轴，T是行星绕太阳公转的周期，k是对所有行星都相同的常量． 1．判断下列说法的正误． (1)可近似认为地球围绕太阳做圆周运动．(　　) (2)开普勒定律仅适用于行星绕太阳的运动．(　　) (3)各行星围绕太阳运动的速率是不变的．(　　) (4)行星轨道的半长轴越长，行星的周期越长．(　　) 答案 (1)√　(2)×　(3)×　(4)√ 2．请利用你学习的知识分析哪个小孩说得更有道理？ 答案 第二个小孩说得更有道理；因为地球有绕地轴的自转和绕太阳的公转，地球每天自转一周，因此坐在家中的小孩相对家虽然没有动，但随地球旋转了一周，路程大约是8万里． 考点一　对开普勒三定律的理解 【例题1】 火星和木星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行，根据开普勒行星运动定律可知(　　) A．太阳位于木星运行轨道的中心 B．火星和木星绕太阳运行速度的大小始终相等 C．火星与木星公转周期之比的二次方等于它们轨道半长轴之比的三次方 D．相同时间内，火星与太阳连线扫过的面积等于木星与太阳连线扫过的面积 思维导引：理解开普勒三定律的物理意义，根据开普勒三定律对相应的结论做出正确的判断． 答案　C 解析　根据开普勒行星运动定律，火星和木星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行时，太阳位于椭圆的一个焦点上，选项A错误；行星绕太阳运行的轨道不同，周期不同，运行速度大小也不同，选项B错误；火星与木星运行的轨道半长轴的三次方与周期的二次方之比是一个常量，选项C正确；火星与太阳连线在相同时间内扫过的面积相等，木星与太阳连线在相同时间内扫过的面积相等，但这两个面积不相等，选项D错误． 1．开普勒三定律是对行星绕太阳运动的总结，实践表明开普勒三定律也适用于其他天体的运动，如月球绕地球的运动，卫星(或人造卫星)绕行星的运动． 2．开普勒第二定律与开普勒第三定律的区别：前者揭示的是同一行星在距太阳不同距离时的运动快慢的规律，后者揭示的是不同行星绕太阳运动快慢的规律． 【变式1】 (多选)下列对于开普勒第三定律的公式＝k的说法正确的是(　　) A．公式只适用于轨道是椭圆的运动 B．式中的k值，对于所有行星都相等 C．式中的k值，只与中心天体有关，与绕中心天体旋转的行星无关 D．该公式也适用于围绕地球运行的所有卫星 答案　CD 解析　圆是椭圆的特例，故公式既适用于椭圆轨道的行星，也适用于圆轨道的行星，选项A错误；比值k是一个由中心天体决定而与行星无关的常量，但不是恒量，不同的中心天体，k值不同，即只要是围绕同一中心天体运行的不同行星其k值都相同，包括以地球为中心天体的系统，选项B错误，C、D正确． 考点二　开普勒三定律的应用 【例题2】 某行星绕一恒星运行的椭圆轨道如图所示，E和F是椭圆的两个焦点，O是椭圆的中心，行星在B点的速度比在A点的速度大．则该恒星位于(　　) A．O点 B．B点 C．E点 D．F点 思维导引：根据开普勒第二定律分析相同时间内A、B两点附近的弧长，速度大的弧对应半径小，则速度大的弧更靠近中心天体，即可得出恒星的位置． 答案　C 解析　根据开普勒第一定律，恒星应该位于椭圆的焦点上，选项A、B错误；根据开普勒第二定律，对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等时间内扫过的面积相等，则行星在离恒星较近的位置速率较大，在离恒星较远的位置速率较小，因为行星在B点的速度比在A点的速度大，则恒星位于E点处，选项C正确，D错误． 涉及椭圆轨道运动周期的问题，在中学物理中，常用开普勒第三定律求解．但该定律只能用在绕同一中心天体运动的星体之间，如绕太阳转的两行星之间或绕地球转的两卫星之间均可用，但一颗行星和一颗卫星比较时不能用开普勒第三定律