第7章 第1节 行星的运动（Word教参）-【优化指导】2021-2022学年新教材高中物理必修第二册 (人教版2019)

第1节　行星的运动 核心素养 物理观念 科学思维 科学态度与责任 1．了解人类对行星运动规律的认识历程，知道开普勒定律及其科学价值。 2．知道行星绕太阳运动的原因，知道引力提供了行星绕太阳做匀速圆周运动的向心力 认识到科学研究一般从最基本的观念开始，凭借对现象的观测、模型的构建以及模型与事实之间的相互联系，不断修正原有的观念和模型，使其逐步接近真实，获得物理规律 认识到相信自然的简单和谐是科学家研究的动力之一，尊重客观事实、坚持实事求是科学研究的基本态度和社会责任 [对应学生用书P47] 知识点一 地心说与日心说❶ 1．地心说：地球是宇宙的中心，是静止不动的，太阳、月球以及其他星体都绕地球运动。 2．日心说：太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动。 3．局限性：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。 1．地球是整个宇宙的中心，其他天体都绕地球运动。(　　×　　) 2．宇宙的中心是太阳，所有行星都在绕太阳做匀速圆周运动。(　　×　　) 3．太阳每天东升西落，这一现象说明太阳绕着地球运动。(　　×　　) 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：所有行星轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值相等。开普勒第三定律表达式为＝k，其中a代表椭圆❷轨道的半长轴，T代表公转周期，比值k是一个对所有行星都相同的常量❸。 4．行星运动的近似处理 行星的轨道与圆十分接近，在中学阶段的研究中我们可按圆轨道处理。这样就可以说： (1)行星绕太阳运动的轨道十分接近圆，太阳处在圆心。 (2)行星绕太阳做匀速圆周运动。 (3)所有行星轨道半径r的三次方跟它的公转周期T的二次方的比值都相等，即＝k。 1．开普勒定律仅适用于行星绕太阳的运动。(　　×　　) 2．行星轨道的半长轴越长，行星的周期越长。(　　√　　) 3．同一行星沿椭圆轨道绕太阳运动，靠近太阳时速度增大，远离太阳时速度减小。(　　√　　) 4．在中学阶段可认为地球围绕太阳做圆周运动。(　　√　　) 批注❶： 批注❷：椭圆 椭圆上某点到两个焦点的距离之和与椭圆上另一点到两焦点的距离之和相等。 批注❸：太阳系行星的平均轨道半径和周期 行星 平均轨道半径(米) 周期(秒) 水星 5．79×1010 7．60×106 金星 1．08×1011 1．94×107 地球 1．49×1011 3．16×107 火星 2．28×1011 5．94×107 木星 7．78×1011 3．74×108 土星 1．43×1012 9．30×108 天王星 2．87×1012 2．66×109 海王星 4．50×1012 5．20×109 [对应学生用书P48] 探究点一　开普勒定律　(科学思维之提升) ►情境探究 1．(1)太阳每天东升西落，这一现象是否说明太阳绕着地球运动呢？为什么？ (2)行星m绕恒星M运动情况的示意图如图所示，则在A、B、C、D四个位置中，速度最大的是哪个位置？行星m从A运行到B过程中做加速运动还是减速运动？ 提示：(1)不能。太阳是太阳系的中心，地球等行星绕太阳运动。太阳东升西落，是因为地球的自转。 (2)A　减速 2．火星冲日的年份示意图如图所示，请思考： (1)观察图中地球、火星的位置，地球和火星谁的公转周期更长？ (2)已知地球的公转周期是一年，由此计算火星的公转周期还需要知道哪些数据？ (3)地球、火星的轨道可近似看成圆轨道，开普勒第三定律还适用吗？ 提示：(1)由题图可知，地球到太阳的距离小于火星到太阳的距离，根据开普勒第三定律可得，火星的公转周期更长一些。 (2)还需要知道地球、火星各自轨道的半长轴长度。 (3)对于圆轨道，开普勒第三定律仍然适用，只是＝k中的半长轴a换成圆轨道的半径r。 ►探究归纳 1．开普勒定律的理解 (1)开普勒第一定律(轨道定律)：若太阳在左焦点上，行星在轨道上运行，则B为近日点，A为远日点，OA的长度a为椭圆的半长轴，OD的长度b为椭圆的半短轴。 (2)开普勒第二定律(面积定律)：行星离太阳越近，行星在相等时间内经过的弧长越长，即行星的速率越大，故近日点速率最大，远日点速率最小；行星在近日点和远日点到太阳的距离分别为a、b，取足够短的时间Δt， 行星与太阳的连线扫过的面积可近似用lr表示，由开普勒第二定律有vaΔt·＝vbΔt·，所以＝，即速率与行星到太阳的距离成反比。 (3)开普勒第三定律(周期定律)：所有行星绕太阳转动的k值均相同，但对不同中心天体k值不