3.1 天体运动-【导与练】2022-2023学年新教材高中物理必修第二册同步全程学习全书word（教科版2019）

第三章　万有引力定律 1　天体运动 [学习目标] 1.了解人类对行星运动规律的认识历程。 2.理解开普勒行星运动定律,能用开普勒行星运动定律分析一些简单的行星运动问题。 3.知道行星运动在中学阶段研究过程中的近似处理方法。 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,其他天体围绕地球转动。代表人物:托勒密。 2.日心说:太阳是宇宙的中心,是静止的,地球和其他行星都绕太阳运动。代表人物:哥白尼。 知识点二　开普勒行星运动定律 定律 内容 公式或图示 开普勒第一定律 (轨道定律) 所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆,太阳处在所有椭圆的一个焦点上 开普勒第二定律 (面积定律) 从太阳到行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积 开普勒第三定律 (周期定律) 行星轨道半长轴的三次方与公转周期的二次方的比是一个常量 公式:=k,k是一个与行星无关的常量 1.思考判断 (1)宇宙的中心是太阳,所有行星都在绕太阳做匀速圆周运动。(　×　) (2)开普勒定律仅适用于行星绕太阳的运动。(　×　) (3)所有行星绕太阳运转的周期都是相等的。(　×　) (4)在中学阶段可认为地球围绕太阳做圆周运动。(　√　) (5)行星的轨道半径和公转周期成正比。(　×　) (6)若行星轨道与圆十分接近,则公式 =k中的r可认为是行星的轨道半径。(　√　) 2.思维探究 (1)地心说和日心说是两种截然不同的观点,现在看来这两种观点哪一种是正确的? 答案:都不正确。 (2)行星绕太阳运动的轨道如图所示,行星绕太阳运动的轨道是圆吗? 答案:不是,是椭圆。 (3)行星绕太阳的运动如图所示,三个阴影部分为行星与太阳的连线在相等时间扫过的面积。 ①行星沿着椭圆轨道运行,太阳位于椭圆的什么位置上? ②三个阴影部分面积相等吗? 答案:①一个焦点上。②相等。 要点一　对开普勒行星运动定律的理解 (1)如图所示是“金星凌日”的示意图,观察图中地球、金星的位置,地球和金星哪一个的公转周期更长? 答案:由题图可知,地球到太阳的距离大于金星到太阳的距离,根据开普勒第三定律可得,地球的公转周期更长一些。 (2)根据开普勒第二定律,地球与太阳连线和金星与太阳连线在相等时间内扫过的面积相等,对吗? 答案:不对,开普勒第二定律是针对同一行星而言的。 1.开普勒第一定律解决了行星的轨道问题 行星绕太阳运动的轨道都是椭圆,如图甲所示。不同行星绕太阳运动的椭圆轨道是不同的,太阳处在椭圆的一个焦点上,如图乙所示,即所有轨道都有一个共同的焦点——太阳。因此开普勒第一定律又叫轨道定律。 2.开普勒第二定律解决了行星绕太阳运动的速度大小问题 (1)如图所示,如果时间间隔相等,由开普勒第二定律知,行星与太阳的连线扫过的面积SA=SB,因此开普勒第二定律又叫面积定律。可见离太阳越近,行星在相等时间内经过的弧长越长,即行星的速率越大。 (2)近日点、远日点分别是行星距离太阳的最近点、最远点。同一行星在近日点速度最大,在远日点速度最小。 3.开普勒第三定律解决了行星周期的长短问题 (1)如图所示,由=k知椭圆轨道半长轴越长的行星,其公转周期越长,因此第三定律也叫周期定律。常量k与行星无关,只与太阳有关。 (2)该定律不仅适用于行星绕太阳的运动,也适用于卫星绕地球的运动,其中常量k与卫星无关,只与地球有关,也就是说k值大小由中心天体决定。 [例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(　C　) 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平方等于它们轨道半长轴之比的立方 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 解析:太阳位于木星运行轨道的焦点位置,选项A错误;根据开普勒第二定律可知,对每一个行星而言,太阳与行星的连线在相同时间内扫过的面积相等,行星在此椭圆轨道上运动的速度大小不断变化,不能直接比较火星和木星的运行速度的大小,选项B、D错误;根据开普勒第三定律可知,木星与火星公转周期之比的平方等于它们轨道半长轴之比的立方,选项C正确。 开普勒行星运动定律的注意事项 (1)开普勒三定律是通过对行星运动的观察结果总结而得出的规律,它们都是经验定律。 (2)开普勒行星运动定律是对行星绕太阳运动的总结,实践表明该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。 (3)开普勒第二定律与第三定律的区别: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运动快慢的规律。 [针对训练1] 如图,O表示地球,P表示一个绕地球沿椭圆轨道做逆时针方向运动的人造卫星,AB为长轴,CD为短轴。在卫星绕地球运动一周的时