第七章 第1节 行星的运动（Word教参）-【优化指导】2023-2024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 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，知道开普勒行星运动定律及其科学价值。 2．知道行星绕太阳运动的原因，知道万有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作用，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P66] 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。 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都相等。其表达式为＝k，其中a是椭圆轨道的半长轴，T是公转周期，k是一个对所有行星都相同的常量。 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．(物理与天体)如图所示的是行星绕太阳转动的示意图，判断下列说法的正误。(对的画“√”，错的画“×”) (1)上图未显示各行星的运动轨迹，它们是规则的圆形。(　　×　　) (2)行星到太阳的距离越大，其绕太阳运动的周期越大。(　　√　　) (3)太阳系中所有行星都绕太阳做椭圆运动，且它们到太阳的距离都相同。(　　×　　) (4)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。(　　√　　) (5)太阳东升西落，这一现象说明太阳绕着地球运动。(　　×　　) 2．(教材拓展P45)行星与太阳的连线在相等时间内扫过相等的面积。 问题：扫过的面积如何表达？ 提示：微分圆弧，S＝vaΔt·。 [对应学生用书P67] 探究点一 地心说与日心说 1．地心说的代表人物是古希腊科学家托勒密。 2．日心说的代表人物是哥白尼。 (1)地球是绕太阳旋转的行星；月球是绕地球旋转的卫星，它绕地球做匀速圆周运动，同时还跟地球一起绕太阳旋转。 (2)太阳静止不动，地球每24小时自西向东自转一周，造成太阳东升西落的现象。 3．近代早期最重要的观测工作是由丹麦的第谷进行的。第谷大大提高了测量的精确程度，得出行星绕太阳做匀速圆周运动的模型。 【例1】 (多选)16世纪，哥白尼根据天文观测的大量资料，经过40多年的天文观测和潜心研究，提出了“日心说”的如下四个观点，这四个观点目前看存在缺陷的是(　　) A．宇宙的中心是太阳，所有行星都在绕太阳做匀速圆周运动 B．地球是绕太阳做匀速圆周运动的行星，月球是绕地球做匀速圆周运动的卫星，它绕地球运转的同时还跟地球一起绕太阳运动 C．天穹不转动，地球每24小时自西向东自转一周，造成太阳东升西落的现象 D．与日地距离相比，恒星离地球都十分遥远，比日地间的距离大得多 答案：ABC　 [练1] (多选)日心说被人们所接受的原因是(　　) A．以地球为中心来研究天体的运动有很多无法解决的问题 B．以太阳为中心，许多问题都可以解决，行星的运动的描述也变得简单了 C．地球是围绕太阳转的 D．太阳总是从东面升起，从西面落下 答案：AB　 探究点二 开普勒定律 1．对开普勒三定律的理解 (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；若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)：对于同一个中心天体k值均相同，但对不同中心天体k值不相同，k值的大小由中心天体决定。如研究行星绕太阳运动时，常数k只与太阳的质量有关，研究卫星绕地球运动时，常数k只与地球质量有关。 特别提醒：开普勒第二定律与第三定律的区别：前者揭示的是同一行