第三章 第1节 天体运动（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理必修第二册（教科版2019）

第1节　天体运动 课程内容要求 核心素养提炼 1．知道天体运动的地心说和日心说两种观点． 2．知道开普勒三个行星运动定律的内容． 3．学会应用开普勒定律分析天体运动问题． 1．物理观念：地心说、日心说、开普勒定律． 2．科学思维：应用开普勒定律分析行星的运动． 3．科学态度与责任：通过人类对天体运动的认识过程了解科学发展的意义． [对应学生用书P39] 1．中国古代宇宙理论：产生于周代至晋代，形成“论天六家”——盖天、浑天、宣夜、昕天、穹天、安天． 2．浑天说是我国古代宇宙理论的主流学说． 3．地心说：认为地球是宇宙的中心，是静止不动的，太阳、月球以及其他星球都绕地球运动．代表人物是古希腊学者托勒密． 4．日心说：认为太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动．代表人物是16世纪波兰天文学家哥白尼． [判断](对的画“√”，错的画“×”) (1)托勒密认为地球是宇宙的中心．(√) (2)哥白尼认为太阳是宇宙的中心．(√) 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 [思考] 根据开普勒行星运动定律，行星绕太阳运动的轨道是椭圆，如图所示．思考以下问题： (1)在行星运动过程中，行星和太阳之间的距离是否变化？ 提示　不断变化． (2)行星离太阳最近时和离太阳最远时的运动速度的大小是否相同？ 提示　不同，离太阳较近时速度较大． [对应学生用书P40] 探究点一　对开普勒定律的理解 　我们生活的地球自转的同时绕太阳公转，从而造成四季变换，如图所示为地球绕太阳运动的示意图及北半球春分、夏至、秋分、冬至时地球所在的位置． (1)太阳是否在轨道中心？夏至、冬至时地球到太阳的距离是否相等？ 提示　太阳不在轨道中心，而在轨道的焦点上．夏至、冬至时地球到太阳的距离不相等，夏至时地球离太阳远些． (2)一年之内秋、冬两季比春、夏两季为什么要少几天？ 提示　地球在冬天要经过近日点，夏天要经过远日点，由开普勒第二定律可知，地球在冬天比在夏天运动得快一些，从题图看出春分到秋分的春、夏两季地球与太阳连线所扫过的面积比秋分到次年春分的秋、冬两季地球与太阳连线所扫过的面积大，即一年之内秋、冬两季比春、夏两季要少几天． 对开普勒行星运动定律的理解 1．开普勒行星运动定律不仅适用于行星绕太阳运转，也适用于其他天体的运动，如卫星绕地球运转，在不同的情况下(不论是太阳在焦点上还是地球在焦点上)，比例式＝k中的k值是不同的．这里的k值仅与该系统的中心天体质量有关，而与周围绕行的天体无关．也就是说，在中心天体不同的系统里k值是不同的，在中心天体相同的系统里k值是相同的． 2．开普勒行星运动定律是从观测行星运动所取得的资料中总结出来的经验定律． 假设某飞船沿半径为R的圆周绕地球运行，其周期为T，地球半径为R0.该飞船要返回地面时，可在轨道上A点将速率降到适当数值，从而沿着以地心为焦点的椭圆轨道运动，椭圆与地球表面的B点相切，如图所示．求该飞船由A点运动到B点所需的时间． 解析　飞船沿半径为R的圆周绕地球运行时，可认为其半长轴r＝R 飞船沿椭圆轨道运行时，其周期记为T′，轨道半长轴 r′＝(R＋R0) 由开普勒第三定律得＝ 所以，飞船从A点运动到B点所需的时间 t＝T′＝(1＋)T. 答案　(1＋)T [题后总结]　 开普勒第三定律不仅适用于椭圆轨道的行星运动，也适用于圆轨道的行星运动． [训练1]　某行星绕太阳运动的轨道如图所示，则以下说法不正确的是(　　) A．太阳一定在椭圆的一个焦点上 B．该行星在a点的速度比在b、c两点的速度都大 C．该行星在c点的速度比在a、b两点的速度都大 D．行星与太阳的连线在相等时间内扫过的面积是相等的 C　[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，则A正确；对每一个行星而言，行星与太阳的连线在相同时间内扫过的面积相等，即行星在近日点速度大，在远日点速度小，则B、D正确，C错误．] 探究点二　应用开普勒定律研究天体运动 　如图所示是太阳系行星的运动轨迹． (1)根据图中所给地球和土星的位置，试判断地球和土星的公转周期哪个更大？ 提示　由题图可知，地球运动轨道的半长轴小于土星运动轨道的半长轴，根据开普勒第三定律可得，土星的公转周期更长一些． (2)地球的公转周期为1年，如果要计算土星的公转周期，那么还需要知道什么物理量？ 提示　还需要知道地球、土星各自轨道的半长轴． (3)如果将地球、土星的轨道看成圆形轨道