第三章 第一节 认识天体运动（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理必修第二册（粤教版2019）

第一节　认识天体运动 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：知道开普勒对行星运动的描述，形成行星运动观念． 2．科学思维：通过开普勒行星运动定律的建立过程，参透科学发现的方法论教育，建立科学的宇宙观． 3．科学态度与责任：通过观察、实验及探究、交流与讨论等学习活动，培养学生尊重客观事实、实事求是的科学态度． [对应学生用书P42] 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，而与丹麦天文学家第谷的观测数据不符． [判断] (1)地球是整个宇宙的中心，其他天体都绕地球运动．(×) (2)太阳是整个宇宙的中心，其他天体都绕太阳运动．(×) (3)太阳每天东升西落，这一现象说明太阳绕着地球运动．(×) 1．开普勒第一定律 (1)内容：所有行星绕太阳运行的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上． (2)图示： 2．开普勒第二定律 (1)内容：对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等时间内扫过相等的面积． (2)图示： 3．开普勒第三定律 (1)内容：所有行星的轨道半长轴的三次方与它公转周期的二次方之比都相等． (2)表达式：＝k(用r代表椭圆轨道的半长轴，T代表公转周期). (3)图示： [思考] “银烛秋光冷画屏，轻罗小扇扑流萤．天阶夜色凉如水，卧看牵牛织女星．”诗中，牵牛星和织女星的运动遵循一定的规律吗？ 提示　遵循一定规律． [对应学生用书P43] 探究点一　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． 1．从空间分布上认识：行星的轨道都是椭圆，不同行星轨道的半长轴不同，即各行星的椭圆轨道大小不同，但所有轨道都有一个共同的焦点，太阳在此焦点上．因此开普勒第一定律又叫焦点定律． 2．对速度大小的认识 (1)行星靠近太阳时速度增大，远离太阳时速度减小，近日点速度最大，远日点速度最小． (2)描述了行星在其轨道上运行时，线速度的大小不断变化并阐明了速度大小变化的数量关系． 3．对周期长短的认识：行星公转周期跟轨道半长轴之间有依赖关系，椭圆轨道半长轴越长的行星，其公转周期越长；反之，其公转周期越短． 如图所示，火星和地球都在围绕太阳旋转，其运行轨道是椭圆，根据开普勒行星运动定律可知(　　) A．火星绕太阳运动过程中，速率不变 B．火星绕太阳运行一周的时间比地球的长 C．地球靠近太阳的过程中，运行速率将减小 D．火星远离太阳的过程中，它与太阳的连线在相等时间内扫过的面积逐渐增大 B　[根据开普勒第二定律：对每一个行星而言，行星与太阳的连线在相等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，故A、D错误；由于火星的半长轴比较大，所以火星绕太阳运行一周的时间比地球的长，故B正确；行星由远日点向近日点运动时，其速率将增大，故C错误．] [题后总结]　 (1)“在相等的时间内，行星与太阳连线扫过的面积相等”是对于同一颗行星而言，对不同行星则不成立． (2)公式＝k中的比例常数k对绕同一中心天体运转的星体是相同的，对绕不同的中心天体运转的星体一般是不同的． [训练1]　如图是行星m绕恒星M运行的示意图，下列说法正确的是(　　) A．速率最大点是B点 B．速率最小点是C点 C．m从A点运动到B点做减速运动 D．m从A点运动到B点做加速运动 C　[由开普勒第二定律知，行星与恒星的连线在相等的时间内扫过的面积相等；A点为近点，速率最大，B点为远点，速率最小，A、B错误；m由A点到B点的过程中，离恒星M的距离越来越远，所以m的速率越来越小，C正确，D错误．] [训练2]　太阳系有八大行星，八大行星离太阳的远近不同，绕太阳运转的周期也不相同．下列反映公转周期与行星轨道半长轴的关系图像中正确的是(　　) D　[根据开普勒第三定律＝k可知，绕同一中心天