7.1 行星的运动-【赢在微点】轻松课堂2023-2024学年新教材高中物理必修 第二册人教版（2019）

▶导语:本章内容实际是万有引力与圆周运动的综合应用,像第五章和第六章一样,也是应用动力学方法解决问题。本章内容包括开普勒定律、万有引力定律、天体或卫星的运动规律、相对论时空观等知识。对于天体或卫星的运动问题,主要应用的两个思路:一是万有引力与重力相等,即G=mg;二是万有引力提供向心力,即G=m=mω2r=mr。解题时学会观察已知条件的特点,选择合适的关系式求解。 要点精准概括 2个定律:开普勒定律(第一、第二、第三)、万有引力定律 3个宇宙速度:第一宇宙速度、第二宇宙速度、第三宇宙速度 4种常见的卫星的轨道:近地轨道、同步轨道、极地轨道、倾斜轨道 2组常用的表达式:G=mg、G=m=mω2r=mr 4个常见问题:天体质量和密度的计算、天体或卫星的运动规律、卫星的变轨、双星模型 2个效应:时间延缓效应、长度收缩效应 1个思想方法:放大思想 n个成就:中国航天事业的发展成就 3个关键能力:推理能力、建立物理模型的能力、分析综合能力 1.行星的运动 　 1.了解人类对行星运动规律的认识历程。 2.知道开普勒三定律的内容。 3.能用开普勒三定律分析一些简单的行星运动问题。 　　由于我们生活在地球上,一般我们选取地球(地面)为参考系来描述其他行星的运动,而地球每天自西向东自转一周,因此,我们看到的现象是太阳每天东升西落。如果我们乘坐宇宙飞船来到浩瀚的太空,以太阳为参考系,就会看到地球是围绕太阳运转的;而选取银河系为参考系,我们会看到太阳也在运动着。 关于行星绕太阳的运动,科学家们有哪些发现?行星的运动满足怎样的规律呢? 　 知|识|梳|理 一、两种学说 1.地心说。 地球是宇宙的中心,是静止不动的,太阳、月球及其他星体都绕地球运动,代表人物是托勒密。 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,代表人物是哥白尼。 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,即=k。 实际上,行星的轨道与圆十分接近,在中学阶段可按圆轨道处理,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)对某一行星来说,它绕太阳做圆周运动的角速度(或线速度大小)不变,即行星做匀速圆周运动。 (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。 预|习|自|检 1.判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”) (1)开普勒发现的关于行星运动的规律是通过观察太阳系的几大行星总结得出的。 (√) (2)行星的运动定律最早是由牛顿发现的。 (×) (3)所有行星绕太阳运转的周期都是相等的。 (×) (4)行星绕太阳做椭圆运动时,距离太阳越远时运动的速度越大。 (×) (5)若行星绕太阳做匀速圆周运动,则公式=k中的a是行星的轨道半径。 (√) 2.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 (　　) 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　太阳位于木星运行椭圆轨道的一个焦点上,A项错误;火星与木星轨道不同,在运行时速度不可能始终相等,B项错误;“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的,不同的行星,则不具有可比性,D项错误;根据开普勒第三定律,对同一中心天体的行星来说,行星公转轨道半长轴的三次方与其周期的平方的比值为一定值,C项正确。 答案　C 　 探究一 开普勒定律的理解 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。 【例1】　关于行星绕太阳运动的下列说法中正确的是 (　　) A.所有行星都在同一椭圆轨道上绕太阳运动 B.行星绕太阳运动时,太阳位于行星轨道的中心处 C.行星在椭圆轨道上绕太阳运动的过程中,其速度与行星和太阳之间的距离有关,距离小时速度小,距离大时速度大 D.离太阳越近的行星运动周期越短 解析