第7章 第1节 行星的运动（课件PPT）-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年高中物理必修第二册（人教版2019）

万有引力与宇宙航行 第七章　 第1节　行星的运动 返回目录 物理　必修第二册 　 课前　教材预案 课堂　深度探究 课末　随堂演练 课时作业(十二) 课前　教材预案 知识点1　两种对立的学说 地球 地球 太阳 太阳 返回目录 物理　必修第二册 　 知识点2　开普勒定律 椭圆 椭圆的一个焦点 面积相等 半长轴的三次方 公转周期的二次方 都相同 返回目录 物理　必修第二册 　 知识点3　行星运动的近似处理 圆心 匀速圆周 轨道半径r 比值都相等 返回目录 物理　必修第二册 　 √ × × √ 返回目录 物理　必修第二册 　 > ＝ 返回目录 物理　必修第二册 　 课堂　深度探究 考点1　对开普勒定律的理解 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 考点2　开普勒定律的应用 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 课末　随堂演练 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 制 作 者：状元桥 适用对象：高中学生 制作软件：Powerpoint2010、 Photoshop cs3 运行环境：WindowsXP以上操作系统 [学习目标] 1.了解地心说与日心说的主要内容(物理观念).2.理解开普勒定律，知道开普勒第三定律中k值的大小只与中心天体有关(物理观念).3.知道行星运动在中学阶段的研究中的近似处理(物理观念)． 1．地心说 地心说认为________是宇宙的中心，是静止不动的，太阳、月球以及其他星体都绕________运动． 2．日心说 日心说认为________是静止不动的，地球和其他行星都绕________运动． 1．开普勒第一定律：所有行星绕太阳运动的轨道都是______，太阳处在__________________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____________. 3．开普勒第三定律：所有行星轨道的__________________跟 它的____________________的比都相等，其表达式为__________，其中a代表椭圆轨道的半长轴，T代表公转周期，比值k是一个对所有行星__________的常量． ＝k 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________. 2．行星绕太阳做____________运动． 3．所有行星______________的三次方跟它的公转周期T的二次方的______________，即eq \f(r3,T2)＝k. 1．判断下列说法的正误． (1)可近似认为地球围绕太阳做圆周运动．(　　) (2)开普勒定律仅适用于行星绕太阳的运动．(　　) (3)各行星围绕太阳运动的速率是不变的．(　　) (4)行星轨道的半长轴越长，行星的周期越长．(　　) 2．如图所示，椭圆为地球绕太阳运动的轨道，A、B两点分别为地球绕太阳运动的近日点(行星距离太阳最近的点)和远日点(行星距离太阳最远的点)，地球经过这两点时的速率分别为vA和vB；阴影部分为地球与太阳的连线在相等时间内扫过的面积，分别用SA和SB表示，则vA______vB、SA______SB．(均选填“＞” “＝”或“＜”) 【情境导学】 我们生活的地球自转的同时还绕太阳公转，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． 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． 1．开普勒第一定律解决了行星运动的轨道问题 行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，如图所示．不同行星绕太阳运动的椭圆轨道是不同的，但所有轨道都有一个共同的焦点——太阳．开普勒第一定律又叫轨道定律． 2．开普勒第二定律比较了某个行星在椭圆轨道上不同位置的速度大小问题 (1)如图所示，在相等的时间内，面积SA＝SB，这说明离太阳越近，行星在相等时间内经过的弧长越长，即行星的速率越大．离太阳越远，行星速率越小．开普勒第二定律又叫面积定律． (2)近日点、远日点分别是行星距离太阳最近、最远的点．同一行星在近日点时速度最大，在远日点时速度最小． 3．开普勒第三定律比较了不同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．比值k是一个与太阳有关而与行星无关的常量．开普勒第三定律也叫周期定律． (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，对于地球卫星，常量k只与地球有关，而与卫星无关，也就是说k值的大小由中心天体决定． 【例题1】 “天问一号”成功被火星捕获，成为火星的人造卫星．这也拉开了我国探索火星的序幕．结合开普勒行星运动定律，判断下列对火星的说法正确的是(　　) A．太阳位于火星运行轨道的中心 B．火星绕太阳运行速度的大小始终相等 C．火星和地球公转周期之比的二次方等于它们轨道半长轴之比的三次方 D．相同时间内，火星与太阳连线扫过的面积等于地球与太阳连线扫过的面积 答案　C 解析　太阳位于火星运行椭圆轨道的一个焦点上，选项A错误；由于火星沿椭圆轨道绕太阳运行，火星绕太阳运行的速度大小在变化，选项B错误；根据开普勒第三定律可知，火星与地球公转周期之比的二次方等于它们轨道半长轴之比的三次方，选项C正确；相等时间内，火星与太阳连线扫过的面积不等于地球与太阳连线扫过的面积，选项D错误． 思维导引：理解开普勒定律，运用相应的规律求解． 【变式1】 (多选)下列对于开普勒第三定律的公式＝k的说法正确的是(　　) A．公式只适用于轨道是椭圆的运动 B．式中的k值，对于所有行星都相等 C．式中的k值，只与中心天体有关，与绕中心天体旋转的行星无关 D．该公式也适用于围绕地球运行的所有卫星 答案　CD 解析　圆是椭圆的特例，故公式既适用于椭圆轨道的行星，也适用于圆轨道的行星，选项A错误；比值k是一个由中心天体决定而与行星无关的常量，但不是恒量，不同的中心天体k值不同，即只要是围绕同一中心天体运行的不同行星其k值都相同，包括以地球为中心天体的系统，选项B错误，C、D正确． 1．当比较一个行星在椭圆轨道不同位置的速度大小时，选用开普勒第二定律；当比较或计算两个行星的周期问题时，选用开普勒第三定律． 2．由于大多数行星绕太阳运动的轨道与圆十分接近，因此，在中学阶段的研究中我们可以按圆轨道处理，且把行星绕太阳的运动看作匀速圆周运动，写成eq \f(r3,T2)＝k. 【例题2】 某行星绕一恒星运行的椭圆轨道如图所示，E和F是椭圆的两个焦点，O是椭圆的中心，行星在B点的速度比在A点的速度大．则该恒星位于(　　) A．O点 B．B点 C．E点 D．F点 思维导引：根据开普勒第二定律分析相同时间内A、B两点附近的弧长，速度大的弧对应半径小，则速度大的弧更靠近中心天体，即可得出恒星的位置． 答案　C 解析　根据开普勒第一定律，恒星应该位于椭圆的焦点上，选项A、B错误；根据开普勒第二定律，对任意一个行星来说，它与中心天体的连线在相等时间内扫过的面积相等，则行星在离恒星较近的位置速率较大，在离恒星较远的位置速率较小，因为行星在B点的速度比在A点的速度大，则恒星位于E点处，选项C正确，D错误． 【变式2】 太阳系各行星几乎在同一平面内沿同一方向绕太阳做圆周运动，其中火星轨道半长轴为1.524天文单位(地球到太阳的平均距离为1个天文单位)．则火星公转一周约为(　　) A．0.8年 B．2年 C．3年 D．4年 答案　B 解析　由开普勒第三定律可得＝，得T火≈2年，选项A、C、D错误，B正确． 1．(开普勒定律的理解)自古以来，当人们仰望星空时，天空中壮丽璀璨的景象便吸引了人们的注意，人类用智慧的头脑不断地探索星体运动的奥秘．下列对星体运动认识的叙述中符合现代认识观点的是(　　) A．人们观测到太阳每天都要东升西落，这说明地球是静止不动的，是宇宙的中心 B．人们观测到行星绕太阳做圆周运动，这说明太阳是静止不动的，是宇宙的中心 C．人们认为天体的运动是神圣的，因此天体的运动是最完美、最和谐的匀速圆周运动 D．开普勒通过对第谷大量观测数据的深入研究，得出了行星绕太阳运动的轨道是椭圆的结论a 答案　D 解析　在太阳系中，包括地球在内的所有的行星都绕太阳运转，故太阳是太阳系的中心，而在整个宇宙中，太阳也在不断绕着其他天体运转，故太阳不是宇宙的中心，选项A、B错误；开普勒通过对第谷大量观测数据的深入研究，得出了行星绕太阳运动的轨道是椭圆的结论，选项C错误，D正确． 2．(开普勒定律的理解)关于开普勒定律，下列说法正确的是(　　) A．所有行星绕太阳的运动都是匀速圆周运动 B．所有行星均以同样的速度绕太阳运动 C．每一个行星在近日点时的速率均大于在远日点的速率 D．公式＝k中的k值对所有行星和卫星都相等 答案　C 解析　所有行星绕太阳的运动轨道都是椭圆，且运行速度不同，不是匀速圆周运动，选项A、B错误；根据开普勒第二定律可知，每一个行星在近日点时的速率均大于在远日点的速率，选项C正确；对绕同一中心天体运动的行星，公式＝k中的k值才相等，选项D错误． 3．(开普勒定律的应用)某行星沿椭圆轨道运行，远日点离太阳的距离为a，近日点离太阳的距离为b，过远日点时行星的速率为va，则过近日点时的速率为(　　) A．va B．va C．va D．va 答案　C 解析　在行星经过近日点与远日点时各取一段相等的极短时间Δt，由开普勒第二定律可知，行星与太阳连线在相等的时间内扫过的面积相等，则有bvbΔt＝avaΔt，解得vb＝va，选项C正确． 4．(开普勒定律的应用)(多选)如图所示，在某颗行星的轨道上有a、b、c、d四个对称点，若行星运动周期为T，则该行星(　　) A．从a到b的运动时间等于从c到d的运动时间 B．从d经a到b的运动时间等于从b经cd的运动时间 C．a到b的时间tab< D．c到d的时间tcd> 答案　CD 解析　根据开普勒第二定律知行星在近日点速度最大，远日点速度最小．行星由a到b运动的平均速率大于由c到d运动时的平均速率，而弧长ab等于弧长cd，选项A错误；同理可知选项B错误；在整个椭圆轨道上tab＝tad<，tcd＝tcb＞，选项C、D正确． $$