第7章 1.行星的运动(课件PPT)-【勤径学升】2024-2025学年高中物理必修第二册同步练测（人教版2019）

第七章　 万有引力与 宇宙航行 1.行星的运动 学习目标 核心素养 1.知道地心说和日心说的基本内容及发展过程。 2.知道开普勒行星运动定律及其建立过程。 3.能够运用开普勒行星运动定律公式解决有关行星运动的问题 1.物理观念：运动与相互作用的观念。 2.科学思维：把熟悉天体的运动抽象成匀速圆周运动模型。 3.关键能力：物理建模能力 1.行星的运动 [对应学生用书第46页] 一、两种对立的学说 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：地心说和日心说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。 地球 地球 太阳 太阳 匀速圆周 1.行星的运动 二、开普勒行星运动定律 　 内容 图示 开普勒第一定律 （椭圆定律） 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 椭圆 1.行星的运动 　 内容 图示 开普勒第二定律 （面积定律） 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 开普勒第三定律 （周期定律） 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 面积 三次方 二次方 1.行星的运动 三、行星运动的近似处理 定律 近似处理方法 开普勒第一定律 行星绕太阳运动的轨道十分接近圆，太阳处在 　圆心　⁠ 开普勒第二定律 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 开普勒第三定律 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，表达式为 　＝k　⁠ 圆心 不变 匀速圆周 轨道半径r 公转周期T ＝k 1.行星的运动 1.判断下列说法的正误（正确的画“√”，错误的画“×”）。 （1）宇宙的中心是太阳，所有行星都在绕太阳做匀速圆周运动。 （　×　） （2）造成天体每天东升西落的原因是天空不转动，只是地球每天自西向东自转一周。 （　×　） （3）与日地距离相比，其他恒星离地球都十分遥远。 （　√　） （4）围绕太阳运动的行星的速率是一成不变的。 （　×　） × × √ × 1.行星的运动 （7）在中学阶段可认为地球围绕太阳做圆周运动。 （　√　） √ （5）开普勒定律仅适用于行星绕太阳的运动。 （　×　） （6）行星轨道的半长轴越长，行星的周期越长。 （　√　） × √ 1.行星的运动 2.嫦娥三号先进入半长轴为a的绕月椭圆轨道，周期为T，后调整为半径为R的近月圆轨道，则嫦娥三号在近月轨道的周期为 　　　⁠。  解析　由开普勒第三定律得 ＝则T'＝ T。 答案　T 1.行星的运动 [对应学生用书第47页] 要点一　开普勒行星运动定律 （1）古人认为太阳、行星等天体做什么运动？开普勒认为行星做什么样的运动？他是怎样得出这一结论的？ （2）开普勒行星运动定律在哪几个方面描述了行星绕太阳运动的规律？ 1.行星的运动 提示　（1）古人认为天体做的是最完美、最和谐的匀速圆周运动。开普勒认为行星做椭圆运动。他发现假设行星做匀速圆周运动，计算所得的数据与观测数据不符，只有认为行星做椭圆运动，才能解释这种差别。 （2）从行星运动轨道、行星运动的线速度变化以及轨道与周期的关系三方面揭示了行星运动的规律。 1.行星的运动 定律 描述角度 理解 图示 开普勒第一定律 轨迹空间 （1）行星绕太阳运动的轨道严格来说不是圆而是椭圆，不同行星的轨道是不同的。 （2）太阳不在椭圆的中心，而是在其中的一个焦点上，太阳是所有行星轨道的一个共同焦点 1.行星的运动 定律 描述角度 理解 图示 开普勒第二定律 速度大小 （1）行星离太阳越近时速度越大，在近日点速度最大；行星靠近太阳时速度增大。 （2）行星离太阳越远时速度越小，在远日点速度最小；行星远离太阳时速度减小 1.行星的运动 （续表） 定律 描述角度 理解 图示 开普勒第三定律 周期长短 （1）公式：＝k，k是一个对所有行星都相同的物理量，即k是与行星无关的常量。 （2）椭圆轨道半长轴越长的行星，其公转周期越长 1.行星的运动 [例1]　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 1.行星的运动 [解析]　太阳位于木星运行椭圆轨道的一个焦点上，选项A错误；由于火星和木星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行，火星和木星绕太阳运行速度的大小变化，选项B错误；根据开普勒行星运动定律可知，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，选项C正确；相同时间内，火星与太阳连线扫过的面积不等于木星与太阳连线扫过的面积，选项D错误。 [答案]　C 1.行星的运动 1.（多选）在天文学上，春分、夏至、秋分、冬至将一年分为春、夏、秋、冬四季。如图所示，从地球绕太阳的运动规律入手，下列判断正确的是 （　　） A.在冬至日前后，地球绕太阳的运行速率较大 B.在夏至日前后，地球绕太阳的运行速率较大 C.春夏两季与秋冬两季时间相等 D.春夏两季比秋冬两季时间长 1.行星的运动 解析　冬至日前后，地球位于近日点附近，夏至日前后地球位于远日点附近，由开普勒第二定律可知近日点速率最大，选项A正确，B错误。春夏两季平均速率比秋冬两季平均速率小，又因所走路程基本相等，故春夏两季时间长。春夏两季一般在186天左右，而秋冬两季只有179天左右，选项C错误，D正确。 答案　AD 1.行星的运动 要点二　天体运行规律及分析方法 　　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可以按圆轨道处理，这样处理后，根据开普勒第二定律，行星做什么运动？ 提示　匀速圆周运动。 1.行星的运动 1.行星运动的近似处理 　　行星绕太阳运动的轨道十分接近圆，太阳处在圆心，行星绕太阳做匀速圆周运动。 1.行星的运动 2.开普勒第三定律的应用 （1）行星绕中心天体做椭圆运动时，其周期与轨道半长轴的关系满足：＝k。 （2）行星绕中心天体做圆周运动时，其周期与轨道半径的关系满足：＝k。 （3）绕同一中心天体运行的行星，有的轨迹为椭圆，有的轨迹为圆，则满足：＝＝k。 1.行星的运动 1.行星的运动 1.行星的运动 1.行星的运动 开普勒第三定律的应用 应用开普勒第三定律可分析行星的周期、半径，应用时可按以下步骤分析： 1.首先判断两个行星的中心天体是否相同，只有对同一个中心天体开普勒第三定律才成立。 2.明确题中给出的周期关系或半径关系。 3.根据开普勒第三定律列式求解。 1.行星的运动 2.著名科学家钱学森同志是我国发展“两弹一星”的元勋。1980年10月14日，中国科学院紫金山天文台发现了一颗绕太阳运行的小行星，2001年12月21日，经国际小行星中心和国际小行星命名委员会批准，将这颗小行星命名为“钱学森星”，以表彰这位“两弹一星”的功臣对我国科技事业做出的卓越贡献。若将地球和“钱学森星”绕太阳的运动都看作匀速圆周运动，它们的运行轨道如图所示。已知“钱学森星”绕太阳运行一周的时间约为3.4年，设地球绕太阳运行的轨道半径为r，则“钱学森星”绕太阳运行的轨道半径约为（　　） 1.行星的运动 A.r B.r C.r D.r 解析　根据开普勒第三定律，有＝，解得r钱＝ r＝ r，故C正确。 答案　C 1.行星的运动 [对应学生用书第49页] 1.（两种对立的学说）下列说法正确的是（　　） A.地球是宇宙的中心，太阳、月亮及其他行星都绕地球运动 B.太阳是宇宙的中心，所有天体都绕太阳运动 C.太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动 D.“地心说”和哥白尼提出的“日心说”现在看来都是不完全正确的 1.行星的运动 解析　“地心说”是错误的，所以A错误；太阳系在银河系中运动，银河系也在运动，所以B、C错误；从现在的观点看地心说和日心说都是不完全正确的，都是有其时代局限性的，D正确。 答案　D 1.行星的运动 2.（开普勒三定律的理解）太阳系有八大行星，八大行星离地球的远近不同，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（　　） 1.行星的运动 解析　太阳系有八大行星，八大行星离地球的远近不同，绕太阳运转的周期也不相同，根据开普勒第三定律，有＝k，所在行星轨道半长轴的三次方与公转周期的二次方成正比，故选项D正确。 答案　D 1.行星的运动 3.（开普勒三定律的应用）如图所示，B为绕地球沿椭圆轨道运行的卫星，椭圆的半长轴为a，运行周期为TB；C为绕地球沿圆周运动的卫星，圆周的半径为r，运行周期为TC。下列说法或关系式中正确的是 （　　） A.地球位于B卫星轨道的一个焦点上，位于C卫星轨道的圆心上 B.卫星B和卫星C运动的速度大小均不变 C.＝，该比值的大小与地球和卫星有关 D.≠，该比值的大小不仅与地球有关，还与太阳有关 1.行星的运动 解析　由开普勒第一定律可知，选项A正确；由开普勒第二定律可知，B卫星绕地球转动时速度大小在不断变化，选项B错误；由开普勒第三定律可知，＝＝k，比值的大小仅与地球有关，选项C、D错误。 答案　A 1.行星的运动 [例2]　如图所示为神舟十七号载人飞船的变轨过程示意图，P、Q为轨道Ⅱ和其长轴的交点，且Q点和轨道Ⅱ、轨道Ⅲ相交。已知轨道Ⅰ的半径近似等于地球半径R，在轨道Ⅲ上运行的空间站距地面高度为h、运行周期为T，则该飞船从P点到Q点需要的时间为(　　) A． eq \f(T,2) eq \r(\f(（h＋2R）3,2（h＋R）3)) B． eq \f(T,4) eq \r(\f(（h＋2R）3,2（h＋R）3)) C． eq \f(T,2) eq \r(\f(（h＋2R）3,（h＋R）3)) D． eq \f(T,4) eq \r(\f(（h＋2R）3,（h＋R）3)) [解析]　由题意结合几何关系可得，轨道Ⅱ的半长轴rⅡ＝ eq \f(h＋2R,2) ，轨道Ⅲ的半长轴rⅢ＝h＋R，根据开普勒第三定律有 eq \f(rⅡ3,rⅢ3) ＝ eq \f(TⅡ2,T2) ，解得TⅡ＝T eq \r(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(rⅡ,rⅢ)))\s\up12(3)) ＝ eq \f(1,2) T eq \r(\f(（h＋2R）3,2（h＋R）3)) ，根据题意知神舟十七号载人飞船从P点运动到Q点的过程中，所用时间为其绕轨道Ⅱ运行周期的一半，则t＝ eq \f(1,2) TⅡ＝ eq \f(T,4) eq \r(\f(（h＋2R）3,2（h＋R）3)) ，B正确。 [答案]　B $$