7.1 行星的运动-2024-2025学年高一物理备课高效互动课件（人教2019必修第二册）

第七章 万有引力与宇宙航行 第一节　行星的运动 思考： 不同行星都在各自的轨道上绕太阳运行，行星运行的轨道有怎样的特点？ 行星绕太阳运行的周期与距离太阳的远近是否存在某种关系？ 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。代表人物托勒密。 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。代表人物哥白尼。 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。 一、人类对行星运动规律的认识 例1 (多选)16世纪，哥白尼根据天文观测的大量资料，经过40多年的潜心研究，提出“日心说”的如下四个观点，这四个观点目前看来存在缺陷的是(　　　) A.宇宙的中心是太阳，所有行星都在绕太阳做匀速圆周运动。 B.地球是绕太阳做匀速圆周运动的行星，月球是绕地球做匀速圆周运动的卫星，它绕地球运动的同时还跟地球一起绕太阳运动。 C.天穹不动，地球每天自西向东自转一周，造成天体每天东升西落的现象。 D.与日地距离相比，恒星离地球都十分遥远，比日地间的距离大得多。 ABC 思考讨论： 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？ 二、开普勒行星运动定律 1、开普勒第一定律： 所有行星绕太阳的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上。 焦点 太阳 焦点 ● 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相等的面积。 远处速度慢 近处速度快 秋分到冬至再到春分的时间比从春分到夏至再到秋分的时间短，所以秋冬两季比春夏两季要短。 3、开普勒第三定律： 所有行星的椭圆轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等。 行星/卫星 半长轴（106km） 周期（天） K（m³/s²） 水星 57 87.97 金星 108 225 地球 149 365 火星 228 687 木星 778 4333 土星 1426 10759 天王星 2870 30660 海王星 4498 60148 月球 0.3844 27.3 同步卫星 0.0424 1 土卫六 3.5610 79.33 土卫七 1.4810 23.3 3.36×10^18 3.36×10^18 3.36×10^18 3.36×10^18 3.36×10^18 3.36×10^18 3.37×10^18 3.37×10^18 1.03×10^13 1.03×10^13 9.6×10^14 9.6×10^14 K值与环绕天体无关，只与中心天体（质量）有关 （1）开普勒定律不仅适用于行星，也适用于卫星，只不过此时比值 k 是由中心天体所决定的另一恒量。 （2）开普勒定律是总结行星运动的观察结果而总结归纳出来的规律，它们每一条都是经验定律。 (3)由开普勒第二定律可判定行星(或卫星)运行离中心天体越近，速度越大；行星(或卫星)运动离中心天体越远，速度越小。 (4)知道了行星到太阳的距离，就可以由开普勒第三定律计算或比较行星绕太阳运行的周期。反之，知道了行星的周期，也可以计算或比较其到太阳的距离。　　　　 例2 “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 C 三、开普勒定律的应用 B C 课堂练习1、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 D BD AC 课堂练习4、地球的公转轨道接近圆，但彗星的运动轨道则是一个非常扁的椭圆。天文学家哈雷曾经在1682年跟踪过一颗彗星，他算出这颗彗星轨道的半长轴约等于地球公转半径的18倍，并预言这颗彗星将每隔一定时间就会再次出现. (1)若这颗彗星在近日点的线速度大小为v1，在远日点的线速度大小为v2，试比较v1与v2的大小； (2)这颗彗星最近出现的时间是1986年，它下次飞近地球大约是哪一年？ 解析　(1)由开普勒第二定律知v1>v2。 即下次飞近地球大约为(1986＋76)年＝2062年。 课堂练习 表达式：＝k （a代表椭圆轨道的半长轴，T代表行星绕太阳公转的周期，k是与中心天体质量有关的的常量。） 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是匀速圆周运动，写成＝k。 例3 如图所示，行星绕太阳沿椭圆轨道运行，绕行方向为逆时针方向，A、B分别为近日点和远日点，C、D是轨道上到A、B距离相等的点，该行星运动的周期为T，沿逆时针方向运行，则该行星(　　) A.从A点到C点的运行时间tAC＝，从A到B做减速运动。 B.从A点到C点的运行时间tAC<，从A到B做减速运动。 C.从A点到C点的运行时间tAC＝，从B到A做减速运动。 D.从A点到C点的运行时间tAC<，从B到A做减速运动。 例4某人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径为月球绕地球运动半径的，设月球绕地球运动的周期为27天，则此卫星的运转周期为(　　) A.天 B.天 C.1天 D.9天 解析　由于r卫＝r月，T月＝27天，由开普勒第三定律可得＝，则T卫＝1天，故选项C正确。 课堂练习2、(多选)如图所示，某行星沿椭圆轨道运行，A为远日点，离太阳的距离为a，B为近日点，离太阳的距离为b，行星过远日点时的速率为va，过近日点时的速率为vb。已知图中的两个阴影部分的面积相等，则(　　) A.vb＝va B.vb＝va C.行星从A到A′的时间小于从B到B′的时间 D.太阳一定在该椭圆的一个焦点上 课堂练习3 、(多选)如图所示，B为绕地球沿椭圆轨道运动的卫星，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有关 D.≠，该比值的大小不仅与地球有关，还与太阳有关 (2)由开普勒第三定律＝k得＝ 解得T彗＝T地≈76年 $$