3.1天体运动 课件-2024-2025学年高一下学期物理教科版（2019）必修第二册

第三章 万有引力定律 中国古代宇宙理论产生于周代至晋代，形成的所谓 “论天六家”是指盖天、浑天、宣夜、昕天、穹天、安天。 浑天说始于战国时期，比较详细的描述见于三国时的 王蕃 ：“天地之体，状如鸟卵，天包于地外，犹卵之裹黄， 周旋无端，其形浑浑然，故曰浑天。其术以为天半覆地上， 半在地下，其南北极持其两端，其天与日月星宿斜而回转。” 这是宇宙理论中，从感性认识到理性认识的一次飞跃，是人类认识宇宙历史的一个重要里程碑。 浑天仪（图 3-1-2）是西汉时期落下闳制造的用于测量天体位置的仪器，是我国古代天文学领域的一项杰出成 就。在欧洲，一直到 16 世纪左右，才出现与我国的浑天仪同等水平的仪器。 地球上的人们总感觉其他天体在环绕地球运动。然而，运动是相对的，就像我们在行驶的车上看到路旁的电线杆在后退一样，是否有可能地球也在运动呢？如果其他天体和地球都在运动，它们的运动会有什么特点呢？ 讨论交流 公元 150 年前后，古希腊学者托勒密（Cloudius Ptolemy，约 90 —168）在他的著作《天文学大成》中构建了地心宇宙体系。他认为地球 位于宇宙的中心，是静止不动的，其他天体围绕地球转动。 地心说 波兰天文学家哥白尼（图 3-1-3）在 1543 年出版了不朽著作《天球运行论》，提出了日心说。他在长达36年的时间里进行了研究、观测和核校后，认为地球和别的行星一样，围绕太阳运行，只有太阳固定在这个体系的中心（图 3-1-4）。 日心说 哥白尼开辟了科学的新时代，使古代科学走向了以牛顿力学为代表的近代科学。 哥白尼日心说的提出，使人们对宇宙的认识从主观的、神秘的、原始的见解，上升到近代的、比较客观合理的观点。哥白尼的日心体系引起了一连串思想上和科学上的革命。 丹麦天文学家第谷（Tycho Brahe，1546—1601），坚 持对天体进行系统观测 20 余年，获得了大量精确资料。这些资料为开普勒发现行星运动定律做好了准备。 开普勒（图 3-1-5）是德国天文学家，第谷是他的 导师。在研究第谷的观测资料时，他运用行星绕太阳做匀速圆周运动的模型算出了火星运行轨道数据，发现与第谷的观测数据之间有一个不大的偏差，开普勒坚信他导师的观测数据是不会出错的，从而断然放弃了圆轨道，而用椭圆轨道进行计算，结果偏差消除了。 开普勒行星运动定律 开普勒第一定律 ：所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上。 椭圆定律 开普勒行星运动定律 a b c a2-b2=c2 面积定律 开普勒第二定律 ：从太阳到行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积。 a b c S = v r va ra= vbrb 开普勒行星运动定律 ra rb ****下表给出了太阳系八个行星平均轨道半径和公转周期的数值，请你设法利用这些数据验证开普勒第三定律。 r3/T2(m3/s2) 3.36 3.35 3.38 3.36 3.37 3.38 3.34 3.37 开普勒第三定律 ：行星轨道半长轴的三次方与公转周期的二次方的比是一个常量。用 r 代表椭圆轨道的半长轴，T 代表公转周期，得到： 比值定律 1. 关于地心说和日心说，下列说法中正确的是（） A. 地心说的参考系是太阳 B. 日心说的参考系是太阳 C. 地心说和日心说只是参考系不同，两者具有等同的价值 D. 日心说是由开普勒提出来的 2. 关于行星绕太阳的运动，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. 离太阳越近的行星公转周期越小 D. 离太阳越近的行星公转周期越大 3.关于开普勒行星运动定律，下列说法正确的是(　　) A.所有行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的中心 B.地球和太阳的连线与火星和太阳的连线在相等时间内扫过的面积相等 C.开普勒第三定律的表达式=k中的T代表行星的自转周期 D.开普勒行星运动定律既适用于行星绕太阳的运动，也适用于卫星绕行星的运动 4.月球运行轨道为如图所示的绕地球E运动的椭圆轨道，地球E位于椭圆的一个焦点上。轨道上标记了月球经过相等时间间隔(T为轨道周期)的位置。只考虑月球与地球间的相互作用，则下列说法正确的是(　　) A.面积S1>S2 B.月球在轨道A点的速度小于在B点的速度 C.T2=Ca3，其中C为常数，a为椭圆半长轴 D.T2=Cb2，其中C为常数，b为椭圆半短轴 5.天文单位是天文学中计量天体之间距离的一种单位，其数值取地球和太阳之间的平均距离。已知某彗星近日点距离太阳大约为5.2个天文单位，其周期为76年，只考虑太阳对其的引力，则其远日点距离太阳约为（4.2)( ） A.3个天文单位 B.30个天文单位 C.35个天文单位 D.42个天文单位 6.为了探测引力波，“天琴计划”预计发射地球卫星P，其轨道半径约为地球半径的16倍；另一地球卫星Q的轨道半径约为地球半径的4倍。P与Q的角速度之比约为(　　) A.1∶4 B.4∶1 C.1∶8 D.8∶1 7.如图，海王星绕太阳沿椭圆轨道运动，P为近日点，Q为远日点，M、N为轨道短轴的两个端点，运行的周期为T0。若只考虑海王星和太阳之间的相互作用，则海王星在从P经M、Q到N的运动过程中(　　) A.从P到M所用的时间等于 B.从P到Q所用的时间等于 C.从P到Q阶段，速率逐渐变大 D.从M到N阶段，速率先增大后减小 8.某行星绕太阳沿椭圆轨道运动，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，则过近日点时行星的速率为(　　) $$