7.1 行星的运动 课件-2024-2025学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

第七章 万有引力与宇宙航行 日月星辰怎样运动？ 天体为什么能这样运动？ 生活印象：日月星辰是运动的，但是…… 地心说 日心说 牛顿： 万有引力！ 万有引力定律有什么用？ 测量星球质量、发现未知天体 人类能飞上太空？ 宇宙航行 开普勒三定律 7.1 行星的运动 地心说 轨道模型 一.早期科学家对天体运动的研究——从地心说到日心说（导学案P144） 日心说 轨道模型 表面区别：参考系不同 参考系的选取：原则上可任意选取。但实际上总是本着观测方便和使运动的描述尽可能简洁的原则选取。 我们总说历史上是“日心说”战胜了“地心说”，但“地心说”真的完全就是错误的吗？ 地心说 日心说 创立时间 公元2世纪 公元16世纪 代表人物 亚里士多德、 。 ＿＿＿＿ 、布鲁诺、第谷、开普勒 基本观点 认为＿＿＿是宇宙中心，＿＿＿是静止不动，太阳月亮和其他行星围绕＿＿＿＿做匀速圆周运动 认为＿＿＿是宇宙中心，＿＿＿静止不动，地球和其它行星都绕＿＿＿做匀速圆周运动 存在基础 符合经验和宗教观点 经过观测与推算，有科学依据 积极意义 可片面解释行星的逆行和亮度的变化 迈出了人类认识宇宙历程中最艰难而又最重要的一步，揭开了近代自然科学革命的序幕 局限性 托勒密 哥白尼 地球 地球 地球 太阳 太阳 太阳 地心说、日心说基本观点 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，但计算所得的数据和丹麦天文学家第谷的观测数据不符 第谷，丹麦天文学家和占星学家。 经过20年对750多颗星的观测，记录数千个数据，发现了许多新的天文现象。 在哥白尼提出日心说不久后，其提供了大量新的观测结果，为哥白尼的日心说提供了关键性的支持。 第谷是最后一位也是最伟大的一位用肉眼观测天象的天文学家 。 第谷——天才的观察家 二.开普勒行星运动定律 拓展： 第谷是一个脾气很坏的丹麦贵族，他讽刺嘲笑国王，折磨农民，炫耀一个银鼻子(他自己的鼻子在年轻时为数学的一场决斗中失去了)； 丹麦、波西米亚的国王先后重金聘请他作为宫廷天文学家和占星学家，并曾提供给他一个岛屿用于天文观测； 同时，第谷也是一个测量狂，是一个过分注意细节的精确的人，正是如此，他在科学上打开了观察的一个新时期。 开普勒，德国天文学家、数学家与占星家。 利用第谷提供的观测数据对行星轨道深入研究。发现了行星运动三大定律，这三大定律最终使他赢得了“天空立法者”的美名。 同时他对光学、数学也作出了重要的贡献，他是现代实验光学的奠基人。 开普勒——天才数学家 拓展： 1600年，穷困的开普勒离开罗马到布拉格加入第谷的工作中，第谷和开普勒知道他们互相需要：开普勒为完成他的理论宇宙学，需要第谷的天文观测数据；而第谷需要开普勒这样的数学天才，才能把他的数据组织成有用的形式，从而流芳百世； 第谷死前对开普勒说的最后的话是:“不要让我被人看起来像白活了一场。” 二.开普勒行星运动定律 二.开普勒行星运动定律 1.开普勒第一定律(轨道定律)：所有的行星围绕太阳运动的轨道都是＿＿，太阳处在椭圆的 ＿＿＿＿＿ 上。 椭圆 一个焦点 椭圆的第一定义：平面上到两定点距离之和为定值 的点的集合称为椭圆。 半短轴b 课本P45 【注意】①太阳并不是位于椭圆中心，而是位于焦点处； ②不同行星轨道不同，但所有轨道具有一个共同的焦点。 1.开普勒第一定律(轨道定律)：所有的行星围绕太阳运动的轨道都是＿＿，太阳处在椭圆的 ＿＿＿＿＿ 上。 椭圆 一个焦点 椭圆的性质：椭圆上任意一点到两个焦点的距离之和为定值（2a）。 半短轴b 2.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＿＿＿。 推论：行星在近日点的速率＿＿＿在远日点的速率。 相等 大于 二.开普勒行星运动定律 导学案P144：例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.太阳位于木星椭圆轨道的中心 B.火星和木星绕太阳运行速度的大小始终相等 C.太阳在火星与木星公转的椭圆轨道的同一个焦点上 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 导学案P145：变式1 我国古代人根据天地运行规律来确定四季循环的起点与终点，并划分为二十四节气.二十四节气，代表着地球在公转轨道上的二十四个不同的位置.如图所示，从天体物理学可知地球沿椭圆轨道绕太阳运动所处四个位置，分别对应我国的四个节气.以下说法正确的是(　) A.地球绕太阳做匀速率椭圆轨道运动 B.地球从冬至到春分的时间小于地球公转周期的四分之一 C.地球绕太阳运行方向(正对纸面)是顺时针 D.秋分时地球公转速度最大 3.开普勒第三定律(周期定律)：所有行星轨道的　　 　 的三次方跟它的　　　的二次方的比都　　　 .其表达式为　　　　 或 ，其中a是椭圆轨道的　　　　，T 是行星绕太阳 公转 的　　　，k 是一个对所有行星都　　　的常量。 半长轴 周期 相等 相同 二.开普勒行星运动定律 半长轴 周期 说明： ① k的值由中心天体的质量决定，圆形轨道或椭圆轨道都适用。中心天体不同k就不同。 ②行星轨道很接近圆轨道，中学阶段有时可以近似按圆轨道处理，太阳看成位于圆心， 。 围绕同一中心天体运动 定性规律：离中心天体越远，行星运动得越慢 例1 下列有关天体运动的说法正确的是 (　) A.绕太阳运行的行星，轨道半长轴越短，公转的周期就越长 B.在月球绕地球运动中，=k中的T表示月球自转的周期 C.地球与太阳的连线和火星与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相等 D.由开普勒第三定律 =k，月球围绕地球运动的 k 值与人造卫星绕地球运动的k值相同 例2 如图所示，月球的半径为 R，甲、乙两种探测器分别绕月球做匀速圆周运动与椭圆运动，两种运动轨道相切于椭圆轨道的近月点A，圆轨道距月球表面的高度为 ，椭圆轨道的远月点 B 与近月点 A 之间的距离为 6R，若甲的运动周期为 T，则乙的运动周期为(　) A.3T B.3T C.2T D.2T 总 结 地心说 日心说 vs 第谷的观测数据支持 开普勒三定律 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。 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。 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。 【课堂练习】 1. 人类一直不断地对宇宙追求探索着，关于宇宙天体学说中，正确的是( ) A.日心说代表人物是托勒密 B.地心说是正确的，日心说是错误的 C.日心说被人们所接受的原因是以太阳为中心，许多问题都可以解决，行星运动也变得简单了 D.太阳从东边升起，从西边落下，所以太阳绕地球运动 C 【课堂练习】 2.如图所示，火星和地球都在围绕着太阳旋转，其运行轨道是椭圆。根据开普勒行星运动定律可知( ) A.太阳位于地球运行轨道的中心 B.地球靠近太阳的过程中，运行速率减小 C.火星远离太阳的过程中，它与太阳的连线在相等时间内扫过的面积逐渐增大 D.火星绕太阳运行一周的时间比地球的长 D 【课堂练习】 3.(多选)下列对开普勒第三定律 的理解，正确的是( ) A. T表示行星的自转周期 B. k是一个仅与中心天体有关的常量 C. 该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 D. 若地球绕太阳运转的半长轴为a1，周期为T1，月球绕地球运转的 半长轴为a2，周期为T2，由开普勒第三定律可得 BC 【课堂练习】 4. 两行星运行周期之比为 1∶8，其运行轨道的半长轴之比为( ) A. 1∶2 B. ∶4 C. 1∶4 D. 1∶ 5.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的周期之比约为( ) A. 2∶1 B. 4∶1 C. 8∶1 D. 16∶1 C C 【课堂练习】 6.一人造卫星绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径为月球绕地球轨道半径的1/3，则此卫星运行的周期大约( ) A.在1～4天之间　 B.在4～8天之间 C.在8～16天之间 D.在16～20天之间 7.如图所示，某行星沿椭圆轨道运行，远日点到太阳的距离为a，近日点到太阳的距离为b，过远日点时行星的 速率为va，过近日点时行星的速率为( ) A. B. C. D. B C $$