2017-2018學(xué)年高中創(chuàng)新設(shè)計(jì)物理教科版必修2學(xué)案：第3章第1節(jié)天體的運(yùn)動(dòng)

1、第 1 節(jié)天體的運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)目標(biāo)核心提煉1.了解人類對(duì)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)歷程。2.知道開(kāi)普勒三定律的內(nèi)容。2個(gè)學(xué)說(shuō) 地心說(shuō)、日心說(shuō)3.能用開(kāi)普勒三定律分析一些簡(jiǎn)單的行星運(yùn)3個(gè)定律 開(kāi)普勒第一、二、三定律動(dòng)問(wèn)題。一、日心說(shuō)閱讀教材第42 43 頁(yè) “日心說(shuō) ”部分，知道地心說(shuō)、日心說(shuō)，認(rèn)識(shí)地心說(shuō)、日心說(shuō)的不足之處。1地心說(shuō)：公元 150 年前后，古希臘學(xué)者托勒密構(gòu)建了地心宇宙體系。他認(rèn)為地球位于宇宙的中心， 是靜止不動(dòng)的， 太陽(yáng)、月亮以及其他行星都繞地球運(yùn)動(dòng)。2日心說(shuō)：波蘭天文學(xué)家哥白尼提出日心說(shuō)，認(rèn)為太陽(yáng)是靜止不動(dòng)的，地球和其他行星都繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)。3局限性：都把天體的運(yùn)動(dòng)看得很神圣，認(rèn)為天體的運(yùn)動(dòng)必

2、然是最完美、最和諧的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，而與丹麥天文學(xué)家第谷的觀測(cè)數(shù)據(jù)不符。思考判斷1 太陽(yáng)是整個(gè)宇宙的中心，其他天體都繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)。()2 太陽(yáng)每天東升西落，這一現(xiàn)象說(shuō)明太陽(yáng)繞著地球運(yùn)動(dòng)。( )二、開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律閱讀教材第43 頁(yè)內(nèi)容，知道開(kāi)普勒行星定律的內(nèi)容。定律內(nèi)容、公式圖示開(kāi)普勒所有行星圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓，太第一定律陽(yáng)處在橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上開(kāi)普勒從太陽(yáng)到行星的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過(guò)第二定律相等的面積行星軌道半長(zhǎng)軸的三次方與公轉(zhuǎn)周期的二開(kāi)普勒次方的比值是一個(gè)常量第三定律3公式： r 2 k， k 是一個(gè)與行星無(wú)關(guān)的常量T第 1頁(yè)思維拓展如圖 1 所示為地球繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的示意圖及春分、夏至

3、、秋分、冬至?xí)r地球所在的位置。圖 1(1)太陽(yáng)是否在軌道平面的中心？夏至、冬至?xí)r地球到太陽(yáng)的距離是否相同？(2)一年之內(nèi)秋、冬兩季比春、夏兩季為什么要少幾天？答案(1)不是不相同(2)秋、冬兩季比春、夏兩季地球運(yùn)動(dòng)的快。預(yù)習(xí)完成后，請(qǐng)把你疑惑的問(wèn)題記錄在下面的表格中問(wèn)題 1問(wèn)題 2問(wèn)題 3對(duì)開(kāi)普勒定律的認(rèn)識(shí)要點(diǎn)歸納 1 從空間分布上認(rèn)識(shí)：行星的軌道都是橢圓，不同行星軌道的半長(zhǎng)軸不同，即各行星的橢圓軌道大小不同， 但所有軌道都有一個(gè)共同的焦點(diǎn)， 太陽(yáng)在此焦點(diǎn)上。 因此開(kāi)普勒第一定律又叫焦點(diǎn)定律。2 對(duì)速度大小的認(rèn)識(shí)(1)如圖 2 所示，如果時(shí)間間隔相等，即 t2 t1 t4 t3，由開(kāi)普勒第二定

4、律，面積 SA SB，可見(jiàn)離太陽(yáng)越近，行星在相等時(shí)間內(nèi)經(jīng)過(guò)的弧長(zhǎng)越長(zhǎng)，即行星的速率越大。因此開(kāi)普勒第二定律又叫面積定律。圖 2(2) 近日點(diǎn)、遠(yuǎn)日點(diǎn)分別是行星距離太陽(yáng)的最近點(diǎn)、最遠(yuǎn)點(diǎn)，所以同一行星在近日點(diǎn)速度最大，在遠(yuǎn)日點(diǎn)速度最小。3 對(duì)周期長(zhǎng)短的認(rèn)識(shí)(1) 行星公轉(zhuǎn)周期跟軌道半長(zhǎng)軸之間有依賴關(guān)系，橢圓軌道半長(zhǎng)軸越長(zhǎng)的行星，其公轉(zhuǎn)周期越長(zhǎng)；反之，其公轉(zhuǎn)周期越短。(2)該定律不僅適用于行星，也適用于其他天體。例如，繞某一行星運(yùn)動(dòng)的不同衛(wèi)星。精典示例 例 1 關(guān)于行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的下列說(shuō)法中正確的是()A 所有行星都在同一橢圓軌道上繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)第 2頁(yè)B行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，太陽(yáng)位于行星軌道的中心處C行星

5、在橢圓軌道上繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，其速度與行星和太陽(yáng)之間的距離有關(guān)，距離小時(shí)速度小，距離大時(shí)速度大D離太陽(yáng)越近的行星運(yùn)動(dòng)周期越短解析不同行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)時(shí)的橢圓軌道不同，但有一個(gè)共同的焦點(diǎn)，即太陽(yáng)位置， A 、B 均錯(cuò)誤；由開(kāi)普勒第二定律知行星離太陽(yáng)距離小時(shí)速度大，距離大時(shí)速度小，C 錯(cuò)誤；運(yùn)a3動(dòng)的周期 T 與半長(zhǎng)軸a 滿足 T2k， D 正確答案D針對(duì)訓(xùn)練1 (2019 濟(jì)南高一檢測(cè))(多選 )16 世紀(jì)，哥白尼根據(jù)天文觀測(cè)的大量資料，經(jīng)過(guò) 40 多年的天文觀測(cè)和潛心研究，提出“日心體系”宇宙圖景，即“日心說(shuō)”的如下基本論點(diǎn)，這四個(gè)基本論點(diǎn)目前看存在缺陷的是()A 宇宙的中心是太陽(yáng)，所有的行星

6、都在繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)B地球是繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的行星，月球是繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星，它繞地球運(yùn)動(dòng)的同時(shí)還跟地球一起繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)C天穹不轉(zhuǎn)動(dòng)，因?yàn)榈厍蛎刻熳晕飨驏|轉(zhuǎn)一周，造成天體每天東升西落的現(xiàn)象D與日地距離相比，恒星離地球都十分遙遠(yuǎn)，比日地間的距離大得多解析所有行星圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓，太陽(yáng)處在所有橢圓軌道的一個(gè)焦點(diǎn)上；3a行星在橢圓軌道上運(yùn)動(dòng)的周期T 和軌道半長(zhǎng)軸a 滿足 T2恒量，故所有行星實(shí)際并不是在做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，整個(gè)宇宙是在不停運(yùn)動(dòng)的，A 、 B 、C 符合題意；與日地距離相比，其他恒星離地球都十分遙遠(yuǎn)，故D 不符合題意。答案ABC開(kāi)普勒第三定律的應(yīng)用要點(diǎn)歸納 1 適用

7、范圍 ：天體的運(yùn)動(dòng)可近似看成勻速圓周運(yùn)動(dòng)，開(kāi)普勒第三定律既適用于做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的天體，也適用于做橢圓運(yùn)動(dòng)的天體。2 用途(1) 知道了行星到太陽(yáng)的距離，就可以由開(kāi)普勒第三定律計(jì)算或比較行星繞太陽(yáng)運(yùn)行的周期。反之，知道了行星的周期， 也可以計(jì)算或比較其到太陽(yáng)的距離。第 3頁(yè)(2) 知道了彗星的周期，就可以由開(kāi)普勒第三定律計(jì)算彗星軌道的半長(zhǎng)軸長(zhǎng)度，反之，知道了彗星的半長(zhǎng)軸也可以求出彗星的周期。r33 k 值：表達(dá)式 T2 k 中的常數(shù)k，只與中心天體的質(zhì)量有關(guān)，如研究行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，常數(shù) k 只與太陽(yáng)的質(zhì)量有關(guān)，研究衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)時(shí)，常數(shù)k 只與地球的質(zhì)量有關(guān)。精典示例 例 2某宇宙飛船進(jìn)入一個(gè)

8、圍繞太陽(yáng)運(yùn)行的近似圓形軌道，如果軌道半徑是地球軌道半徑的 9 倍，那么宇宙飛船繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的周期是多少年？r3r3r3船地解析由開(kāi)普勒第三定律T 船 T2 k 得2 2 ，所以宇宙飛船繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的周期TT船地3r船3 T 地 27 年。r地答案27 年應(yīng)用開(kāi)普勒第三定律的步驟(1)判斷兩個(gè)行星的中心天體是否相同，只有對(duì)同一個(gè)中心天體開(kāi)普勒第三定律才成立。(2)明確題中給出的周期關(guān)系或半徑關(guān)系。(3)根據(jù)開(kāi)普勒第三定律r 13r 23 k 列式求解。22T1T2針對(duì)訓(xùn)練 2(2019 金昌高一檢測(cè) )行星的運(yùn)動(dòng)可看作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道半徑 R 的三次方與周期T 的平方的比值為常量

9、，即R32 k，下列說(shuō)法正確的是 ()TA 公式R3T2k 只適用于圍繞太陽(yáng)運(yùn)行的行星B圍繞同一星球運(yùn)行的行星或衛(wèi)星，k 值不相等Ck 值與被環(huán)繞星球的質(zhì)量和行星或衛(wèi)星的質(zhì)量都有關(guān)系D k 值僅由被環(huán)繞星球的質(zhì)量決定R3故 A 錯(cuò)誤； 圍繞同一星球運(yùn)解析 公式2 k 適用于所有環(huán)繞體圍繞中心天體的運(yùn)動(dòng)，T行的行星或衛(wèi)星，k 值相等；圍繞不同星球運(yùn)行的行星或衛(wèi)星，k 值不相等，故 B 錯(cuò)誤；常數(shù) k 是由中心天體質(zhì)量決定的，即僅由被環(huán)繞星球的質(zhì)量決定，故C 錯(cuò)誤， D 正確。答案 D1 (兩種對(duì)立的學(xué)說(shuō) )下列說(shuō)法正確的是 ()第 4頁(yè)A 地球是宇宙的中心，太陽(yáng)、月亮及其他行星都繞地球運(yùn)動(dòng)B太陽(yáng)

10、是宇宙的中心，所有天體都繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)C太陽(yáng)是靜止不動(dòng)的，地球和其他行星都繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)D“地心說(shuō)”和哥白尼提出的“日心說(shuō)”現(xiàn)在看來(lái)都是不完全正確的解析“ 地心說(shuō) ” 是錯(cuò)誤的，所以A 錯(cuò)誤；太陽(yáng)系在銀河系中運(yùn)動(dòng)，銀河系也在運(yùn)動(dòng)，所以 B 、C 錯(cuò)誤；從現(xiàn)在的觀點(diǎn)看地心說(shuō)和日心說(shuō)都是不完全正確的，都是有其時(shí)代局限性的， D 正確。答案D2 ( 對(duì)開(kāi)普勒第三定律的理解)(2019 鹽城高一檢測(cè))理論和實(shí)踐證明，開(kāi)普勒定律不僅適用于太陽(yáng)系中的天體運(yùn)動(dòng)，而且對(duì)一切天體(包括衛(wèi)星繞行星的運(yùn)動(dòng))都適用。下面對(duì)于開(kāi)R3普勒第三定律的公式T2 k，下列說(shuō)法正確的是()A 公式只適用于軌道是橢圓的運(yùn)動(dòng)B公式中的k 值

11、，對(duì)于所有行星( 或衛(wèi)星 )都相等C公式中的k 值，只與中心天體有關(guān)，與繞中心天體旋轉(zhuǎn)的行星或衛(wèi)星無(wú)關(guān)D若已知月球與地球之間的距離，根據(jù)公式可求出地球與太陽(yáng)之間的距離答案C3(開(kāi)普勒三定律的應(yīng)用)如圖 3 所示， B 為繞地球沿橢圓軌道運(yùn)行的衛(wèi)星，橢圓的半長(zhǎng)軸為 a，運(yùn)行周期為T(mén)B ；C 為繞地球沿圓周運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星，圓周的半徑為r，運(yùn)行周期為 TC。下列說(shuō)法或關(guān)系式中正確的是()圖 3A 地球位于 B 衛(wèi)星軌道的一個(gè)焦點(diǎn)上，位于C 衛(wèi)星軌道的圓心上B衛(wèi)星 B 和衛(wèi)星 C 運(yùn)動(dòng)的速度大小均不變33a2 r 2 ，該比值的大小與地球和衛(wèi)星有關(guān)CTBTCa3r3D 2 2 ，該比值的大小不僅與地球有關(guān)

12、，還與太陽(yáng)有關(guān)TBTC解析由開(kāi)普勒第一定律可知，選項(xiàng)A 正確；由開(kāi)普勒第二定律可知，B 衛(wèi)星繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)速度大小在不斷變化，選項(xiàng)B 錯(cuò)誤；由開(kāi)普勒第三定律可知，a3r 3 k，比值的大2 2TBTC小僅與地球有關(guān)，選項(xiàng)C、 D 錯(cuò)誤。答案A第 5頁(yè)4 (開(kāi)普勒第三定律的應(yīng)用)已知兩顆行星的質(zhì)量m1 2m2，公轉(zhuǎn)周期T1 2T2，則它們繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)軌道的半長(zhǎng)軸之比為()A a1 1B a12a22a21Ca1 3 4D a1 1a2a23 4a332a1a1T13解析由 T2 k 知， a23 T22，則 a24，與行星質(zhì)量無(wú)關(guān)。答案C5(開(kāi)普勒第三定律的應(yīng)用)兩個(gè)質(zhì)量分別是m1、m2 的人造地球

13、衛(wèi)星，分別繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，若它們的軌道半徑分別是R1 和 R2，則它們的運(yùn)行周期之比是多少？解析所有人造衛(wèi)星在繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，都遵守開(kāi)普勒第三定律。因此， 對(duì)這兩個(gè)衛(wèi)星有33TR1R131213RR R22。T21 T22，所以它們的運(yùn)行周期之比 T2R2R1 3答案R2 2基礎(chǔ)過(guò)關(guān)1探索宇宙的奧秘，一直是人類孜孜不倦的追求。下列關(guān)于宇宙及星體運(yùn)動(dòng)的說(shuō)法正確的是 ()A 地球是宇宙的中心，太陽(yáng)、月亮及其他行星都繞地球運(yùn)動(dòng)B太陽(yáng)是靜止不動(dòng)的，地球和其他行星都繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)C地球是繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的一顆行星D地心說(shuō)是正確的，日心說(shuō)是錯(cuò)誤的解析由開(kāi)普勒三定律可知，所有行星繞太陽(yáng)做橢圓運(yùn)動(dòng)，太陽(yáng)不是宇宙的中

14、心，太陽(yáng)圍繞銀河系中心旋轉(zhuǎn)而銀河系不過(guò)是宇宙中千億個(gè)星系中微不足道的一個(gè)，故A、 B、D 錯(cuò)誤， C 正確。答案C2太陽(yáng)系有八大行星，八大行星離太陽(yáng)的遠(yuǎn)近不同，繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)的周期也不相同。下列反映周期與軌道半徑關(guān)系的圖像中正確的是()3解析由開(kāi)普勒第三定律知RT2 k，所以 R3 kT2， D 正確。答案D第 6頁(yè)3 (多選 )關(guān)于太陽(yáng)系中各行星的運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)法正確的是()A 太陽(yáng)系中的各行星有一個(gè)共同的軌道焦點(diǎn)B行星的運(yùn)動(dòng)方向總是與它和太陽(yáng)的連線垂直C行星在近日點(diǎn)的速率大于遠(yuǎn)日點(diǎn)的速率D離太陽(yáng)“最遠(yuǎn)”的行星，繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的公轉(zhuǎn)周期最長(zhǎng)解析開(kāi)普勒第一定律的內(nèi)容為：所有行星分別沿不同大小的橢圓軌道繞

15、太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)，太陽(yáng)處于橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上，故A 正確；行星的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)檐壽E上某一點(diǎn)切線方向，不一定與它和太陽(yáng)的連線垂直，故B 錯(cuò)誤；開(kāi)普勒第二定律的內(nèi)容為：對(duì)每一個(gè)行星而言，太陽(yáng)與行星的連線在相同時(shí)間內(nèi)掃過(guò)的面積相等，可知行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)有近日點(diǎn)和遠(yuǎn)日點(diǎn)之分，近日點(diǎn)運(yùn)動(dòng)快，遠(yuǎn)日點(diǎn)運(yùn)動(dòng)慢，故C 正確；根據(jù)開(kāi)普勒第三定律，所有行星的橢圓軌道的半長(zhǎng)軸的三次方與公轉(zhuǎn)周期的二次方成正比，故離太陽(yáng)越遠(yuǎn)的行星繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的周期越長(zhǎng)，故 D 正確。故選A 、C、 D。答案ACD4 (2019 州高一檢測(cè)德 )2019 年北京時(shí)間7 月 4 日下午 1 時(shí) 52 分，美國(guó)探測(cè)器成功撞擊“坦普爾一號(hào)”彗星，投入彗星的懷抱，

16、實(shí)現(xiàn)了人類歷史上第一次對(duì)彗星的“大對(duì)撞”。如圖 1 所示，假設(shè)“坦普爾一號(hào)”彗星繞太陽(yáng)運(yùn)行的軌道是一個(gè)橢圓，其運(yùn)動(dòng)周期為5.74年，則關(guān)于“坦普爾一號(hào)”彗星的下列說(shuō)法正確的是()圖 1A 繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的角速度不變B近日點(diǎn)處線速度小于遠(yuǎn)日點(diǎn)處線速度C近日點(diǎn)處加速度小于遠(yuǎn)日點(diǎn)處加速度D其橢圓軌道半長(zhǎng)軸的立方與周期的平方之比是一個(gè)與太陽(yáng)質(zhì)量有關(guān)的常數(shù)答案D5如圖 2 所示是行星m 繞恒星 M 運(yùn)行的示意圖， 下列說(shuō)法正確的是()圖 2A 速率最大點(diǎn)是B 點(diǎn)B速率最小點(diǎn)是C 點(diǎn)Cm 從 A 點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B 點(diǎn)做減速運(yùn)動(dòng)D m 從 A 點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B 點(diǎn)做加速運(yùn)動(dòng)第 7頁(yè)解析由開(kāi)普勒第二定律可知A 點(diǎn)速率最大，

17、B 點(diǎn)速率最小，故從A 到 B 做減速運(yùn)動(dòng)，所以選項(xiàng)A 、 B、 D 錯(cuò)誤， C 正確。答案C6某行星繞太陽(yáng)運(yùn)行的橢圓軌道如圖3 所示， F1 和 F2 是橢圓軌道的兩個(gè)焦點(diǎn)，行星在A 點(diǎn)的速率比在 B 點(diǎn)的大，則太陽(yáng)是位于 ()圖 3A F2B ACF 1D B解析根據(jù)開(kāi)普勒第二定律：太陽(yáng)和行星的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過(guò)相等的面積，因?yàn)樾行窃?A 點(diǎn)的速率比在 B 點(diǎn)的速率大，所以太陽(yáng)在離A 點(diǎn)近的焦點(diǎn)上，故太陽(yáng)位于F 2。答案A能力提升7地球繞太陽(yáng)的運(yùn)行軌道是橢圓，因而地球與太陽(yáng)之間的距離隨季節(jié)變化。冬至這天地球離太陽(yáng)最近， 夏至最遠(yuǎn)。 下列關(guān)于地球在這兩天繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)速度大小的說(shuō)法中，正確的

18、是()A 地球公轉(zhuǎn)速度是不變的B冬至這天地球公轉(zhuǎn)速度大C夏至這天地球公轉(zhuǎn)速度大D無(wú)法確定解析冬至這天地球與太陽(yáng)的連線短，夏至這天長(zhǎng)， 根據(jù)開(kāi)普勒第二定律， 要在相等的時(shí)間內(nèi)掃過(guò)的面積相等， 則在相等的時(shí)間內(nèi)冬至?xí)r地球運(yùn)動(dòng)的路徑就要比夏至?xí)r長(zhǎng)，所以冬至?xí)r地球運(yùn)動(dòng)的速度比夏至?xí)r的速度大，答案選B。答案B8(2019 忻州高一檢測(cè) )行星 A、B 的質(zhì)量分別為m1 和 m2，繞太陽(yáng)運(yùn)行的軌道半長(zhǎng)軸分別為 r1 和 r 2，則 A、 B 的公轉(zhuǎn)周期之比為 ()A r 1r13r 2B r23Cr 13D無(wú)法確定3r 2r333233r1r2T1r1 T1r 1解析由開(kāi)普勒第三定律 T2 k 得， T12 T22 ，所以 T22 r23， T2r 23， C 正確。答案C第 8頁(yè)9如圖 4 所示，某行星沿橢圓軌道運(yùn)行，遠(yuǎn)日點(diǎn)離太陽(yáng)的距離為a，近日點(diǎn)離太陽(yáng)的距離為 b，過(guò)遠(yuǎn)日點(diǎn)時(shí)行星的速率為va，則過(guò)近日點(diǎn)時(shí)行星的速率為()圖 4baA vb avaB vbbvaabCvb bvaD vbava解析若行星從軌道的A 點(diǎn)經(jīng)足夠短的