【高中物理】行星的運(yùn)動

第七章萬有引力與宇宙航行第1節(jié)

行星的運(yùn)動1.了解人類對行星運(yùn)動規(guī)律的認(rèn)識歷程.2.知道觀察是研究行星運(yùn)動規(guī)律的一種重要的方法.3.知道如何畫橢圓及橢圓的特征.4.知道開普勒行星運(yùn)動定律，知道開普勒行星運(yùn)動定律的科學(xué)價(jià)值.教學(xué)目標(biāo)新課引入這是一團(tuán)距離地球3000光年的星云，學(xué)名為Mz3。與其它星云有所不同的是：該星云看上去就像是一只“沙漏”，中間窄，兩頭寬(平常發(fā)現(xiàn)的其它星云通常為圓形)。星云兩頭不時冒出泡泡。這種現(xiàn)象令天文學(xué)家驚奇不已。形似沙漏的五彩星云流星雨讓無數(shù)人為之傾倒，天文迷借此機(jī)會許下美好的心愿。讓人傾倒的流星雨由于太陽活動頻繁，美國北部幾個州的居民難得地見到了平常只出現(xiàn)在南北極的美麗極光。極光絢爛、神秘，那些希望遠(yuǎn)離人類喧囂的天文迷恨不得乘極光離開地球。絢爛、神秘的極光太陽系示意圖一、人類對行星運(yùn)動規(guī)律的認(rèn)識1、地心說(GeocentricUniverse)由于地球的自轉(zhuǎn)，我們在地球上看到天上的星星，感覺上都是繞地球運(yùn)動，太陽與月亮也一樣，這樣人們就很容易得出，地球是宇宙的中心，太陽、月亮及所有的星星都是繞地球轉(zhuǎn)動的。這就是地心說。托勒密地心說是長期盛行于古代歐洲的宇宙學(xué)說。它最初由古希臘學(xué)者歐多克斯在公元前三世紀(jì)提出，后來經(jīng)托勒密（90-168）進(jìn)一步發(fā)展而逐漸建立和完善起來。1、地心說(GeocentricUniverse)托勒密地心說：

地球是宇宙的中心,并且靜止不動,一切行星圍繞地球做圓周運(yùn)動.2、日心說(heliocentrictheory)隨著天文觀測不斷進(jìn)步，“地心說”暴露出許多問題。逐漸被波蘭天文學(xué)家哥白尼(1473-1543)提出的“日心說”所取代。

波蘭天文學(xué)家哥白尼經(jīng)過近四十年的觀測和計(jì)算，于1543年出版了“天體運(yùn)行論”正式提出“日心說”。哥白尼

日心說：太陽是宇宙的中心,并且靜止不動,一切行星都圍繞太陽做圓周運(yùn)動。第谷的天文學(xué)觀測哥白尼的宇宙體系動搖了基督教宇宙體系的根基，但它并沒有在天文測算的精確度上有多大的提高。近代早期最重要的觀測工作是由丹麥的第谷（1546-1601）進(jìn)行的。經(jīng)過長期爭論，日心說戰(zhàn)勝了地心說，最終被接受。無論地心說還是日心說，古人都把天體的運(yùn)動看得很神圣，認(rèn)為天體的運(yùn)動必然是最完美、最和諧的勻速圓周運(yùn)動。行星運(yùn)動果真如此嗎？開普勒的天文學(xué)觀測德國的物理學(xué)家開普勒繼承和總結(jié)了他的導(dǎo)師第谷的全部觀測資料及觀測數(shù)據(jù)，也是以行星繞太陽做勻速圓周運(yùn)動的模型來思考和計(jì)算的。但結(jié)果總是與第谷的觀測數(shù)據(jù)有8′的角度誤差.當(dāng)時公認(rèn)的第谷的觀測誤差不超過2′,開普勒想，天體運(yùn)動很可能不是勻速圓周運(yùn)動.在這個大膽思路下，開普勒又經(jīng)過四年多的刻苦計(jì)算，先后否定了19種設(shè)想，最后終于計(jì)算出行星是繞太陽運(yùn)動的，并且運(yùn)動軌跡為橢圓，證明了哥白尼的“日心說”是正確的.并總結(jié)為行星運(yùn)動三定律。所有的行星圍繞太陽運(yùn)動的軌道都是橢圓，太陽處在所有橢圓的一個焦點(diǎn)上。

1、開普勒第一定律（軌道定律）【探究1】：第一定律說明了行星運(yùn)動的軌道，那不同的行星繞太陽運(yùn)行時的橢圓軌道相同嗎?【注意】：不同行星繞太陽運(yùn)行的橢圓軌道不同，但這些軌道有一個共同的焦點(diǎn)，即太陽所處的位置；行星離太陽越遠(yuǎn)，軌道半長軸越長。二、開普勒行星運(yùn)動定律o焦點(diǎn)焦點(diǎn)半長軸a橢圓上某點(diǎn)到兩個焦點(diǎn)的距離之和與橢圓上另一點(diǎn)到兩焦點(diǎn)的距離之和有什么關(guān)系?保證橢圓的周長不變,當(dāng)橢圓的形狀變圓時,兩焦點(diǎn)間的距離會如何變化?半長軸a的長度呢?2、開普勒第二定律（面積定律）對任意一個行星而言，它和太陽的連線在相等的時間內(nèi)掃過相等的面積。【探究2】：行星在遠(yuǎn)日點(diǎn)的速率與在近日點(diǎn)的速率誰大？【注意】：行星越靠近太陽速率越大，越遠(yuǎn)離太陽速率越小。3、開普勒第三定律（周期定律）所有行星的橢圓軌道的半長軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等。

焦點(diǎn)半短軸b半長軸a即：【探究3】：公式中的比例系數(shù)k可能與誰有關(guān)？行星/衛(wèi)星半長軸（km）周期（天）k（m3/s??2）水星5787.97金星108225地球149365火星228687木星7784333土星142610759天王星287030660海王星449860148月球0.384427.3地球同步衛(wèi)星0.04241通過上述數(shù)據(jù)，你得到了什么？【注意】：k與中心天體(太陽)有關(guān)3.36×10183.36×10183.36×10183.36×10183.36×10183.36×10183.37×10183.37×10181.03×10131.03×1013一、開普勒第一定律：近似圓周，太陽在圓心.二、開普勒第二定律：行星繞太陽做勻速圓周運(yùn)動.三、開普勒第三定律:

r(k與行星無關(guān))行星運(yùn)動的簡化的模型實(shí)際上，行星的軌道與圓十分接近，在中學(xué)的研究中我們可以按圓軌道處理。1、開普勒第一定律（軌道定律）

所有行星繞太陽的運(yùn)動的軌道都是橢圓，太陽處在橢圓的一個焦點(diǎn)上。2、開普勒第二定律（面積定律）對任意一個行星來說，它與太陽的連線在相等的時間內(nèi)掃過相等的面積。3、開普勒第三定律（周期定律）

所有行星的橢圓軌道的半長軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的平方的比值都相等．k與中心天體(太陽)有關(guān)短軸長軸a課堂小結(jié)1.在古代,人們對天體的運(yùn)動存在著“地心說”和“日心說”兩種對立的看法,“地心說”認(rèn)為_____是宇宙的中心,是靜止不動的;“日心說”認(rèn)為______是靜止不動的;這兩種認(rèn)識都是______(正確或錯誤)的.地球太陽錯誤跟蹤練習(xí)2.開普勒關(guān)于行星運(yùn)動的公式,以下理解正確的是()A.k是一個與行星無關(guān)的常量B.k代表行星運(yùn)動的軌道半徑C.T代表行星運(yùn)動的自轉(zhuǎn)周期D.T代表行星繞太陽運(yùn)動的公轉(zhuǎn)周期AD3.下列說法正確的有()A.太陽系中的八大行星有一個共同的軌道焦點(diǎn)B.行星的運(yùn)動方向總是沿著軌道的切線方向C.行星的運(yùn)動方向總是與它和太陽的連線垂直D.日心說的說法是完全正確的AB4.關(guān)于行星的運(yùn)動,下列說法正確的是()A.行星軌道的半長軸越長,自轉(zhuǎn)的周期就越大