行星的運(yùn)動 高一下學(xué)期物理人教版（2019）必修2

7.1行星的運(yùn)動物理觀念了解人類對行星運(yùn)動規(guī)律的認(rèn)識歷程；了解觀察的方法在認(rèn)識行星運(yùn)動規(guī)律中的作用；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)價值，了解開普勒第三定律中k值的大小只與中心天體有關(guān)科學(xué)思維知道開普勒行星運(yùn)動定律的科學(xué)價值，能根據(jù)問題情景選擇計算形式，用來進(jìn)行簡單的計算科學(xué)探究通過理解開普勒第三定律，提高分析和概括能力；體會開普勒第三定律中k值的大小只與中心天體有關(guān)的分析方法科學(xué)態(tài)度與責(zé)任體會科學(xué)家們實事求是、尊重客觀事實、不迷信權(quán)威、敢于堅持真理和勇于探索的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神，體會描述自然追求簡單和諧是科學(xué)研究的動力之一核心素養(yǎng)

年幼的孩童總會情不自禁仰望星空，被星空的美麗和神秘所吸引.人類自從誕生就對天上星辰的運(yùn)動產(chǎn)生極大的興趣.

古埃及人觀測星星的運(yùn)動來確定尼羅河的泛濫日期，確定谷物播種時間.我國封建帝王認(rèn)為星辰和王朝興衰有關(guān)，更借天象作為王朝更替的借口.

天體的運(yùn)動有何規(guī)律？星空有何奧秘？本章研究天體間的引力和運(yùn)動規(guī)律.新課導(dǎo)入閱讀教材46-48“科學(xué)漫步”，思考：問題1：開普勒之前，古人認(rèn)為行星的運(yùn)動軌跡是什么形狀？問題2：“地心說”的內(nèi)容是什么？主要貢獻(xiàn)者？問題3：“日心說”的內(nèi)容是什么？主要貢獻(xiàn)者？問題4：從現(xiàn)代觀點審視，如何評價“地心說”和“日心說”？自主學(xué)習(xí)一、地心說基本觀點：1.地球是球體；

2.地球是靜止不動的，且處于宇宙的中心；

3.所有日月星辰都圍繞地球做勻速圓周轉(zhuǎn)動。古希臘——托勒密符合人們的直接經(jīng)驗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算，于1543年出版了“天體運(yùn)行論”正式提出“日心說”。

2、日心說(heliocentrictheory)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。哥白尼——波蘭■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。仙后座的新星爆發(fā)仙后座的新星爆發(fā)■開普勒的天文學(xué)觀測開普勒（1571—1630）德國德國天文學(xué)家開普勒用了20年的時間研究了丹麥天文物理學(xué)家第谷的行星觀測記錄，發(fā)現(xiàn)如果假設(shè)行星的運(yùn)動是勻速圓周運(yùn)動，計算所得數(shù)據(jù)與觀測數(shù)據(jù)有偏差（8?），是計算錯誤還是觀測有問題？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)過四年多的刻苦計算，先后否定了19種設(shè)想，最后終于計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。日心說最終戰(zhàn)勝了地心說第谷（丹麥）二十年的精心觀測星體做勻速圓周運(yùn)動結(jié)論:認(rèn)為行星軌道為橢圓十年多的刻苦計算否定19種假設(shè)行星運(yùn)動的規(guī)律人物基本觀點托勒密（公元90—168）希臘地心說哥白尼（公元1473—1574）波蘭日心說第谷（公元1546—1601）丹麥將觀察誤差從10′縮小到2′開普勒（1571—1630）德國得出天體運(yùn)動的三個定律行星的運(yùn)動觀點發(fā)展歷史一覽第一定律：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上。RFF地球（軌道定律）2、開普勒行星運(yùn)動定律第二定律：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。FF（面積定律）2、開普勒行星運(yùn)動定律FF行星在遠(yuǎn)離太陽的過程中速度如何變化？近日點速度快，遠(yuǎn)日點速度慢。春夏秋冬1、某行星繞太陽運(yùn)行的橢圓軌道如圖所示，F(xiàn)1和F2是橢圓軌道的兩個焦點，行星在A點的速率比在B點的大，則太陽是位于()A．F2

B．A點C．F1

D．B點練一練A探究三：

尋找行星繞太陽運(yùn)動的周期與距離關(guān)系行星水星金星地球火星木星土星公轉(zhuǎn)周期T0.2410.61511.88111.86229.457到太陽距離

a0.3870.72311.5245.2039.539計算機(jī)運(yùn)算分析T∝a1.5→T∝a3/2→T2∝a3→a3/T2=k1.古人對行星運(yùn)動的探索天圓地方遠(yuǎn)古140托勒密地心說1543哥白尼日心說1546第谷出生1600開普勒任第谷助手1609開普勒第一定律第二定律1619開普勒第三定律第三定律：所有行星軌道的半長軸的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值相等。aFF地球表達(dá)式：a3T2=k半長軸行星繞太陽公轉(zhuǎn)的周期(周期定律)2、開普勒行星運(yùn)動定律探究四：

尋找比值K取決于什么因素？繞行天體中心天體半長軸（x106km）公轉(zhuǎn)周期（天）k/（m3/s2）水星太陽57.9187.97

金星108.94224.71地球149.60365同步衛(wèi)星地球0.04241

月球0.384427.322k是僅由中心天體決定，與繞行天體無關(guān)，在中心天體相同的系統(tǒng)里k相同。3.36×10181.02×1013K值計算器八大行星的中心天體都是太陽，K值相同！例如：2、木星的公轉(zhuǎn)周期約為12年，地球到太陽的距離為1天文單位，則木星到太陽的距離約為（）A、2天文單位B、4天文單位

C、5.2天文單位D、12天文單位C練一練1、行星軌道是圓，太陽處在圓心；2、行星做勻速圓周運(yùn)動；3、所有行星軌道半徑的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等。行星軌道半長軸a(106km)軌道半短軸b(106km)水星57.956.7金星108.2108.1地球149.6149.5火星227.9226.9木星778.3777.4土星1427.01424.8天王星2882.32879.1海王星4523.94523.8aFFR3、行星運(yùn)動的近似處理例1火星和木星沿各自的橢圓軌道繞太陽運(yùn)行，根據(jù)開普勒行星運(yùn)動定律可知A.太陽位于木星運(yùn)行軌道的中心B.火星和木星繞太陽運(yùn)行速度的大小始終相等C.火星與木星公轉(zhuǎn)周期之比的平方等于它們軌道半長軸之比的立方D.相同時間內(nèi)，火星與太陽連線掃過的面積等于木星與太陽連線掃過的面積答案√例2如圖5所示，某行星沿橢圓軌道運(yùn)行，遠(yuǎn)日點離太陽的距離為a，近日點離太陽的距離為b，過遠(yuǎn)日點時行星的速率為va，過近日點時行星的速率為vb，則A.va＝vb

B.va>vbC.va<vb

D.無法確定解析由開普勒第二定律知，太陽和行星的連線在相等的時間內(nèi)掃過相等的面積，所以遠(yuǎn)日點速率小.圖5√解析答案1.開普勒定律不僅適用于行星繞太陽的運(yùn)動，也適用于衛(wèi)星繞地球的運(yùn)動.2.由開普勒第二定律知：當(dāng)離太陽比較近時，行星運(yùn)行的速度比較快，而離太陽比較遠(yuǎn)時，行星運(yùn)行的速度比較慢.3.在開普勒第三定律中，所有行星繞太陽轉(zhuǎn)動的k值均相同；但對不同的天體系統(tǒng)k值不相同.k值的大小由系統(tǒng)的中心天體決定.歸納總結(jié)例3長期以來“卡戎星(Charon)”被認(rèn)為是冥王星唯一的衛(wèi)星，它的公轉(zhuǎn)軌道半徑r1＝19600km，公轉(zhuǎn)周期T1＝6.39天.2006年3月，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)兩顆冥王星的小衛(wèi)星，其中一顆的公轉(zhuǎn)半徑r2＝48000km，則它的公轉(zhuǎn)周期T2最接近于A.15天 B.25天C.35天 D.45天√解析據(jù)開普勒第三定律：答案解析針對訓(xùn)練已知兩個行星的質(zhì)量m1＝2m2