【物理】人教版高一物理必修2第二學(xué)期第七單元 行星運(yùn)動(dòng)

人教版高一物理必修2第二學(xué)期第七單元7.1行星的運(yùn)動(dòng)第七章萬有引力與宇宙航行7.1行星的運(yùn)動(dòng)核心素養(yǎng)目標(biāo)1、物理觀念：了解人類對(duì)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)歷程2、科學(xué)思維：知道觀察是研究行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一種重要的方法3、科學(xué)探究：理解開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律，知道開普勒第三定律中k值的大小只與中心天體有關(guān).4、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：通過了解人們認(rèn)識(shí)行星運(yùn)動(dòng)的歷史過程，體會(huì)科學(xué)研究的一般思路與方法——質(zhì)疑、批判、猜測(cè)、觀察與實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)教學(xué)重點(diǎn)：1.掌握開普勒三定律的內(nèi)容及簡(jiǎn)單應(yīng)用；學(xué)會(huì)處理行星運(yùn)動(dòng)的近似方法

2.通過探究活動(dòng)培養(yǎng)觀察現(xiàn)象、分析結(jié)果及應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決物理問題的能力教學(xué)難點(diǎn)：通過了解人們認(rèn)識(shí)行星運(yùn)動(dòng)的歷史過程，體會(huì)科學(xué)研究的一般思路與方法——質(zhì)疑、批判、猜測(cè)、觀察與實(shí)驗(yàn)情境導(dǎo)入任務(wù)探究一探究一：歷史的足跡1、古人對(duì)天體運(yùn)動(dòng)存在哪些看法？2、什么是“地心說”，什么是“日心說”？3、哪種學(xué)說占統(tǒng)治地位的時(shí)間較長(zhǎng)？4、兩種學(xué)說爭(zhēng)論的結(jié)果是什么？

任務(wù)探究一1.古人對(duì)行星運(yùn)動(dòng)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第谷出生天才的觀察家

第谷·布拉赫

建立天文臺(tái)，把天體位置測(cè)量的誤差由10/減少到2/。第谷（丹麥）任務(wù)探究一1.古人對(duì)行星運(yùn)動(dòng)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?jǐn)?shù)學(xué)天才

開普勒（德國(guó)）

利用第谷提供的觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)行星軌道深入研究。任務(wù)探究一第谷（丹麥）開普勒（德國(guó)）↓畢生的精心觀測(cè)記錄↓8′的誤差

→

←行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律是勻速圓周運(yùn)動(dòng)?20年潛心研究↓任務(wù)探究一1.古人對(duì)行星運(yùn)動(dòng)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任務(wù)探究一關(guān)注：日心說(1)日心說提出的背景：在當(dāng)時(shí)，哥倫布和麥哲倫的探險(xiǎn)航行已經(jīng)使不少人相信地球并不是一個(gè)平臺(tái)，而是一個(gè)球體。(2)哥白尼的推測(cè)：是不是地球每天在圍繞自己的軸線旋轉(zhuǎn)一周(3)內(nèi)容：他假設(shè)地球并不是宇宙的中心，太陽是靜止不動(dòng)的，地球和其他行星都是圍繞著太陽做勻速圓周運(yùn)動(dòng).任務(wù)探究二日心說的局限性：日心說相對(duì)地心說能更完美地解釋天體的運(yùn)動(dòng)，但這兩種學(xué)說都不完善。因?yàn)樘?、地球等天體都是運(yùn)動(dòng)的，鑒于當(dāng)時(shí)對(duì)自然科學(xué)的認(rèn)識(shí)能力，日心說比地心說更先進(jìn)。任務(wù)探究二天文學(xué)家對(duì)天體運(yùn)動(dòng)進(jìn)一步的研究1.丹麥天文學(xué)家第谷的探索:在哥白尼之后，第谷連續(xù)20年對(duì)行星的位置進(jìn)行了較仔細(xì)的測(cè)量，大大提高了測(cè)量的精確程度。在第谷之前，人們測(cè)量天體位置的誤差大約是10

，第谷把這個(gè)不確定性減小到2

。得出行星繞太陽做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的模型。2.德國(guó)物理學(xué)家開普勒的研究.總結(jié)了他的導(dǎo)師第谷的全部觀測(cè)資料，在他最初研究時(shí)，他得到的結(jié)果與第谷的觀察數(shù)據(jù)相不一致，開普勒想,誤差可能就是認(rèn)為行星繞太陽做勻速圓周運(yùn)動(dòng)造成的.后來他花了四年時(shí)間一遍一遍地進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算，通過計(jì)算這一懷疑使他發(fā)現(xiàn)了行星運(yùn)動(dòng)三大定律.地球是不是繞太陽做勻速圓周運(yùn)動(dòng)？冬半年快夏半年慢90天88天93天94天

如果地球勻速圓周運(yùn)動(dòng)，那四季的時(shí)間應(yīng)該有什么特點(diǎn)？任務(wù)探究三[做一做]

請(qǐng)畫一個(gè)橢圓。任務(wù)探究三（1）長(zhǎng)軸為______、短軸為______、焦點(diǎn)為________，半長(zhǎng)軸為_________，半短軸為___________.（2）如果半長(zhǎng)軸與半短軸相等，這個(gè)橢圓的形狀會(huì)變成___________，焦點(diǎn)的位置將位于_________.O點(diǎn)圓形ABCDF1

和F2OA或OBOC或OD任務(wù)探究三第一定律：所有的行星圍繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓，太陽處在所有橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。

RFF地球（軌道定律）開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律任務(wù)探究四第二定律：對(duì)任意一個(gè)行星來說，它與太陽的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過相等的面積。FF（面積定律）2、開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律任務(wù)探究四FF

行星在遠(yuǎn)離太陽的過程中速度如何變化？近日點(diǎn)速度快，遠(yuǎn)日點(diǎn)速度慢．春夏秋冬任務(wù)探究四第三定律：所有行星的橢圓軌道的半長(zhǎng)軸的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等。aFF地球表達(dá)式：a3T2=k半長(zhǎng)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(dòng)定律任務(wù)探究四太陽系八大行星公轉(zhuǎn)周期和半長(zhǎng)軸天體金星土星木星水星地球火星天王星海王星半長(zhǎng)軸108208930km1433449370km776412948km57909050km149597887.5km227936640km2876679082km4504000000Km周期224.7天10759.5天4332.71天87.9691天365.24219天686.98天30799.09天60,327.624天此數(shù)據(jù)來源于360百科任務(wù)探究四任務(wù)探究四當(dāng)行星環(huán)繞的中心天體相同時(shí)K值相同K值與環(huán)繞行星無關(guān)八大行星的中心天體都是太陽，K值相同！例如：任務(wù)探究四木星衛(wèi)星繞木星公轉(zhuǎn)周期和半長(zhǎng)軸天體木星1木星2木星3木星4木星13木星6木星7木星10半長(zhǎng)軸421700km671034km1070412km1882709km11187781km11451971km11778034km11740560km周期1.76913778天3.55118104天7.1545529天16.689018天241.75天250.37天261.14天259.89天活動(dòng)與探究（溫馨提示：規(guī)范操作、注意安全）當(dāng)行星環(huán)繞的中心天體不同時(shí)K值不相同K值與中心天體有關(guān)太陽木星任務(wù)探究四活動(dòng)與探究（溫馨提示：規(guī)范操作、注意安全）K值與中心天體的關(guān)系中心天體K值質(zhì)量M（kg）K與M比值半徑R(km)K與R比值太陽木星K值與中心天體的質(zhì)量有關(guān)任務(wù)探究四一、地心說與日心說地球是中心→太陽是中心→宇宙無限（科學(xué)精神推動(dòng)了認(rèn)識(shí)發(fā)展）二、行星運(yùn)動(dòng)定律1、軌道定律：橢圓2、面積定律:3、周期定律：a3/T2=k（K是一個(gè)只與中心天體有關(guān)的物理量）小結(jié)三、行星運(yùn)動(dòng)的近似處理任務(wù)探究四【課堂小結(jié)】任務(wù)探究五【思考·討論】地球繞太陽公轉(zhuǎn)形成了四季交替現(xiàn)象,地球繞太陽運(yùn)動(dòng)遵循開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律嗎? (科學(xué)思維)

提示:遵循。任務(wù)探究五【典例示范】(多選)如圖所示,“嫦娥三號(hào)”繞月球沿橢圓軌道運(yùn)行,繞行方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向,A、B分別為近月點(diǎn)和遠(yuǎn)月點(diǎn),C是軌道上到A、B距離相等的點(diǎn),則下列說法正確的是 (

)A.“嫦娥三號(hào)”從A點(diǎn)到B點(diǎn)運(yùn)行速率逐漸增大B.“嫦娥三號(hào)”從A點(diǎn)到B點(diǎn)運(yùn)行速率逐漸減小C.“嫦娥三號(hào)”從A點(diǎn)到C點(diǎn)的運(yùn)行時(shí)間等于四分之一周期D.“嫦娥三號(hào)”從A點(diǎn)到C點(diǎn)的運(yùn)行時(shí)間小于四分之一周期【解析】選B、D。根據(jù)開普勒第二定律可知,“嫦娥三號(hào)”從A點(diǎn)到B點(diǎn)運(yùn)行速率逐漸減小,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,B正確;“嫦娥三號(hào)”從A點(diǎn)到C點(diǎn)運(yùn)行的平均速率大于從C點(diǎn)到B點(diǎn)運(yùn)行的平均速率,可知從A點(diǎn)到C點(diǎn)運(yùn)行時(shí)間小于四分之一周期,選項(xiàng)C錯(cuò)誤,D正確。任務(wù)探究六1.開普勒分別于1609年和1619年發(fā)表了他發(fā)現(xiàn)的行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律,后人稱之為開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律。關(guān)于開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律,下列說法正確的是(

)A.所有行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道都是圓,太陽處在圓心上B.對(duì)任何一顆行星來說,離太陽越近,運(yùn)行速率就越大C.行星公轉(zhuǎn)周期與行星的質(zhì)量有關(guān)D.所有行星的軌道的半長(zhǎng)軸與公轉(zhuǎn)周期成正比【素養(yǎng)訓(xùn)練】【解析】選B。根據(jù)開普勒第一定律:所有的行星圍繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓,太陽處在所有橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上,故A錯(cuò)誤;根據(jù)開普勒第二定律:對(duì)任意一個(gè)行星來說,它與太陽的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過的面積相等,所以對(duì)任何一顆行星來說,離太陽越近,運(yùn)行速率就越大,故B正確;開普勒第三定律中的公式=k,可知半長(zhǎng)軸的三次方與公轉(zhuǎn)周期的二次方成正比,式中的k只與中心天體的質(zhì)量有關(guān),與行星質(zhì)量無關(guān),故C、D錯(cuò)誤。29任務(wù)探究六2.(多選)哈雷彗星繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道是比較扁的橢圓,下列說法中正確的是 (

)A.彗星在近日點(diǎn)的速率大于在遠(yuǎn)日點(diǎn)的速率B.彗星在近日點(diǎn)的角速度大于在遠(yuǎn)日點(diǎn)的角速度C.彗星在近日點(diǎn)的向心加速度大于在遠(yuǎn)日點(diǎn)的向心加速度D.若彗星周期為76年,則它的半長(zhǎng)軸是地球公轉(zhuǎn)半徑的76倍【解析】選A、B、C。根據(jù)開普勒第二定律,為使相等時(shí)間內(nèi)掃過的面積相等,則應(yīng)保證近日點(diǎn)與遠(yuǎn)日點(diǎn)相比在相同時(shí)間內(nèi)走過的弧長(zhǎng)要大,因此在近日點(diǎn)彗星的線速度(即速率)、角速度都較大,選項(xiàng)A、B正確。而向心

加速度a=在近日點(diǎn),v大,R小,因此a大,選項(xiàng)C正確。根據(jù)開普勒第三定律

則

解得

選項(xiàng)D錯(cuò)誤。任務(wù)探究六【補(bǔ)償訓(xùn)練】

(多選)在天文學(xué)上,春分、夏至、秋分、冬至將一年分為春、夏、秋、冬四季。如圖所示,從地球繞太陽的運(yùn)動(dòng)規(guī)律入手,下列判斷正確的是 (

)A.在冬至日前后,地球繞太陽的運(yùn)行速率較大B.在夏至日前后,地球繞太陽的運(yùn)行速率較大C.春夏兩季與秋冬兩季時(shí)間相等D.春夏兩季比秋冬兩季時(shí)間長(zhǎng)【解析】選A、D。冬至日前后,地球位于近日點(diǎn)附近,夏至日前后地球位于遠(yuǎn)日點(diǎn)附近,由開普勒第二定律可知近日點(diǎn)速率最大,選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤。春夏兩季平均速率比秋冬兩季平均速率小,又因所走路程基本相等,故春夏兩季時(shí)間長(zhǎng)。春夏兩季一般在186天左右,而秋冬兩季只有179天左右,選項(xiàng)C錯(cuò)誤,D正確。31任務(wù)探究六二開普勒定律的應(yīng)用1.適用范圍:(1)既適用于做橢圓運(yùn)動(dòng)的天體,也適用于做圓周運(yùn)動(dòng)的天體。(2)既適用于繞太陽運(yùn)動(dòng)的天體,也適用于繞其他中心天體運(yùn)動(dòng)的天體。2.意義:開普勒關(guān)于行星運(yùn)動(dòng)的確切描述,不僅使人們?cè)诮鉀Q行星的運(yùn)動(dòng)學(xué)問題上有了依據(jù),更澄清了人們對(duì)天體運(yùn)動(dòng)神秘、模糊的認(rèn)識(shí),同時(shí)也推動(dòng)了對(duì)天體動(dòng)力學(xué)問題的研究。3.近似處理:由于行星的橢圓軌道都跟圓近似,在近似計(jì)算中,可以認(rèn)為,行星都以太陽為圓心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。32任務(wù)探究六【典例示范】太陽系八大行星公轉(zhuǎn)軌道可近似看作圓軌道,“行星公轉(zhuǎn)周期的平方”與“行星與太陽的平均距離的三次方”成正比。地球與太陽之間平均距離約為1.5億千米,結(jié)合下表可知,火星與太陽之間的平均距離約為 (

)

水星金星地球火星木星土星公轉(zhuǎn)周期(年)0.2410.6151.01.8811.8629.5A.1.2億千米 B.2.3億千米C.4.6億千米 D.6.9億千米【解析】選B。由題意可知,行星繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),滿足設(shè)地球的公轉(zhuǎn)周期和公轉(zhuǎn)半徑分別為T1、r1,火星繞太陽的公轉(zhuǎn)周期和軌道半徑分別為T2、r2,則

代入數(shù)值得,r2≈2.3億千米。33任務(wù)探究六【素養(yǎng)訓(xùn)練】1.(2018·全國(guó)卷Ⅲ)為了探測(cè)引力波,“天琴計(jì)劃”預(yù)計(jì)發(fā)射地球衛(wèi)星P,其軌道半徑約為地球半徑的16倍,另一地球衛(wèi)星Q的軌道半徑約為地球半徑的4倍,P與Q的周期之比約為 (

)A.2∶1 B.4∶1C.8∶1 D.16∶1【解析】選C。據(jù)開普勒第三定律故選C。34任務(wù)探究六2.土星直徑為119300km,是太陽系統(tǒng)中第二大行星,自轉(zhuǎn)周期只需10h39min,公轉(zhuǎn)周期為29.4年,距離太陽1.432×109km。土星最引人注目的是繞著赤道的巨大光環(huán)。在地球上人們只需要一架小型望遠(yuǎn)鏡就能清楚地看到光環(huán),環(huán)的外沿直徑約為274000km。請(qǐng)由上面提供的信息,估算地球距太陽有多遠(yuǎn)。(保留3位有效數(shù)字)解析】根據(jù)開普勒第三定律有:k只與太陽質(zhì)量有關(guān)。則

其中T為公轉(zhuǎn)周期,R為行星到太陽的距離,代入數(shù)得:

R地=1.50×1011m=1.50×108km。答案:約1.50×108km35任務(wù)探究六【補(bǔ)償訓(xùn)練】1.如圖所示,某人造地球衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng),其軌道半徑為月球繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)半徑的,設(shè)月球繞地球運(yùn)動(dòng)的周期為27天,則此衛(wèi)星的運(yùn)轉(zhuǎn)周期大約是(

)A.天 B.天C.1天 D.9天【解析】選C。由于r衛(wèi)=r月,T月=27天,由開普勒第三定律