第1節(jié)　行星的運(yùn)動(dòng) 教學(xué)課件

物理第七章萬有引力與宇宙航行第1節(jié)行星的運(yùn)動(dòng)01必備知識(shí)素養(yǎng)奠基02關(guān)鍵能力素養(yǎng)形成03分層演練素養(yǎng)達(dá)標(biāo)[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1．了解人類對(duì)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)歷程．2．知道開普勒定律的內(nèi)容．3．能用開普勒定律分析一些簡(jiǎn)單的行星運(yùn)動(dòng)問題．知識(shí)點(diǎn)1地心說與日心說1．地心說：________是宇宙的中心，且是靜止不動(dòng)的，太陽、月亮以及其他行星都繞_______運(yùn)動(dòng)．2．日心說：_______是宇宙的中心，且是靜止不動(dòng)的，地球和其他行星都繞_______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)必然是最完美、最和諧的_____________，而與丹麥天文學(xué)家第谷的觀測(cè)數(shù)據(jù)不符．地球地球太陽太陽勻速圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí)點(diǎn)2開普勒定律1．開普勒第一定律：所有行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道都是_______，太陽處在_______的一個(gè)_______上．2．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______________．橢圓橢圓焦點(diǎn)面積相等半長軸的三次方周期的二次方√××√××[想一想](1)請(qǐng)利用你學(xué)習(xí)的知識(shí)分析哪個(gè)小孩說得更有道理？

(2)如何理解開普勒第三定律中的常量k?提示：(1)第二個(gè)小孩說得更有道理，因?yàn)榈厍蛴欣@地軸的自轉(zhuǎn)和繞太陽的公轉(zhuǎn)，地球每天自轉(zhuǎn)一周，因此坐在家中的小孩相對(duì)“家”雖然沒有動(dòng)，但隨地球旋轉(zhuǎn)了一周，路程大約是8萬里．√√解析：由開普勒第一定律知A正確；由開普勒第二定律可知，太陽系的任一行星與太陽的連線在相等時(shí)間內(nèi)掃過的面積相等，由于行星在近日點(diǎn)與太陽的連線短，則運(yùn)行速率必然大，故B正確，C錯(cuò)誤；由開普勒第三定律可知，D正確．√√解析：圓是橢圓的特例，故公式既然適用于橢圓軌道的衛(wèi)星，也就適用于圓軌道的行星，但此時(shí)公式中的a為軌道半徑，故A錯(cuò)誤；比例系數(shù)k是一個(gè)由中心天體決定而與行星無關(guān)的常量，但不是恒量，不同的星系中，k值不同，即只要是圍繞同一中心天體運(yùn)行的不同天體，公式都適用，包括以地球?yàn)橹行奶祗w的系統(tǒng)，故B錯(cuò)誤，C、D正確．√探究一對(duì)開普勒定律的理解【情景導(dǎo)入】1．圖甲是地球繞太陽公轉(zhuǎn)及四季的示意圖，由圖可知地球在春分日、夏至日、秋分日和冬至日四天中哪一天繞太陽運(yùn)動(dòng)的速度最大？哪一天繞太陽運(yùn)動(dòng)的速度最??？2．圖乙是“金星凌日”的示意圖，觀察圖中地球、金星的位置，地球和金星哪一個(gè)的公轉(zhuǎn)周期更長？提示：1.冬至日；夏至日．由題圖甲可知，冬至日地球在近日點(diǎn)附近，夏至日在遠(yuǎn)日點(diǎn)附近，由開普勒第二定律可知，冬至日地球繞太陽運(yùn)動(dòng)的速度最大，夏至日地球繞太陽運(yùn)動(dòng)的速度最?。?．地球．由題圖乙可知，地球到太陽的距離大于金星到太陽的距離，根據(jù)開普勒第三定律可得，地球的公轉(zhuǎn)周期更長一些．1．開普勒第一定律解決了行星的軌道問題

行星的軌道都是橢圓，如圖甲所示．不同行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的橢圓軌道是不同的，太陽處在橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上，如圖乙所示，即所有軌道都有一個(gè)共同的焦點(diǎn)——太陽．因此開普勒第一定律又叫軌道定律．2．開普勒第二定律解決了行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的速度大小問題(1)如圖所示，如果時(shí)間間隔相等，由開普勒第二定律知，面積SA＝SB，可見離太陽越近，行星在相等時(shí)間內(nèi)經(jīng)過的弧長越長，即行星的速率越大．因此開普勒第二定律又叫面積定律．(2)近日點(diǎn)、遠(yuǎn)日點(diǎn)分別是行星距離太陽的最近點(diǎn)、最遠(yuǎn)點(diǎn)．同一行星在近日點(diǎn)速度最大，在遠(yuǎn)日點(diǎn)速度最?。纠?】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(dòng)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)周期之比的二次方等于它們軌道半長軸之比的三次方D．相同時(shí)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√√√探究二開普勒定律的應(yīng)用【情景導(dǎo)入】(1)太陽每天東升西落，這一現(xiàn)象是否說明太陽繞著地球運(yùn)動(dòng)呢？為什么？(2)行星m繞恒星M運(yùn)動(dòng)情況的示意圖如圖所示，則在A、B、C、D四個(gè)位置中，速度最大的是哪個(gè)位置？行星m從A運(yùn)行到B過程中做加速運(yùn)動(dòng)還是減速運(yùn)動(dòng)？提示：(1)不能．太陽是太陽系的中心，地球等行星繞太陽運(yùn)動(dòng)．太陽東升西落，是因?yàn)榈厍虻淖赞D(zhuǎn)．(2)A減速運(yùn)動(dòng)1．適用范圍：天體的運(yùn)動(dòng)可近似看成勻速圓周運(yùn)動(dòng)，開普勒第三定律既適用于做橢圓運(yùn)動(dòng)的天體，也適用于做圓周運(yùn)動(dòng)的天體．2．應(yīng)用(1)知道了行星到太陽的距離，就可以由開普勒第三定律計(jì)算或比較行星繞太陽運(yùn)行的周期．反之，知道了行星的周期，也可以計(jì)算或比較其到太陽的距離．(2)知道了彗星的周期，就可以由開普勒第三定律計(jì)算彗星軌道的半長軸長度，反之，知道了彗星的半長軸長度也可以求出彗星的周期．【例2】(多選)如圖所示，對(duì)開普勒第一定律的理解，下列說法正確的是(

)

A．在行星繞太陽運(yùn)動(dòng)一周的時(shí)間內(nèi)，它到太陽的距離是不變化的B．在行星繞太陽運(yùn)動(dòng)一周的時(shí)間內(nèi)，它到太陽的距離是變化的C．某個(gè)行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道一定是在某一固定的平面內(nèi)D．某個(gè)行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道一定不在一個(gè)固定的平面內(nèi)√√[解析]

由開普勒第一定律可知：行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道是橢圓，有時(shí)遠(yuǎn)離太陽，有時(shí)靠近太陽，故它到太陽的距離是變化的，A錯(cuò)誤，B正確；行星圍繞著太陽運(yùn)動(dòng)，由于受到太陽的引力作用而被約束在速度與引力所決定的平面內(nèi)一定的軌道上，C正確，D錯(cuò)誤．【例3】某行星繞一恒星運(yùn)行的橢圓軌道如圖所示，E和F是橢圓的兩個(gè)焦點(diǎn)，O是橢圓的中心，行星在B點(diǎn)的速度比在A點(diǎn)的速度大．則該恒星位于(

)A．O點(diǎn) B．B點(diǎn)C．E點(diǎn)

D．F點(diǎn)√[解析]

根據(jù)開普勒第一定律，恒星應(yīng)該位于橢圓的焦點(diǎn)上，故A、B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時(shí)間內(nèi)掃過相等的面積，則行星在離恒星較近的位置速率較大，在遠(yuǎn)離恒星的位置速率較小，因?yàn)樾行窃贐點(diǎn)的速度比在A點(diǎn)的速度大，則恒星位于E點(diǎn)，故C正確，D錯(cuò)誤．【例4】天文學(xué)家觀察哈雷彗星的周期為76年，到太陽最近的距離為8.9×1010m，試根據(jù)開普勒第三定律計(jì)算哈雷彗星到太陽最遠(yuǎn)的距離．太陽系的開普勒常量k可取3.354×1018m3/s2.[答案]

5.27×1012m[針對(duì)訓(xùn)練2]地球繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道是橢圓，因而地球與太陽之間的距離隨季節(jié)變化．若認(rèn)為冬至這天地球離太陽最近，夏至最遠(yuǎn)．則下列關(guān)于地球在這兩天繞太陽公轉(zhuǎn)時(shí)速度大小的說法中正確的是(

)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．無法確定√解析：冬