高中物理 3.1 天体运动课件 教科版必修2.ppt

1天体运动 1 能简要地说出日心说 地心说的两种不同观点 2 知道开普勒对行星运动描述的三定律 3 体会科学家在宣传和追求科学真理时所表现的坚定信念和献身精神 一 古代关于天体运动的两种学说 地球 地球 太阳 太阳 匀速圆周 思考1 日心说 最终战胜了 地心说 是否说明 日心说 就是十分完善的 提示 日心说 虽然最终战胜了 地心说 但它由于当时人们认知水平的局限性 一些观点也是不准确的 如运动轨道不是圆而是椭圆 做的不是匀速圆周运动而是变速曲线运动 二 开普勒行星运动定律 行星 椭圆 椭圆 焦点 相等的时间 相等的时间 行星 半长轴 公转周期 相等 无关 思考2 行星绕太阳在椭圆轨道上运行 行星距太阳较近处与距太阳较远处相比较 运动速率何处较大 提示由开普勒第二定律可知 由于在相等的时间内 行星与太阳的连线扫过相等的面积 显然相距较近时相等时间内经过的弧长必须较长 因此运动速率较大 三 行星运动的近似处理 行星绕太阳运动的轨道十分接近 太阳处在 对某一行星来说 它绕太阳做圆周运动的 或 不变 即行星做运动 所有行星的三次方跟它的公转轨道周期的的比值都相等 圆 圆心 角速度 线速度 匀速圆周 轨道半径 二次方 一 对开普勒第二定律的理解 理解开普勒第二定律的内涵太阳和行星的连线在相等的时间里扫过的面积相等 是解题的关键 由开普勒第二定律可知 行星从近日点向远日点运动 速率减小 从远日点向近日点运动 速率增大 开普勒第二定律的应用 典例1 某行星沿椭圆轨道运动 远日点离太阳的距离为a 近日点离太阳的距离为b 过远日点时行星的速率为va 则过近日点时的速率为 答案c 借题发挥此题作了近似处理 因为在椭圆上任取一小段 每一小段都可看成一个独立的圆周上的一段圆弧 所不同的是曲率可能不同而已 变式1 据报道 美国计划于2021年开始每年送15000名游客上太空旅游 如图3 1 1所示 当航天器围绕地球做椭圆运行时 近地点a的速率 填 大于 小于 或 等于 远地点b的速率 图3 1 1 解析根据开普勒第二定律 对于每一个行星而言 太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积 由此可得知近地点a的速率大于远地点b的速率 答案大于 开普勒第三定律的应用 典例2 有一个名叫谷神的小行星 质量为m 1 00 1021kg 它的轨道半径是地球绕太阳运动半径的2 77倍 求谷神星绕太阳一周所需要的时间 答案1683天或1 45 108s 借题发挥 1 对题目的求解应视条件而定 本题中用半径替代了半长轴 由解题结果应更进一步理解离太阳越远公转周期越长的结论 2 在以后的计算问题中 可以认为行星的轨道近似为圆 卫星的运行轨道也近似为圆 这样就使问题变得简单 计算结果与实际情况也相差不大 答案d 2006年8月24日 在捷克首都布拉格召开的国际天文学联合会闭幕大会上 2500位来自不同国家的天文学代表对四个关于确定太阳系行星身份的草案进行投票表决后决定 冥王星失去 行星 地位 被划为 矮行星 如图3 1 2所示 这意味着 太阳系将只有八个行星 冥王星被踢出行星行列 图3 1 2 位居太阳系九大行星末席70多年的冥王星 自发现之日起地位就备受争议 经过天文学界多年的争论以及本届国际天文学联合会大会上数天的争吵 冥王星终于 惨遭降级 被驱逐出了行星家族 如图3 1 3所示 从此之后 这个游走在太阳系边缘的天体将只能与其他一些差不多大的 兄弟姐妹 一道被称为 矮行星 图3 1 3 根据国际天文学联合会大会11时通过的新定义 行星 指的是围绕太阳运转 自身引力足以克服其刚体力而使天体呈圆球状 并且能够清除其轨道附近其他物体的天体 按照新的定义 太阳系行星将包括水星 金星 地球 火星 木星 土星 天王星和海王星 它们都是在1900年以前被发现的 典例3 关于行星的运动 以下说法正确的是 a 行星轨道的半长轴越长 自转周期就越大b 行星轨道的半长轴越长 公转周期就越大c 水星离太阳 最近 公转周期最大d 海王星离太阳 最远 绕太阳运动的公转周期最大 答案bd 开普勒第二定律的应用1 如图3 1 4所示为地球绕太阳运行的示意图 图中椭圆表示地球公转轨道 ch q x d分别表示中国农历节气中的春分 秋分 夏至 冬至时地球所在的位置 一年之内 春夏两季共186天 而秋冬两季只有179天 试说明 一年之内秋冬两季节比春夏两季节要少几天的原因 图3 1 4 解析由开普勒第二定律可知 地球在冬天比在夏天运行得快一些 因此地球轨道上春夏部分比秋冬部分要长些 从题图看 从春分到秋分的春夏两季地日连线所扫过的面积 比从秋分到次年春分的秋冬两季节地日连线所扫过的面积大 即春夏两季比秋冬两季时间长一些 答案见解析 开普勒第三定律的应用 2 飞船沿半径为r的圆周绕地球运动 其周期为t 如图3 1 5所示 如果飞船要返回地面 可在轨道上的某一点a处将速率降低到适当值 从而使飞船沿着以地心为焦点的特殊椭圆轨道运动 椭圆与地球表面在b点相切 已知地球半径为r 求飞船由a点到b点所需的时间 图3 1 5 3 近几年 全球形成探索火星的热潮 2005年8月12日 美国新型火星探测飞船 火星勘测轨道飞行器 发射升空 将探测火星的水资源和生命线索 并为未来的火星登陆寻找合适的地点 发射火星探测器可按以下步骤进行 第一步 在地球表面用火箭对探测器进行加速 使之成为一个沿地球公转轨道运动的人造卫星 图3 1 6 第二步是在适当时刻启动探测器上的火箭发动机 在短时间内对探测器沿原方向加速 使其速度值增加到适当值 从而使探测器沿着一个与地球轨道及火星轨道分别在长轴两端相切的半