2018-2019学年高中物理_第六章 万有引力与航天 1 行星的运动课件 新人教版必修2

1行星的运动 第六章万有引力与航天 学习目标 1 了解地心说与日心说的主要内容和代表人物 2 理解开普勒行星运动定律 知道开普勒第三定律中k值的大小只与中心天体有关 3 知道行星运动在中学阶段研究过程中的近似处理 内容索引 重点探究启迪思维探究重点 达标检测检测评价达标过关 自主预习预习新知夯实基础 自主预习 一 两种对立的学说1 地心说 1 是宇宙的中心 是静止不动的 2 太阳 月亮以及其他行星都绕运动 3 地心说的代表人物是古希腊科学家 2 日心说 1 是宇宙的中心 是静止不动的 所有行星都绕太阳做 2 地球是绕旋转的行星 月球是绕旋转的卫星 它绕地球做匀速圆周运动 同时还跟地球一起绕太阳旋转 地球 地球 托勒密 太阳 匀速圆周 运动 太阳 地球 3 太阳静止不动 因为地球每天自西向东自转一周 造成太阳每天东升西落的现象 4 日心说的代表人物是 3 局限性都把天体的运动看得很神圣 认为天体的运动必然是最完美 最和谐的运动 但计算所得的数据和丹麦天文学家的观测数据不符 哥白尼 匀速圆周 第谷 二 开普勒三定律1 第一定律 所有行星绕太阳运动的轨道都是 太阳处在 上 2 第二定律 对任意一个行星来说 它与太阳的连线在相等的时间内扫过 3 第三定律 所有行星的轨道的跟它的 的比值都相等 其表达式为 其中a是椭圆轨道的半长轴 T是行星绕太阳公转的周期 k是一个与行星 填 有关 或 无关 的常量 椭圆 椭圆的 一个焦点 相等的面积 半长轴的三次方 公转周期的 二次方 无关 三 行星运动的近似处理1 行星绕太阳运动的轨道十分接近圆 太阳处在 2 行星绕太阳做运动 3 所有行星的的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等 即 圆心 匀速圆周 轨道半径 即学即用 1 判断下列说法的正误 1 太阳是整个宇宙的中心 其他天体都绕太阳运动 2 太阳系中所有行星都绕太阳做匀速圆周运动 3 太阳系中所有行星都绕太阳做椭圆运动 且它们到太阳的距离各不相同 4 太阳系中越是离太阳远的行星 运行周期就越大 5 围绕太阳运动的各行星的速率是不变的 6 在中学阶段可近似认为地球围绕太阳做匀速圆周运动 答案 A 速度最大点是B点B 速度最小点是C点C m从A到B做减速运动D m从B到A做减速运动 2 如图1所示是行星m绕恒星M运动情况的示意图 下列说法正确的是 图1 答案 重点探究 1 开普勒第一定律解决了行星的轨道问题 一 对开普勒定律的理解 图2图3 行星的轨道都是椭圆 如图2所示 不同行星绕太阳运动的椭圆轨道是不同的 太阳处在椭圆的一个焦点上 如图3所示 即所有轨道都有一个共同的焦点 太阳 因此开普勒第一定律又叫轨道定律 2 开普勒第二定律解决了行星绕太阳运动的速度大小问题 1 如图4所示 如果时间间隔相等 由开普勒第二定律知 面积SA SB 可见离太阳越近 行星在相等时间内经过的弧长越长 即行星的速率越大 因此开普勒第二定律又叫面积定律 图4 2 近日点 远日点分别是行星距离太阳的最近点 最远点 同一行星在近日点速度最大 在远日点速度最小 3 开普勒第三定律解决了行星周期的长短问题 图5 1 如图5所示 由 k知椭圆轨道半长轴越长的行星 其公转周期越长 因此第三定律也叫周期定律 常量k与行星无关 只与太阳有关 2 该定律不仅适用于行星绕太阳的运动 也适用于卫星绕地球的运动 其中常量k与卫星无关 只与地球有关 也就是说k值大小由中心天体决定 例1火星和木星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行 根据开普勒行星运动定律可知A 太阳位于木星运行轨道的中心B 火星和木星绕太阳运行速度的大小始终相等C 火星和木星公转周期之比的平方等于它们轨道半长轴之比的立方D 相同时间内 火星与太阳连线扫过的面积等于木星与太阳连线扫过的面积 解析 答案 解析太阳位于木星运行椭圆轨道的一个焦点上 选项A错误 由于火星和木星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行 火星和木星绕太阳运行的速度大小在变化 选项B错误 根据开普勒行星运动定律可知 火星与木星公转周期之比的平方等于它们轨道半长轴之比的立方 选项C正确 相同时间内 火星与太阳连线扫过的面积不等于木星与太阳连线扫过的面积 选项D错误 针对训练1 多选 下列关于行星绕太阳运动的说法正确的是A 太阳系中的八大行星有一个共同的轨道焦点B 太阳系中的八大行星的轨道有的是圆形 并不都是椭圆C 行星的运动方向总是沿着轨道的切线方向D 行星的运动方向总是与它和太阳的连线垂直 解析 答案 解析太阳系中的八大行星绕太阳运动的轨道都是椭圆 且太阳位于八大行星椭圆轨道的一个公共焦点上 选项A正确 B错误 行星的运动是曲线运动 运动方向总是沿着轨道的切线方向 选项C正确 行星从近日点向远日点运动时 行星的运动方向和它与太阳连线的夹角大于90 行星从远日点向近日点运动时 行星的运动方向和它与太阳连线的夹角小于90 选项D错误 由于大多数行星绕太阳运动的轨道与圆十分接近 因此 在中学阶段的研究中可以按圆周运动处理 且是匀速圆周运动 这时椭圆轨道的半长轴取圆轨道的半径 例21970年4月24日 我国发射了第一颗人造卫星 其近地点高度是h1 439km 远地点高度是h2 2384km 则近地点处卫星的速率约为远地点处卫星速率的多少倍 已知地球的半径R 6400km 二 开普勒定律的应用 答案1 28 答案 解析 解析设一段很短的时间为 t 近地点在B点 当 t很小时 卫星和地球的连线扫过的面积可按三角形面积进行计算 如图所示 即 都可视为线段 由开普勒第二定律得SABCF SMPNF 即 例3长期以来 卡戎星 Charon 被认为是冥王星唯一的卫星 它的公转轨道半径r1 19600km 公转周期T1 6 39天 2006年3月 天文学家发现两颗冥王星的小卫星 其中一颗的公转半径r2 48000km 则它的公转周期T2最接近于A 15天B 25天C 35天D 45天 解析 答案 开普勒第三定律揭示的是不同行星运动快慢的规律 应用时要注意以下两个问题 1 首先判断两个行星的中心天体是否相同 只有对同一个中心天体开普勒第三定律才成立 2 明确题中给出的周期关系或半径关系之后 根据开普勒第三定律列式求解 所以r2 5 2r1 5 2天文单位 选项B正确 针对训练2木星和地球都绕太阳公转 木星的公转周期约为12年 地球与太阳的距离为1天文单位 则木星与太阳的距离约为A 2天文单位B 5 2天文单位C 10天文单位D 12天文单位 解析 答案 设地球与太阳的距离为r1 木星与太阳的距离为r2 达标检测 解析开普勒第三定律中的公式 k k是一个与行星无关的常量 与中心天体有关 选项A正确 a代表行星椭圆运动的半长轴 选项B错误 T代表行星绕中心天体运动的公转周期 选项C错误 D正确 1 对开普勒第三定律的认识 多选 关于开普勒行星运动规律的表达式 k 以下理解正确的是A k是一个与行星无关的常量B a代表行星的球体半径C T代表行星运动的自转周期D T代表行星绕中心天体运动的公转周期 1 2 3 答案 解析 2 开普勒第二定律的应用 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 解析 1 2 3 解析如图所示 A B分别为远日点 近日点 由开普勒第二定律可知 太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积 取足够短的时间 t 1 2 3 图6 3 开普勒第三定律的应用 1980年10月14日 中国科学院紫金山天文台发现了一颗绕太阳运行的小行星 2001年12月21日 经国际小行星中心和国际小行星命名委员