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21.ppt

1行星的运动 第六章万有引力与航天 内容索引 自主预习预习新知夯实基础 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 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 地球 地球 托勒密 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 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 太阳 匀速圆周运动 太阳 地球 哥白尼 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 匀速圆周 第谷 二 开普勒行星运动定律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 答案 即学即用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 重点探究 一 对开普勒定律的理解 1 开普勒第一定律解决了行星的轨道问题 图1 行星的轨道都是椭圆 如图1甲所示 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 如图乙所示 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2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2 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 2 该定律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 3 开普勒第三定律解决了行星周期的长短问题 图3 1 如图3所示 由 k知椭圆轨道半长轴越长的行星 其公转周期越大 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 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 答案 解析 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 a va vbb va vbc va vbd 无法确定 例2如图4所示 某行星沿椭圆轨道运行 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 过近日点时行星的速率为vb 则 答案 解析 图4 解析由开普勒第二定律知 太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积 所以远日点速率小 1 开普勒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 2 由开普勒第二定律知 当离太阳比较近时 行星运行的速度比较快 而离太阳比较远时 行星运行的速度比较慢 3 在开普勒第三定律中 所有行星绕太阳转动的k值均相同 但对不同的天体系统k值不相同 k值的大小由系统的中心天体决定 二 行星运动的近似处理 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 这样 开普勒三定律就可以这样表述 1 行星绕太阳运动的轨道十分接近圆 太阳处在圆心 2 对某一行星来说 它绕太阳做圆周运动的角速度 或线速度 不变 即行星做匀速圆周运动 3 所有行星轨道半径的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等 即 k 例3 2018 牌头中学第一学期期中考试 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 答案 解析 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 答案 针对训练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 解析根据开普勒第三定律 k 得r 设地球与太阳的距离为r1 木星与太阳的距离为r2 则得所以r2 5 2r1 5 2天文单位 选项b正确 解析 达标检测 1 对开普勒第三定律的认识 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是一个与行星有关的常量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 答案 1 2 3 解析开普勒第三定律公式 k k是一个与行星无关的常量 与中心天体有关 选项a错误 a代表行星椭圆轨道的半长轴 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 解析 2 对开普勒第三定律的理解 关于太阳系八大行星的运动 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 公转周期就越小c 水星的半长轴最短 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 解析行星的自转周期与其轨道半长轴无关 a错误 k知 行星轨道的半长轴越长 公转周期就越大 行星轨道的半长轴越短 公转周期就越小 b c错误 d正确 解析 1 2 3 3 开普勒第二定律的应用 某行星绕太阳运行的椭圆轨道如