高中物理 第5章 万有引力与航天 5.1 万有引力定律是怎样发现的课件 沪科版必修2.ppt

5 1从托勒密到开普勒 第5章万有引力与航天 学习目标 1 了解地心说和日心说两种不同的观点 2 理解开普勒行星运动三定律 并能初步运用开普勒行星运动定律解决一些简单问题 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 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 3 局限性哥白尼沿袭着古希腊天文学家的思想 被束缚在 匀速 正圆 的框架内 太阳 匀速圆周运动 太阳 地球 哥白尼 二 开普勒三定律 1 第一定律 轨道定律 所有行星围绕太阳运动的轨道都是 太阳处于所有上 2 第二定律 面积定律 对于每一颗行星而言 太阳和行星的连线在相等的时间内扫过 3 第三定律 周期定律 所有行星轨道的与 的比值都相等 其表达式为 其中a是行星椭圆轨道的半长轴 t是行星公转的周期 k是一个与行星 填 有关 或 无关 而与太阳 填 有关 或 无关 的常量 椭圆 椭圆的一个公共焦点 相等的面积 半长轴的立方 公转周期的平方 无关 有关 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 2 如图1所示是某行星围绕太阳运行的示意图 则行星在a点的速率 在b点的速率 答案 大于 图1 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 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 常数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 其中常数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 图5 例1 多选 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 而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 例2 多选 关于卫星绕地球的运动 根据开普勒定律 我们可以推出的正确结论有a 人造地球卫星的轨道都是椭圆 地球在椭圆的一个焦点上b 卫星绕地球运动的过程中 其速率与卫星到地心的距离有关 距离小时速率小c 卫星运行轨道的半长轴越长 周期越大d 同一卫星绕不同的行星运动 的值都相同 解析 答案 解析由开普勒第一定律知 所有地球卫星的轨道都是椭圆 且地球位于所有椭圆的公共焦点上 a正确 由开普勒第二定律知 卫星离地心的距离越小 速率越大 b项错误 由开普勒第三定律知 卫星运行轨道的半长轴越长 周期越大 c正确 开普勒第三定律成立的条件是对同一行星的不同卫星 有 常量 对于绕不同行星运动的卫星 该常数不同 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 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 二 行星运动的近似处理 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 针对训练木星和地球都绕太阳公转 木星的公转周期约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 4天文单位c 5 2天文单位d 12天文单位 解析 答案 达标检测 1 对开普勒第三定律的认识 多选 开普勒关于行星运动规律的表达式为 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代表行星绕太阳运动的公转周期 答案 解析 1 2 3 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代表行星绕太阳运动的公转周期 选项c错误 d正确 1 2 3 2 开普勒第二定律的应用 如图6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 答案 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会批准 将这颗小行星命名为 钱学森星 以表彰这位 两