2017-2018学年高中创新设计物理教科版必修2学案：第3章第1节天体的运动

1、第 1 节天体的运动学习目标核心提炼1.了解人类对行星运动规律的认识历程。2.知道开普勒三定律的内容。2个学说 地心说、日心说3.能用开普勒三定律分析一些简单的行星运3个定律 开普勒第一、二、三定律动问题。一、日心说阅读教材第42 43 页 “日心说 ”部分，知道地心说、日心说，认识地心说、日心说的不足之处。1地心说：公元 150 年前后，古希腊学者托勒密构建了地心宇宙体系。他认为地球位于宇宙的中心， 是静止不动的， 太阳、月亮以及其他行星都绕地球运动。2日心说：波兰天文学家哥白尼提出日心说，认为太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动。3局限性：都把天体的运动看得很神圣，认为天体的运动必

2、然是最完美、最和谐的匀速圆周运动，而与丹麦天文学家第谷的观测数据不符。思考判断1 太阳是整个宇宙的中心，其他天体都绕太阳运动。()2 太阳每天东升西落，这一现象说明太阳绕着地球运动。( )二、开普勒行星运动定律阅读教材第43 页内容，知道开普勒行星定律的内容。定律内容、公式图示开普勒所有行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太第一定律阳处在椭圆的一个焦点上开普勒从太阳到行星的连线在相等的时间内扫过第二定律相等的面积行星轨道半长轴的三次方与公转周期的二开普勒次方的比值是一个常量第三定律3公式： r 2 k， k 是一个与行星无关的常量T第 1页思维拓展如图 1 所示为地球绕太阳运动的示意图及春分、夏至

3、、秋分、冬至时地球所在的位置。图 1(1)太阳是否在轨道平面的中心？夏至、冬至时地球到太阳的距离是否相同？(2)一年之内秋、冬两季比春、夏两季为什么要少几天？答案(1)不是不相同(2)秋、冬两季比春、夏两季地球运动的快。预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中问题 1问题 2问题 3对开普勒定律的认识要点归纳 1 从空间分布上认识：行星的轨道都是椭圆，不同行星轨道的半长轴不同，即各行星的椭圆轨道大小不同， 但所有轨道都有一个共同的焦点， 太阳在此焦点上。 因此开普勒第一定律又叫焦点定律。2 对速度大小的认识(1)如图 2 所示，如果时间间隔相等，即 t2 t1 t4 t3，由开普勒第二定

4、律，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，所以同一行星在近日点速度最大，在远日点速度最小。3 对周期长短的认识(1) 行星公转周期跟轨道半长轴之间有依赖关系，椭圆轨道半长轴越长的行星，其公转周期越长；反之，其公转周期越短。(2)该定律不仅适用于行星，也适用于其他天体。例如，绕某一行星运动的不同卫星。精典示例 例 1 关于行星绕太阳运动的下列说法中正确的是()A 所有行星都在同一椭圆轨道上绕太阳运动第 2页B行星绕太阳运动时，太阳位于行星轨道的中心处C行星

5、在椭圆轨道上绕太阳运动的过程中，其速度与行星和太阳之间的距离有关，距离小时速度小，距离大时速度大D离太阳越近的行星运动周期越短解析不同行星绕太阳运动时的椭圆轨道不同，但有一个共同的焦点，即太阳位置， A 、B 均错误；由开普勒第二定律知行星离太阳距离小时速度大，距离大时速度小，C 错误；运a3动的周期 T 与半长轴a 满足 T2k， D 正确答案D针对训练1 (2019 济南高一检测)(多选 )16 世纪，哥白尼根据天文观测的大量资料，经过 40 多年的天文观测和潜心研究，提出“日心体系”宇宙图景，即“日心说”的如下基本论点，这四个基本论点目前看存在缺陷的是()A 宇宙的中心是太阳，所有的行星

6、都在绕太阳做匀速圆周运动B地球是绕太阳做匀速圆周运动的行星，月球是绕地球做匀速圆周运动的卫星，它绕地球运动的同时还跟地球一起绕太阳运动C天穹不转动，因为地球每天自西向东转一周，造成天体每天东升西落的现象D与日地距离相比，恒星离地球都十分遥远，比日地间的距离大得多解析所有行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆轨道的一个焦点上；3a行星在椭圆轨道上运动的周期T 和轨道半长轴a 满足 T2恒量，故所有行星实际并不是在做匀速圆周运动，整个宇宙是在不停运动的，A 、 B 、C 符合题意；与日地距离相比，其他恒星离地球都十分遥远，故D 不符合题意。答案ABC开普勒第三定律的应用要点归纳 1 适用

7、范围 ：天体的运动可近似看成匀速圆周运动，开普勒第三定律既适用于做匀速圆周运动的天体，也适用于做椭圆运动的天体。2 用途(1) 知道了行星到太阳的距离，就可以由开普勒第三定律计算或比较行星绕太阳运行的周期。反之，知道了行星的周期， 也可以计算或比较其到太阳的距离。第 3页(2) 知道了彗星的周期，就可以由开普勒第三定律计算彗星轨道的半长轴长度，反之，知道了彗星的半长轴也可以求出彗星的周期。r33 k 值：表达式 T2 k 中的常数k，只与中心天体的质量有关，如研究行星绕太阳运动时，常数 k 只与太阳的质量有关，研究卫星绕地球运动时，常数k 只与地球的质量有关。精典示例 例 2某宇宙飞船进入一个

8、围绕太阳运行的近似圆形轨道，如果轨道半径是地球轨道半径的 9 倍，那么宇宙飞船绕太阳运动的周期是多少年？r3r3r3船地解析由开普勒第三定律T 船 T2 k 得2 2 ，所以宇宙飞船绕太阳运动的周期TT船地3r船3 T 地 27 年。r地答案27 年应用开普勒第三定律的步骤(1)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。(3)根据开普勒第三定律r 13r 23 k 列式求解。22T1T2针对训练 2(2019 金昌高一检测 )行星的运动可看作匀速圆周运动，则行星绕太阳运动的轨道半径 R 的三次方与周期T 的平方的比值为常量

9、，即R32 k，下列说法正确的是 ()TA 公式R3T2k 只适用于围绕太阳运行的行星B围绕同一星球运行的行星或卫星，k 值不相等Ck 值与被环绕星球的质量和行星或卫星的质量都有关系D k 值仅由被环绕星球的质量决定R3故 A 错误； 围绕同一星球运解析 公式2 k 适用于所有环绕体围绕中心天体的运动，T行的行星或卫星，k 值相等；围绕不同星球运行的行星或卫星，k 值不相等，故 B 错误；常数 k 是由中心天体质量决定的，即仅由被环绕星球的质量决定，故C 错误， D 正确。答案 D1 (两种对立的学说 )下列说法正确的是 ()第 4页A 地球是宇宙的中心，太阳、月亮及其他行星都绕地球运动B太阳

10、是宇宙的中心，所有天体都绕太阳运动C太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动D“地心说”和哥白尼提出的“日心说”现在看来都是不完全正确的解析“ 地心说 ” 是错误的，所以A 错误；太阳系在银河系中运动，银河系也在运动，所以 B 、C 错误；从现在的观点看地心说和日心说都是不完全正确的，都是有其时代局限性的， D 正确。答案D2 ( 对开普勒第三定律的理解)(2019 盐城高一检测)理论和实践证明，开普勒定律不仅适用于太阳系中的天体运动，而且对一切天体(包括卫星绕行星的运动)都适用。下面对于开R3普勒第三定律的公式T2 k，下列说法正确的是()A 公式只适用于轨道是椭圆的运动B公式中的k 值

11、，对于所有行星( 或卫星 )都相等C公式中的k 值，只与中心天体有关，与绕中心天体旋转的行星或卫星无关D若已知月球与地球之间的距离，根据公式可求出地球与太阳之间的距离答案C3(开普勒三定律的应用)如图 3 所示， B 为绕地球沿椭圆轨道运行的卫星，椭圆的半长轴为 a，运行周期为TB ；C 为绕地球沿圆周运动的卫星，圆周的半径为r，运行周期为 TC。下列说法或关系式中正确的是()图 3A 地球位于 B 卫星轨道的一个焦点上，位于C 卫星轨道的圆心上B卫星 B 和卫星 C 运动的速度大小均不变33a2 r 2 ，该比值的大小与地球和卫星有关CTBTCa3r3D 2 2 ，该比值的大小不仅与地球有关

12、，还与太阳有关TBTC解析由开普勒第一定律可知，选项A 正确；由开普勒第二定律可知，B 卫星绕地球转动时速度大小在不断变化，选项B 错误；由开普勒第三定律可知，a3r 3 k，比值的大2 2TBTC小仅与地球有关，选项C、 D 错误。答案A第 5页4 (开普勒第三定律的应用)已知两颗行星的质量m1 2m2，公转周期T1 2T2，则它们绕太阳运转轨道的半长轴之比为()A a1 1B a12a22a21Ca1 3 4D a1 1a2a23 4a332a1a1T13解析由 T2 k 知， a23 T22，则 a24，与行星质量无关。答案C5(开普勒第三定律的应用)两个质量分别是m1、m2 的人造地球

13、卫星，分别绕地球做匀速圆周运动，若它们的轨道半径分别是R1 和 R2，则它们的运行周期之比是多少？解析所有人造卫星在绕地球运转时，都遵守开普勒第三定律。因此， 对这两个卫星有33TR1R131213RR R22。T21 T22，所以它们的运行周期之比 T2R2R1 3答案R2 2基础过关1探索宇宙的奥秘，一直是人类孜孜不倦的追求。下列关于宇宙及星体运动的说法正确的是 ()A 地球是宇宙的中心，太阳、月亮及其他行星都绕地球运动B太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动C地球是绕太阳运动的一颗行星D地心说是正确的，日心说是错误的解析由开普勒三定律可知，所有行星绕太阳做椭圆运动，太阳不是宇宙的中

14、心，太阳围绕银河系中心旋转而银河系不过是宇宙中千亿个星系中微不足道的一个，故A、 B、D 错误， C 正确。答案C2太阳系有八大行星，八大行星离太阳的远近不同，绕太阳运转的周期也不相同。下列反映周期与轨道半径关系的图像中正确的是()3解析由开普勒第三定律知RT2 k，所以 R3 kT2， D 正确。答案D第 6页3 (多选 )关于太阳系中各行星的运动，下列说法正确的是()A 太阳系中的各行星有一个共同的轨道焦点B行星的运动方向总是与它和太阳的连线垂直C行星在近日点的速率大于远日点的速率D离太阳“最远”的行星，绕太阳运动的公转周期最长解析开普勒第一定律的内容为：所有行星分别沿不同大小的椭圆轨道绕

15、太阳运动，太阳处于椭圆的一个焦点上，故A 正确；行星的运动方向为轨迹上某一点切线方向，不一定与它和太阳的连线垂直，故B 错误；开普勒第二定律的内容为：对每一个行星而言，太阳与行星的连线在相同时间内扫过的面积相等，可知行星绕太阳运动有近日点和远日点之分，近日点运动快，远日点运动慢，故C 正确；根据开普勒第三定律，所有行星的椭圆轨道的半长轴的三次方与公转周期的二次方成正比，故离太阳越远的行星绕太阳公转的周期越长，故 D 正确。故选A 、C、 D。答案ACD4 (2019 州高一检测德 )2019 年北京时间7 月 4 日下午 1 时 52 分，美国探测器成功撞击“坦普尔一号”彗星，投入彗星的怀抱，

16、实现了人类历史上第一次对彗星的“大对撞”。如图 1 所示，假设“坦普尔一号”彗星绕太阳运行的轨道是一个椭圆，其运动周期为5.74年，则关于“坦普尔一号”彗星的下列说法正确的是()图 1A 绕太阳运动的角速度不变B近日点处线速度小于远日点处线速度C近日点处加速度小于远日点处加速度D其椭圆轨道半长轴的立方与周期的平方之比是一个与太阳质量有关的常数答案D5如图 2 所示是行星m 绕恒星 M 运行的示意图， 下列说法正确的是()图 2A 速率最大点是B 点B速率最小点是C 点Cm 从 A 点运动到B 点做减速运动D m 从 A 点运动到B 点做加速运动第 7页解析由开普勒第二定律可知A 点速率最大，

17、B 点速率最小，故从A 到 B 做减速运动，所以选项A 、 B、 D 错误， C 正确。答案C6某行星绕太阳运行的椭圆轨道如图3 所示， F1 和 F2 是椭圆轨道的两个焦点，行星在A 点的速率比在 B 点的大，则太阳是位于 ()图 3A F2B ACF 1D B解析根据开普勒第二定律：太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积，因为行星在 A 点的速率比在 B 点的速率大，所以太阳在离A 点近的焦点上，故太阳位于F 2。答案A能力提升7地球绕太阳的运行轨道是椭圆，因而地球与太阳之间的距离随季节变化。冬至这天地球离太阳最近， 夏至最远。 下列关于地球在这两天绕太阳公转速度大小的说法中，正确的

18、是()A 地球公转速度是不变的B冬至这天地球公转速度大C夏至这天地球公转速度大D无法确定解析冬至这天地球与太阳的连线短，夏至这天长， 根据开普勒第二定律， 要在相等的时间内扫过的面积相等， 则在相等的时间内冬至时地球运动的路径就要比夏至时长，所以冬至时地球运动的速度比夏至时的速度大，答案选B。答案B8(2019 忻州高一检测 )行星 A、B 的质量分别为m1 和 m2，绕太阳运行的轨道半长轴分别为 r1 和 r 2，则 A、 B 的公转周期之比为 ()A r 1r13r 2B r23Cr 13D无法确定3r 2r333233r1r2T1r1 T1r 1解析由开普勒第三定律 T2 k 得， T12 T22 ，所以 T22 r23， T2r 23， C 正确。答案C第 8页9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，则过近日点时行星的速率为()图 4baA vb avaB vbbvaabCvb bvaD vbava解析若行星从轨道的A 点经足够短的