-第三章万有引力定律第一节天体运动

1、第三章第三章 万有引力定律万有引力定律 第一节第一节 天体运动天体运动知识与技能知识与技能1.1.知道地心说和日心说的基本内容知道地心说和日心说的基本内容2.2.知道开普勒行星运动定律的内容知道开普勒行星运动定律的内容过程与方法过程与方法1.1.了解观察在发现行星运动规律中的作了解观察在发现行星运动规律中的作 用用2.2.了解科学研究方法对人类认识自然的重了解科学研究方法对人类认识自然的重要作用要作用情感、态度情感、态度与价值观与价值观通过了解人类认识行星运动规律过程的曲通过了解人类认识行星运动规律过程的曲折与艰辛，掌握人类认识自然规律的科学折与艰辛，掌握人类认识自然规律的科学方法方法. .课

2、标解读课标解读重点难点重点难点1.1.了解地心说和日心说的基了解地心说和日心说的基本内容本内容2.2.知道描述行星运动的规律知道描述行星运动的规律开普勒三定律开普勒三定律3.3.知道人们对行星运动的认知道人们对行星运动的认识过程是漫长的，了解对天识过程是漫长的，了解对天体运动正确认识的重要性体运动正确认识的重要性4.4.了解处理行星运动问题的了解处理行星运动问题的基本思路基本思路. .1.1.人类对行星运动规律的人类对行星运动规律的认识历程认识历程( (重点重点) )2.2.开普勒行星运动定律开普勒行星运动定律( (重点重点) )3.3.对开普勒行星运动定律对开普勒行星运动定律的理解和应用的理

3、解和应用( (难点难点) )思考：思考：1.古代人对天体运动存在哪些看法？古代人对天体运动存在哪些看法？2.“地心说地心说”和和“日心说日心说”的观点分别是什么？的观点分别是什么？3.哪种学说统治时间更长？为什么哪种学说统治时间更长？为什么? 地心说最初是由古希腊学者欧多克斯提出，后经亚里士地心说最初是由古希腊学者欧多克斯提出，后经亚里士多德、托勒密进一步发展而逐渐建立和完善起来。多德、托勒密进一步发展而逐渐建立和完善起来。(1)代表人物：代表人物：托勒密托勒密 1、地心说的建立与发展、地心说的建立与发展 (2)(2)基本观点：基本观点：地球位于宇宙的中心地球位于宇宙的中心地球是静止不动的地球

4、是静止不动的所有其他天体都围绕地球匀速转动所有其他天体都围绕地球匀速转动（3 3）代表作：）代表作： 天文学大成天文学大成 (3) (3)统治很长时间的原因：统治很长时间的原因： 符合人们的日常经验；符合人们的日常经验； 符合宗教地球是宇宙的中心的说法符合宗教地球是宇宙的中心的说法。 2. 2.日心说的建立与发展日心说的建立与发展（1）代表人物：完整的日心说宇宙模型是由波兰天文）代表人物：完整的日心说宇宙模型是由波兰天文 学家学家哥白尼哥白尼在在1543年发表的年发表的天体运行论天体运行论中提出的。中提出的。 约在公元前约在公元前260260年，古希腊天文学家阿利年，古希腊天文学家阿利斯塔克最

5、早提出了日心说的观点。但真斯塔克最早提出了日心说的观点。但真正发展并完善日心说的，是来自波兰的正发展并完善日心说的，是来自波兰的哥白尼（哥白尼（1473-15431473-1543）。）。（2）基本观点：）基本观点：太阳是不动的，而且在宇宙中心，水星、金星、火星、太阳是不动的，而且在宇宙中心，水星、金星、火星、木星、土星和地球一样，都在圆形轨道上匀速率地绕着太木星、土星和地球一样，都在圆形轨道上匀速率地绕着太阳公转。阳公转。月球是地球的卫星，它在以地球为中心的圆轨道上每月球是地球的卫星，它在以地球为中心的圆轨道上每月绕地球转一周，并随地球绕太阳公转。月绕地球转一周，并随地球绕太阳公转。地球每天

6、自转一周，天穹实际上不转动，只是由于地地球每天自转一周，天穹实际上不转动，只是由于地球的自转才是我们看到了日月星辰每天东升西落的现象。球的自转才是我们看到了日月星辰每天东升西落的现象。 思考思考：“日心说日心说”的观点正确吗？的观点正确吗？（1 1）把太阳作为宇宙的中心把太阳作为宇宙的中心, ,实际上太阳仅是太阳系的中实际上太阳仅是太阳系的中心天体心天体, ,而不是宇宙的中心而不是宇宙的中心. . （2 2）沿用了行星在圆形轨道上做匀速圆周运动的陈旧观）沿用了行星在圆形轨道上做匀速圆周运动的陈旧观点点, ,实际上行星轨道是椭圆的实际上行星轨道是椭圆的, ,运动也不是匀速的运动也不是匀速的. .

7、（3 3）两种观点受人们意识的限制，是人类发展到不同历）两种观点受人们意识的限制，是人类发展到不同历史时期的产物两种观点都具有历史局限性，现在看来都史时期的产物两种观点都具有历史局限性，现在看来都是不完全正确的是不完全正确的. .3、第谷的天文学观测 哥白尼的宇宙体系动摇了基督教宇宙体系的根基，哥白尼的宇宙体系动摇了基督教宇宙体系的根基，但它并没有在天文测算的精确度上有多大的提高。近但它并没有在天文测算的精确度上有多大的提高。近代早期最重要的观测工作是由丹麦的第谷（代早期最重要的观测工作是由丹麦的第谷（1546-1546-16011601）进行的。）进行的。 第谷，1576年，在丹麦国王的资助

8、下，建立天文台。被称为“星学之王”。仙后座的新星爆发 第谷在1572年时发现在仙后座中有一颗很亮的新星，从此连续十几个月观察这颗星从明亮到消失的过程，并用仪器定位确证是恒星（后称第谷星，是银河系一颗超新星），打破了历来“恒星不变”的学说 开普勒（1571-1630）是继哥白尼之后第一个站出来捍卫太阳中心说、并在天文学方面有突破性成就的人物，被后世的科学史家称为“天上的立法者”。4、 “天上的立法者” 开普勒幼年时期很不幸，通过自身不懈的努力完成了第谷未完成的工作，为万有引力定律的发现奠定了基础 德国天文学家开普勒（德国天文学家开普勒（1571-16301571-1630）在最初研究他的）在最初

9、研究他的导师家第谷（导师家第谷（1546-16011546-1601）所记录的数据时，也是以行星）所记录的数据时，也是以行星绕太阳做匀速圆周运动的模型来思考问题的，但是所得结绕太阳做匀速圆周运动的模型来思考问题的，但是所得结果却与第谷的观测数据果却与第谷的观测数据至少有至少有8 8分的角度误差。分的角度误差。当时公认当时公认的第谷的的第谷的观测误差不超过观测误差不超过2 2分，分，开普勒想，这不容忽视的开普勒想，这不容忽视的8 8分分也许是因为人们认为行星绕太阳做匀速圆周运动所造成也许是因为人们认为行星绕太阳做匀速圆周运动所造成的。的。至此，人们长期以来视为真理的观念至此，人们长期以来视为真理

10、的观念天体做匀速天体做匀速圆周运动，第一次受到了怀疑。后来开普勒又仔细研究了圆周运动，第一次受到了怀疑。后来开普勒又仔细研究了第谷的观测资料，经过第谷的观测资料，经过四年多四年多的刻苦计算先后否定了的刻苦计算先后否定了1919种种设想，最后终于发现了天体运行的规律开普勒三大定律。设想，最后终于发现了天体运行的规律开普勒三大定律。 所有的行星所有的行星围绕太阳运动的围绕太阳运动的轨道都是轨道都是椭圆椭圆,太太阳处在所有椭圆的一个焦点上阳处在所有椭圆的一个焦点上 1、第一定律、第一定律 (轨道定律轨道定律)二二 、开普勒定律开普勒定律 说明：说明：1.不同的行星，轨道不同，半长轴不同。不同的行星，

11、轨道不同，半长轴不同。 2.对不同的行星，太阳总在他们椭圆轨道的一个焦点对不同的行星，太阳总在他们椭圆轨道的一个焦点上上。3 3、行星的运动方向总是沿着轨道的切线方向。、行星的运动方向总是沿着轨道的切线方向。4 4、但行星绕太、但行星绕太阳的运动不是匀阳的运动不是匀速圆周运动，行速圆周运动，行星的速度方向并星的速度方向并不总是垂直于行不总是垂直于行星和太阳的连线星和太阳的连线。开普勒行星运动的三大定律开普勒行星运动的三大定律将一条绳的两端固定在两个定点将一条绳的两端固定在两个定点（图钉）上，以铅笔拉紧绳子所（图钉）上，以铅笔拉紧绳子所画出的图形即为椭圆。这两个定画出的图形即为椭圆。这两个定点称

12、为此椭圆的两个焦点。从椭点称为此椭圆的两个焦点。从椭圆上任一点至两焦点的距离之和圆上任一点至两焦点的距离之和为一定值，既为一定值，既 常数。常数。O O点为对称中心点点为对称中心点, , 称为半长轴；称为半长轴； 称为半称为半短轴；短轴；F F1 1F F2 2称为焦距。称为焦距。21PFPFaONOMbOSORcOFOF212.2.开普勒第二定律（面积定律）开普勒第二定律（面积定律） 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。内扫过相等的面积。思考：行星运行的速度变化有什么规律呢思考：行星运行的速度变化有什么规律呢? ?

13、离太阳近时速度快，离太阳远时速度慢所以行星绕离太阳近时速度快，离太阳远时速度慢所以行星绕太阳不是做匀速圆周运动太阳不是做匀速圆周运动 所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等。方的比值都相等。 r 3 / T 2 = K3.3.开普勒第三定律（周期定律）开普勒第三定律（周期定律）说明：开普勘定律不仅适用于行星绕太阳运动，也适说明：开普勘定律不仅适用于行星绕太阳运动，也适用于用于卫星绕着地球转卫星绕着地球转，不过比例式中的，不过比例式中的k k是不同的，与是不同的，与中心天体有关中心天体有关K K是一个只决定于是一个只决定于中心天

14、体质中心天体质量的物理量的物理量，与行星无关量，与行星无关 r 练习练习1 1：1616世纪，哥白尼根据天文观测的大量资料，经过世纪，哥白尼根据天文观测的大量资料，经过4040多年多年 的天文观测和潜心研究，提出的天文观测和潜心研究，提出“日心说日心说”的如下四个基的如下四个基 本论点，这四个论点目前看存在缺陷的本论点，这四个论点目前看存在缺陷的 是（是（ ） A. A.宇宙的中心是太阳，所有行星都在绕太阳做匀速圆周运动宇宙的中心是太阳，所有行星都在绕太阳做匀速圆周运动 B. 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

15、卫星，它速圆周运动的卫星，它 绕地球运转的同时还跟地球一起绕绕地球运转的同时还跟地球一起绕 太阳运动太阳运动 C. C.天穹不转动，因为地球每天自西向东自转一周，造成天体天穹不转动，因为地球每天自西向东自转一周，造成天体 每天东升西落的现象每天东升西落的现象 D. D.与日地距离相比，恒星离地球都十分遥远，比日地间的距与日地距离相比，恒星离地球都十分遥远，比日地间的距 离大得多。离大得多。ABCABCD练习练习3 3、木星绕太阳转动的周期为地球绕太阳转动的周、木星绕太阳转动的周期为地球绕太阳转动的周期的期的1212倍倍, ,则木星绕太阳运动的轨道半长轴约为地球绕则木星绕太阳运动的轨道半长轴约为

16、地球绕太阳半长轴的几倍太阳半长轴的几倍? ?3218RR木地因为因为r218r1，地球公转周期为，地球公转周期为1年，所以可知哈雷彗星的周年，所以可知哈雷彗星的周期为期为 T2 T176年年答案：2062年远远的街灯明了，远远的街灯明了， 好像闪着无数的明星。好像闪着无数的明星。 天上的明星现了，天上的明星现了， 好像点着无数的街灯。好像点着无数的街灯。 我想那缥渺的空中，定然有美丽的街市。我想那缥渺的空中，定然有美丽的街市。天上的街市天上的街市 -郭沫若郭沫若例例. .有两个人造地球卫星，它们绕地球运转的轨道半径之比是有两个人造地球卫星，它们绕地球运转的轨道半径之比是1 1：2 2，则它们绕

17、地球运转的周期之比为则它们绕地球运转的周期之比为_2:1特别提醒：开普勒三定律是行星绕太阳运动的特别提醒：开普勒三定律是行星绕太阳运动的总结定律，实践表明该定律也适用于其他天体总结定律，实践表明该定律也适用于其他天体的运动，如月球绕地球运动、卫星绕木星运动，的运动，如月球绕地球运动、卫星绕木星运动，甚至人造卫星绕地球运动等甚至人造卫星绕地球运动等实际上，由于行星的椭圆轨道都跟圆很接近实际上，由于行星的椭圆轨道都跟圆很接近三、行星运动的近似处理三、行星运动的近似处理在中学阶段，我们将椭圆轨道按照圆形轨道处理，则开普在中学阶段，我们将椭圆轨道按照圆形轨道处理，则开普勒定律描述为：勒定律描述为：1.

18、1.所有的行星围绕所有的行星围绕太阳运动的轨道太阳运动的轨道都是椭圆，太阳都是椭圆，太阳处在所有椭圆的处在所有椭圆的一个一个焦点焦点上上1.1.行星绕太阳运动的轨道十分行星绕太阳运动的轨道十分接近圆，太阳处在接近圆，太阳处在圆心圆心3.3.所有行星的轨道的半所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相期的二次方的比值都相等等3.3.所有行星的轨道的半径的所有行星的轨道的半径的三次方跟公转周期的二次方三次方跟公转周期的二次方的比值都相等。即的比值都相等。即a/T=k2. 2. 对于每一个行星而言对于每一个行星而言，太阳和行星的联线在，太阳和行星的联线在相等的时间内扫过相等的时间内扫过相等相等的面积的面积2.2.对于