2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理必修2 第7章万有引力与宇宙航行第1节行星的运动课件

第七章万有引力与宇宙航行1.行星的运动一、地心说和日心说【情境思考】人类对天体的运动看法存在着地心说和日心说,两种学说的基本观点分别是什么?提示:地心说认为地球是静止不动的;日心说认为太阳是静止不动的.1.地心说:_____是宇宙的中心,是静止不动的,太阳、月亮以及其他星体都绕_____运动.2.日心说:_____是静止不动的,地球和其他行星都绕_____运动.3.局限性:都把天体的运动看得很神圣,认为天体的运动必然是最完美、最和谐的_____________,而与丹麦天文学家第谷的观测数据不符.地球地球太阳太阳匀速圆周运动二、开普勒行星运动定律【情境思考】“银烛秋光冷画屏,轻罗小扇扑流萤.天阶夜色凉如水,卧看牵牛织女星.”诗中,牵牛星和织女星的运动遵循一定的规律吗?提示:遵循一定规律.1.开普勒第一定律:(1)内容:所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆,太阳处在椭圆的一个_____上.(2)图示:焦点2.开普勒第二定律:(1)内容: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的_____相等.(2)图示:面积3.开普勒第三定律:(1)所有行星轨道的半长轴的三次方跟它的公转_____的二次方的比都相等.(2)表达式:____=k(用a代表椭圆轨道的半长轴,T代表公转周期).(3)图示:周期【易错辨析】(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.

()(3)开普勒第三定律的公式

=k中的k值,对于所有行星(或卫星)都相等.

()(4)开普勒在天文观测数据的基础上总结出了行星运动的规律.

()(5)开普勒总结出了行星运动的规律并找出了行星按照这些规律运动的原因.

()×××√×知识点一对开普勒定律的认识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)行星靠近太阳时速度增大,远离太阳时速度减小,近日点速度最大,远日点速度最小.(2)描述了行星在其轨道上运行时,线速度的大小不断变化并阐明了速度大小变化的数量关系.3.对周期长短的认识: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.【问题探究】如表所给出的是太阳系中八大行星绕太阳做椭圆运动的平均轨道半径的数值和周期的数值.从表中任意选择三个行星验证开普勒第三定律,并计算常量k=

的值.行星平均轨道半径/m周期/s水星5.79×10107.60×106金星1.08×10111.94×107地球1.49×10113.16×107火星2.28×10115.94×107木星7.78×10113.74×108土星1.43×10129.30×108天王星2.87×10122.66×109海王星4.50×10125.20×109通过计算得出的k值是否相同?提示:通过计算得出k值近似相等.【典例示范】【典例】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B.行星绕太阳运动时,太阳位于行星轨道的中心处C.行星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.轨道半长轴越短的行星运动周期越短【解析】选D.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;运动的周期T与半长轴a满足=k,D正确.【素养训练】(多选)在天文学上,春分、夏至、秋分、冬至将一年分为春、夏、秋、冬四季.如图所示,从地球绕太阳的运动规律入手,下列判断正确的是 (

)A.在冬至日前后,地球绕太阳的运行速率较大B.在夏至日前后,地球绕太阳的运行速率较大C.春夏两季与秋冬两季时间相等D.春夏两季比秋冬两季时间长【解析】选A、D.冬至日前后,地球位于近日点附近,夏至日前后地球位于远日点附近,由开普勒第二定律可知近日点速率最大,选项A正确,B错误.春夏两季平均速率比秋冬两季平均速率小,又因所走路程基本相等,故春夏两季时间长.春夏两季一般在186天左右,而秋冬两季只有179天左右,选项C错误,D正确.知识点二开普勒第三定律的应用1.适用范围: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.(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,知道了彗星轨道的半长轴也可以求出彗星的周期.(3)近似处理:由于行星的椭圆轨道都跟圆近似,在近似计算中可以认为行星都以太阳为圆心做匀速圆周运动.【典例示范】【典例】飞船沿半径为R的圆周绕地球运动,其周期为T.如果飞船要返回地面,可在轨道上某点A处,将速率降低到适当数值,从而使飞船沿着以地心为焦点的椭圆轨道运动,椭圆和地球表面在B点相切,如图所示.如果地球半径为R0,求飞船由A点运动到B点所需要的时间.【解析】飞船沿椭圆轨道返回地面,由题图可知,飞船由A点到B点所需要的时间刚好是沿图中整个椭圆运动周期的一半,椭圆轨道的半长轴为,设飞船沿椭圆轨道运动的周期为T′.根据开普勒第三定律有解得T′=所以飞船由A点到B点所需要的时间为t=答案:

【素养训练】(教材二次开发·教材P48【练习与应用】T1变式题)木星的公转周期约为12年,若把地球到太阳的距离作为1天文单位,则木星到太阳的距离约为 (

)A.2天文单位 B.4天文单位C.5天文单位 D.12天文单位【解析】选C.木星、地球都环绕太阳沿椭圆轨道运动,近似计算时可当成圆轨道处理,因此它们到太阳的距离可当成是绕太阳公转的轨道半径,根据开普勒第三定律得·r地≈5天文单位,C正确.【拓展例题】考查内容:微分法在开普勒第二定律中的应用【典例】某行星沿椭圆轨道运行,远日点A离太阳的距离为a,近日点B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vB为 (

)A.

vA

B.

vA C.

vA D.

vA【解析】选C.如图所示,

由开普勒第二定律知,太阳和行星的连线在相等的时间里扫过的面积相等,取足够短的时间Δt,则有vA·Δt·a=vB·Δt·b,所以vB=vA,C正确.行星运动规律的探索地心说：地球静止不动,是宇宙的中心,其他行星都绕地球旋转日心说：太阳静止不动,地球和其他行星绕太阳运动开普勒三定律:1.所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆,太阳在椭圆的一个焦点上.2.任意一个行星,与太阳连线在相等时间内扫过的面积相等.3.所有行星轨道的半长轴的三次方与公转周期的平方的比值相等.【生活情境】如图所示为地球绕太阳运动的示意图及春分、夏至、秋分、冬至时地球所在的位置.探究:(1)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)不相同.(2)地球在秋、冬两季比春、夏两季运动得快.【史学情境】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“日心说”的基本论点.问题:下列关于哥白尼提出“日心说”的基本论点,目前看是否存在缺陷,请指出.(1)宇宙的中心是太阳,所有行星都绕太阳做匀速圆周运动;(2)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,它绕地球运转的同时还跟地球一起绕太阳运动;(3)太阳不转动,地球每天自西向东转一周,造成太阳每天东升西落的现象;(4)与日地距离相比,恒星离地球都十分遥远,比日地间的