2023学年完整公开课版行星的运动

第六章万有引力与航天1行星的运动

“日出东方”“日傍西山”，日常生活中我们总是感觉太阳每天绕地球转一圈，有同学说这种说法是错误的。你如何解释这种现象？1.知道地心说和日心说的基本内容。2.知道开普勒三定律，能用三定律解决问题。3.了解人类对行星的认识过程是漫长复杂的，是来之不易的。(重点)一、古代对行星运动规律的认识经历了怎样的过程？

太阳从东边升起，从西边落下结论:

“地心说”地球是静止不动的，是宇宙的中心1.地心说地心说地球是宇宙的中心，是静止不动的，太阳、月亮以及其他星体都绕地球运动.托勒密代表人物统治地位直接经验宗教神学

随着世界航海事业的发展，人们希望借助星星的位置为船队导航，因而对行星的运动观测越来越精确。再加上第谷等科学家经过长期观测及记录的大量的观测数据，用托勒密的“地心说”模型很难得出完美的解答。

如果把地球从天体运动的中心位置移到一个普通的、绕太阳运动的行星的位置，换一个角度来考虑天体的运动，许多问题都可以解决，行星运动的描述也变得简单了。

2.日心说假设地球并不是宇宙的中心，太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动。哥白尼代表人物

“日心说”和宗教的主张是相反的，为宣传和捍卫这个学说，意大利学者布鲁诺被宗教裁判所活活烧死。伽利略受到残酷的迫害。真理最终战胜了谬误：“日心说”之所以能够战胜“地心说”是因为好多“地心说”不能解释的现象“日心说”则能说明，就是说“日心说”比“地心说”更科学、更接近事实。例如：若地球不运动，昼夜交替是太阳绕地球运动形成的，那么每天的情况就应是相同，事实上，每天白天的长短不同，冷暖不同，而“日心说”则能说明这种情况；白昼是地球自转形成的，而四季是地球绕太阳公转形成的。“日心说”也并不是绝对正确的，因为太阳只是太阳系的一个中心天体，而太阳系只是宇宙中众多星系之一，所以太阳并不是宇宙的中心，也不是静止不动的。“日心说”只是比“地心说”更准确一些罢了。开普勒(1571-1630)

德国天文学家二、开普勒三行星运动定律

第谷（1546-1601）丹麦天文学家第谷（丹麦）开普勒（德国）四年多的刻苦计算↓二十年的精心观测↓否定19种假设↓↓行星轨道为椭圆若是匀速圆周运动？8分的误差…↓数据↓1.开普勒第一定律（椭圆轨道定律）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焦点上。

思考：第一定律说明了行星运动轨迹的形状,不同的行星绕太阳运行的椭圆轨道相同吗?1.太阳并不是位于椭圆中心，而是位于焦点处。2.不同行星轨道不同，但所有轨道的焦点重合。

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相等的面积。2.开普勒第二定律（面积定律）行星半长轴a／106km公转周期／T水星5787.97金星108225地球149365火星228687木星7784333土星142610759天王星286930686海王星4495601883.36×10183.35×10183.31×10183.36×10183.36×10183.36×10183.37×10183.36×1018k＝a3

/T2／(m3•s-2)【探究：轨道的半长轴与公转周期的关系】探究结论：3.开普勒第三定律（周期定律）所有行星的轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等。若用a表示椭圆轨道的半长轴，T代表公转周期，则开普勒第三定律告诉我们：行星或卫星中心体半长轴(“x”106km)公转周期(天)K值水星太阳5787.973.36×1018金星1082253.35×1018火星2286873.36×1018同步卫星地球0.042411.02×1013月球0.384427.3221.02×1013【探究：K值的决定因素】【探究归纳】K是一个只与中心天体质量有关的物理量行星轨道半长轴a(106km)轨道半短轴b(106km)水星57.956.7金星108.2108.1地球149.6149.5火星227.9226.9木星778.3777.4土星1427.01424.8观察：六大行星轨道数据表观察：下图是按不同比例尺绘制的太阳系八颗行星及冥王星的轨道【探究归纳】开普勒行星运动定律的近似处理

1.行星绕太阳运动的轨道是圆，太阳处在圆心上。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.所有行星的轨道半径的三次方跟它的公转周期的平方的比值都相等。【规律总结】1.开普勒定律不仅适用于行星，也适用于卫星，只不过此时比值k是由行星质量所决定的另一恒量。2.行星的轨道都跟圆近似，因此计算时可以认为行星做匀速圆周运动。3.开普勒定律是总结行星运动的观察结果而归纳出来的规律，它们每一条都是经验定律，都是从观察行星运动所取得的资料中总结出来的。【对点训练1】(2016·全国卷III)关于行星运动的规律,下列说法符合史实的是(

)A.开普勒在牛顿定律的基础上,导出了行星运动的规律B.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C.开普勒总结出了行星运动的规律,找出了行星按照这些规律运动的原因D.开普勒总结出了行星运动的规律,发现了万有引力定律B

【对点训练2】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，则过近日点时的速率vb为()

解题关键：1.行星运动满足开普勒第二定律;2.行星和太阳的连线在很短时间内扫过的区域可以近似看作三角形，其面积可以按照三角形计算。解析：选C.由开普勒第二定律可知，行星与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相等，取Δt足够短，所扫过的面积近似看作三角形的面积，行星金星地球火星木星公转周期/年0.6151.01.8811.86【对点训练3】太阳系八大行星的公转轨道可近似看作圆轨道．地球与太阳之间的平均距离约为1.5亿千米，结合下表可知，火星与太阳之间的平均距离约为(）A.1.2亿千米B.2.3亿千米C.4.6亿千米D.6.9亿千米解析：选B.由题意可知，行星绕太阳运转时，满足＝常数，设地球的公转周期和公转半径分别为T1、r1，火星绕太阳的公转周期和公转半径分别为T2、r2，则代入数据得，r2＝2.3亿千米．1.开普勒第一定律: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焦点上。2.开普勒第二定律: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相等的面积。3.开普勒第三定律:所有行星的轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等。k的大小与行星无关.短轴长轴1．下列说法正确的是()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”现在看来都是不正确的D2.太阳系的几个行星中，与太阳之间的平均距离越大的行星，它绕太阳公转一周所用的时间（）A.越长B.越短C.相等D.无法判断A3.如图所示是某行星m绕恒星M运行的示意图，下列说法正确的是()A．速率最大点是B点B．速率最小点是C点C．m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C4.“神舟十一号”沿半径为R的圆周轨道绕地球运动，其周期为T，如果飞船要返回地面，可在轨道上