第七章第一节行星的运动

第七章第一节行星的运动——精剖细解学习讲义知识点：行星的运动1、两种对立的学说学说内容代表人物缺点地心说地球是宇宙的中心，是静止不动的；太阳、月球以及其他星体都绕地球运动。托勒密两种学说都不完善，太阳、地球等天体都是运动的，鉴于当时自然科学的认识能力，日心说比地心说更先进，日心说能更完美地解释天体的运动。以后的观测事实表明，哥白尼日心说有一定的优越性。但是，限于哥白尼时代科学发展的水平，哥白尼学说存在两大缺点：①把太阳当作宇宙的中心。实际上太阳仅是太阳系的中心天体，而不是宇宙的中心。②沿用了行星在圆形轨道上做匀速圆周运动的陈旧观念。实际上行星轨道是椭圆的，行星的运动也不是匀速的。日心说太阳是宇宙的中心，是静止不动的；地球和其他行星都绕太阳做匀速圆周运动；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；与日地距离相比，其他恒星离地球都十分遥远，比日地间的距离大得多。哥白尼人类对行星运动规律的认识：远古时期认为是天圆地方；140年托勒密提出地心说；1543年哥白尼提出日心说；1600年开普勒任第谷的助手，开始行星观察数据的收集和整理；1609年开普勒发表了行星运动的第一和第二定律；1619年开普勒又发表了行星运动的第三定律。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，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【答案】D【详解】A．现在看来，地心说是错误，故A错误；BCD．日心说认为太阳是静止不动的，所有天体都绕太阳运行，其实太阳并不是静止不动的，可以知道，日心说比地心说先进，但是也不是完全正确的，故BC错误，D正确．故选D。2．物理学的发展极大地丰富了人类对物质世界的认识,推动了科学技术的创新和革命,促进了物质生产的繁荣与人类文明的进步.关于物理学发展过程中的认识，下列说法正确的是（）A．牛顿第一定律是利用逻辑思维对事实进行分析的产物，不可能用实验直接验证B．开普勒研究了行星运动，从中发现了万有引力定律C．爱因斯坦利用扭秤测出了万有引力常量，被誉为能“称出地球质量的人”D．瓦特提出了太阳是宇宙中心为主要观点的“日心说”【答案】A【详解】A．牛顿第一定律是利用逻辑思维对事实进行分析的产物，不可能用实验直接验证，选项A正确；B．开普勒研究了行星运动，牛顿从中发现了万有引力定律，选项B错误；C．卡文迪许利用扭秤测出了万有引力常量，被誉为能“称出地球质量的人”，选项C错误；D．哥白尼提出了太阳是宇宙中心为主要观点的“日心说”，选项D错误；故选A。3．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【答案】B【详解】开普勒在他的导师第谷天文观测数据的基础上，总结出了行星运动的规律，但并未找出了行星按照这些规律运动的原因；牛顿在开普勒行星运动定律的基础上推导出万有引力定律。故选B。【点睛】本题考查物理学史，是常识性问题，对于物理学上重大发现、发明、著名理论要加强记忆，这也是考试内容之一。2、开普勒三大定律开普勒三大定律的内容定律内容图示/公式开普勒第一定律(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。开普勒第二定律(面积定律)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。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。，k是一个与行星无关的常量。对开普勒三大定律的理解：1、开普勒第一定律解决了行星运动的轨道问题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，如下图所示，不同行星绕太阳运动的椭圆轨道是不同的。开普勒第一定律说明了太阳不是位于椭圆的中心，不同的行星不是位于同一椭圆轨道，而且不同行星的椭圆轨道一般不在同一平面内。2、开普勒第二定律比较了某个行星在椭圆轨道上不同位置的速度大小问题如下图所示，在相等的时间内，面积SA＝SB，这说明离太阳越近，行星在相等时间内经过的弧长越长，即行星在远日点a的速率最小，在近日点b的速率最大。近日点是行星距离太阳最近的点，远日点则为行星距离太阳最远的点。根据开普勒第二定律可知同一行星在近日点时速度最大，在远日点时速度最小。3、开普勒第三定律比较了不同行星周期的长短问题椭圆轨道的半长轴a如下图所示。由开普勒第三定律可知椭圆轨道半长轴越长的行星，其公转周期越长，该定律既适用于行星绕太阳的运动，也适用于卫星绕地球的运动，对于地球卫星，常量k只与地球有关，而与卫星无关，也就是说k值的大小由中心天体决定。遇到题目中椭圆轨道求周期的情景时一般考虑开普勒第三定律。该定律也适用与圆轨道，此时半长轴a为半径r，即。高中阶段行星绕太阳的运动通常按圆轨道处理。因此高中阶段的开普勒三大定律可以这样理解：①多数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速率不变，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。绕同一中心天体运动的两颗行星的轨道半径分别为R1、R2，公转周期分别为T1、T2，则有。要注意长轴是指椭圆中过焦点与椭圆相交的线段，半长轴即长轴的一半，注意它和远日点到太阳的距离不同。4．对于开普勒定律的理解，下列说法不正确的是（）A．开普勒根据第谷对行星的观测数据，总结得出了开普勒三定律B．行星围绕太阳运动的轨道半径跟它公转周期成正比C．行星围绕太阳运动的轨迹是椭圆，太阳处于椭圆的一个焦点上D．行星距离太阳越近，其运动速度越大，距离太阳越远，其运动速度越小【答案】B【详解】A．开普勒根据第谷对行星的观测数据，总结得出了开普勒三定律，A正确；B．根据开普勒第三定律：行星围绕太阳运动的轨道半径的三次方跟它公转周期的平方成正比，B错误；C．根据开普勒第一定律：行星围绕太阳运动的轨迹是椭圆，太阳处于椭圆的一个焦点上，C正确；D．根据开普勒第一定律可知，行星距离太阳越近，其运动速度越大，距离太阳越远，其运动速度越小，D正确。故不正确的选B。5．2022年2月4日北京冬奥会开幕式以二十四节气为倒计时，最后定格于立春节气，惊艳全球，二十四节气，代表着地球在公转轨道上的二十四个不同的位置，如图所示，从天体物理学可知地球沿椭圆轨道绕太阳运动所处四个位置，分别对应我国的四个节气，以下说法正确的是（）A．地球绕太阳运行方向（正对纸面）是顺时针方向B．地球绕太阳做匀速率椭圆轨道运动C．地球从夏至至秋分的时间小于地球公转周期的四分之一D．冬至时地球公转速度最大【答案】D【详解】A．二十四节气中，夏至在春分后，秋分在夏至后，地球绕太阳运行方向（正对纸面）是逆时针方向。A错误；B．由开普勒第一定律知地球绕太阳运动的轨道是椭圆，由开普勒第二定律，地球与太阳的连线在相等时间内扫过的面积相等，地球绕太阳是非匀速率椭圆轨道运动。B错误；C．由开普勒第二定律，地球与太阳的连线在相等时间内扫过的面积相等，可知地球在近地点比远地点转动的快，地球从夏至至秋分的时间大于地球公转周期的四分之一。C错误；D．由开普勒第二定律，地球与太阳的连线在相等时间内扫过的面积相等,近地点公转速度最快，即冬至时地球公转速度最大。D正确。故选D。6．关于行星绕太阳运动的说法正确的是(

)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．某行星绕太阳运动，它离太阳越近速率越小D．所有行星轨道半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等【答案】D【详解】AB、开普勒第一定律可得,所有行星都绕太阳做椭圆运动,且太阳处在所有椭圆的一个焦点上.故AB错误;C、由开普勒第二定律可得，在相同时间内行星与太阳的连线扫过的面积相等，故离太阳越近速率越大，故C错误；D、由开普勒第三定律,所有行星的轨道半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等,故D正确；故选D.点睛：开普勒第一定律是太阳系中的所有行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆,太阳处在所有椭圆的一个焦点上.在相等时间内,太阳和运动着的行星的连线所扫过的面积都是相等的.开普勒第三定律中的公式,可以知道半长轴的三次方与公转周期的二次方成正比.7．火星和地球都绕太阳运动，已知火星离太阳较远，下列说法正确的是（）A．太阳在火星运动轨道的中心处B．火星和地球在同一椭圆轨道上运动C．火星公转周期比地球公转周期大D．火星轨道半长轴比地球轨道半长轴小【答案】C【详解】A．火星绕太阳运动时，太阳位于火星轨道椭圆的一个焦点上，A错误；BD．地球和火星在不同椭圆轨道上绕太阳运动，火星离太阳较远，则火星轨道的半长轴大于地球轨道的半长轴，BD错误；C．根据开普勒第三定律有由于火星轨道的半长轴大于地球轨道的半长轴，因此火星的公转周期大于地球的公转周期，C正确。故选C。8．海王星绕太阳的公转轨道是个椭圆，公转周期为，其近日点到太阳的距离为a，远日点到太阳的距离为b，半短轴的长度为c，A、B、C、D分别为长短轴的端点，如图所示。若太阳的质量为M，万有引力常量为G，忽略其他行星对它的影响，则下列说法正确的是（

）A．海王星从A→B→C的过程中，速率逐渐变大B．海王星从A→B所用的时间等于C．海王星从B→C→D的过程中所用的时间与从D→A→B的过程中所用的时间相等D．由开普勒行星运动定律知，所有行星绕太阳运行的轨道不一定在同一个平面内【答案】D【详解】A．根据开普勒第二定律可知，海王星从A→B→C的过程中，速率逐渐变小，故A错误；B．海王星从A→B的速度大于从B→C的速度，所以海王星从A→B所用的时间小于，故B错误；C．海王星从B→C→D走过的路程等于从D→A→B的路程，但B→C→D段的运动速度小于D→A→B的速度，所以两段路径所用的时间不相等，故C错误；D．由开普勒行星运动定律可知，所有行星绕太阳运行的轨道不一定在同一个平面内，故D正确。故选D。9．地球和金星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行，根据开普勒行星运动定律可知（）A．太阳位于金星运行轨道的中心B．它们在近日点速度小于远日点速度C．地球和金星公转周期的平方之比等于它们轨道半长轴的立方之比D．地球和金星绕太阳运行速度的大小始终相等【答案】C【详解】A．根据开普勒第一定律，所有行星分别沿不同大小的椭圆轨道绕太阳运动，太阳处于椭圆的一个焦点上，故A错误；B．根据开普勒第二定律，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。所以行星距离太阳越近，速度越大，在近日点速度大于远日点速度，故B错误；C．根据开普勒第三定律，可知即地球和金星公转周期的平方之比等于它们轨道半长轴的立方之比，故C正确；D．根据开普勒第二定律——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，速度始终在变化；对于处于不同轨道的地球和金星，绕太阳运行速度的大小不相等，故D错误。故选C。多选题10．由数学知识知，椭圆的焦距与半长轴长度的比值称为椭圆的离心率，用e表示，e越接近1，椭圆越扁。下表是太阳系部分行星椭圆轨道的半长轴和离心率的数值，其中半长轴以地球轨道的半长轴为单位。从表中数据看，关于椭圆轨道最扁的行星以及木星的公转周期，下列说法正确的是（

）行星水星金星地球火星木星半长轴a0.3870.7231.0001.5245.205离心率e0.2060.0070.0170.0930.048A．金星椭圆轨道最扁 B．水星椭圆轨道最扁C．木星的公转周期约为12年 D．木星的公转周期约为76年【答案】BC【详解】AC．由题意知e越接近1，椭圆越扁，所以水星椭圆轨道最扁，故A错误，B正确；BD．由开普勒第三定律得解得故C正确，D错误。故选BC。11．如图是某行星绕太阳运行的椭圆轨道示意图，下列说法正确的是（）A．太阳处在椭圆轨道的一个焦点上B．图中行星与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相等C．对于任意一个行星，在近日点的速率小于在远日点的速率D．距离太阳越远的行星运行周期越长【答案】ABD【详解】A．根据开普勒第一定律，所有行星绕太阳运动的轨道均为椭圆，太阳处在椭圆轨道的一个焦点上，故A正确；B．根据开普勒第二定律，某一行星与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相等，故B正确；C．对于任意一个行星，在近日点的速率大于在远日点的速率，故C错误；D．根据开普勒第三定律，距离太阳越远的行星，轨道的半长轴越大，所以运行周期越长，故D正确。故选ABD。12．行星沿不同的椭圆轨道绕太阳运动，根据开普勒行星运动定律可知（

）A．所有椭圆轨道的中心重合，太阳处在该中心上B．所有行星都是在近日点速度比在远日点的速度大C．椭圆轨道半长轴长的行星，绕太阳运行一周的时间也长D．如果将行星的轨道近似看作圆，则行星做匀速圆周运动【答案】BCD【详解】A．所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上，故A错误；B．行星从近日点到远日点万有引力做负功，动能减小，速度减小，故B正确；C．根据开普勒第三定律得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，所以椭圆轨道半长轴长的行星，绕太阳运行一周的时间也长，故C正确；D．如果将行星的轨道近似看作圆，太阳对行星的引力提供其所需的向心力，则行星做匀速圆周运动，故D正确。故选BCD。13．关于开普勒行星运动定律，下列说法正确的是A．所有行星围绕太阳的运动轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上B．对于任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间内扫过相等的面积C．表达式R3/T2=k,k是一个与行星无关的常量D．表达式R3/T2=k,T代表行星运动的自转周期【答案】ABC【详解】A、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太阳运动，太阳处于椭圆的一个焦点上．故A正确；B、开普勒第二定律的内容为：对于任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间内扫过相等的面积，故B正确．C、D、第三定律：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，k是与环绕天体无关，与中心天体有关的常量，而T为环绕天体的公转周期，故D错误，C正确．故选ABC．【点睛】正确理解开普勒的行星运动三定律是解答本题的关键，注意理解面积定律的意义，知道行星在远日点的速率小于在近日点的速率．14．对开普勒第一定律的理解，下列说法正确的是（）A．太阳系中的所有行星有一个共同的轨道焦点B．行