（高考物理）行星的运动知识和试题详解

问题1：什么是行星？答：2006年，国际天文学联合会（IAU）定义行星是这样一种天体：第一：绕太阳进行公转；第二：天体的质量必须大到足够使自身成为一个球体；第三：在它的轨道附近有明显的“邻居”（卫星）。太阳系共有八颗行星：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。问题2：关于行星的运动规律，人们经历了怎样的认识过程？答：人类对于所生活的宇宙，自古以来就充满好奇。公元2世纪，古希腊天文学家托勒密提出的地心说”认为地球是宇宙的中心，是静止不动的，大阳、月亮以及其他行星都绕地球运动。

“地心说”不仅符合人们的直接经验，也符合势力强大的宗教神学关于地球是宇宙中心的认识，故地心说占据了统治地位接近1400年。16世纪波兰天文学家哥白尼在《天体运行论》提出的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。这一思想因违背了教会权威而被称为“异教邪说”。17世纪初，伽利略利用自己发明的望远镜观察到了木星卫星绕木星的运动，进一步证明了地球不是宇宙的中心。17世纪，丹麦天文学家弟谷经过20年的天文观测，提出行星绕太阳做匀速圆周运动的模型。德国天文学家开普勒作为弟谷的助手，分析了弟谷留下的大量观测数据，并在此基础上提出了行星运动的三大定律。问题3：开普勒发现行星的运动具有怎样的规律？答：德国天文学家开普勒在研究了丹麦天文学家弟谷的观测记录，发现了行星运动的三大定律：①第一定律（轨道定律）：所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳在椭圆的一个焦点上。②第二定律（面积定律）：

对任意行星来说，它与太阳的连线在相等的时间内扫过相等的面积。若用r1、r2分别表示行星运行轨道上近地点和远地点两个位置到太阳的距离，在两个位置附近取极短的一段时间Δt，根据开普勒第二定律，可得则行星在这两个位置的速度之比v1：v2为根据上述表达式可知，行星在远日点运行的速率一定小于近日点运行的速率。③第三定律（周期定律）：所有行星轨道的半长轴a的三次方跟它的公转周期T的平方的比都相等：问题4：如何利用开普勒的行星运动定律解释一些事实或者现象？答：如图所示，高中地理选择性必修1中有这样的描述：春分点和秋分点把地球公转轨道等分为两部分。通常年份，北半球夏半年(自春分日至秋分日)的日数是186天，冬半年(自秋分日至次年春分日)的日数是179天。为什么我国春夏两季的时间会比秋冬两季长呢？出现上述现象的原因是，根据开普勒第一定律，太阳位于椭圆轨道的一个焦点上；根据开普勒第二定律，如图中所示，地球春夏两季绕太阳公转的运行速率小于秋冬两季，所以北半球春夏两季的时间比秋冬两季长。问题5：为什么可以将行星的运动轨迹看成圆？答：虽然行星绕太阳的轨道是椭圆，并且绕太阳运动的速率不断变化，但如图中数据所示，所有行星椭圆轨道偏心率都很小，均小于0.3。因此在研究行星的运动时可将行星的运行轨道视为圆。问题6：将行星的运动轨迹按圆处理后，如何描述行星的运动规律？答：若将行星的运动轨迹视为圆，则其运动规律如下：①行星绕太阳运动的轨道为圆轨道，太阳处在圆心位置。②行星绕太阳运行的速率不变，行星做匀速圆周运动③行星的轨道半径r的三次方与周期T的平方之比都相等，即问题7：如何利用行星的观测数据，验证问题5中的第三条规律？答：如图所示为太阳系六颗行星的轨道半径和公转周期。将表格中的数据输入到Exel表格中，然后插入散点图