2019-2020学年高中物理 第3章 1 天体运动课件 教科版必修2

1.天体运动1.了解地心说和日心说的基本内容.2.知道描述行星运动的规律——开普勒三定律.3.了解人类对行星运动的认识历史,加强对天体运动的正确认识.4.了解分析行星运动问题的基本思路.代表人物观点内容知识要点托勒密地心说地球是宇宙的中心,地球静止不动.其他天体都绕地球运动地心说符合人们的日常经验,同时也符合势力强大的宗教神学关于地球是宇宙中心的观点,故地心说统治了人们相当长的时间日心说更好地解释了天体的运动,但也有其局限性,主要表现在:①把太阳作为宇宙的中心,实际上太阳只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观念,实际上行星的轨道是椭圆哥白尼日心说太阳是静止不动的,地球和其他行星都绕太阳运动日心说能很容易地解释天体的运动,因此日心说逐渐受到人们的重视,到17世纪已经建立了日心说的理论体系代表人物观点内容知识要点开普勒第一定律开普勒第一定律(又叫轨道定律)所有行星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(1)开普勒定律是行星绕太阳的运动规律,事实表明该定律也适用于其他天体的运动,如卫星绕行星的运动等(2)各个行星绕太阳运转的常数k均相同;但对不同的天体系统k值不相同,k值的大小由系统的中心天体决定第二定律开普勒第二定律(又叫面积定律)从太阳到行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积代表人物观点内容知识要点开普勒第三定律开普勒第三定律(又叫周期定律)行星轨道半长轴的三次方与公转周期的二次方的比值是一个常量其数学表达式为r3T2=𝑘其中:r代表椭圆轨道的半长轴,T代表公转周期(3)椭圆知识椭圆是一种圆锥曲线,它有两个焦点(F1和F2),OA和OB称为它的半长轴,OC和OD称为它的半短轴探究一探究二对开普勒定律的进一步理解空间行星的轨道都是椭圆,所有椭圆有一个共同的焦点,太阳就在此焦点上否定了行星圆形轨道的说法,建立了正确的轨道理论,给出了太阳准确的位置探究一探究二速度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,远日点速度最小周期根据r3T2=𝑘可知,椭圆轨道半长轴越长的行星,其公转周期越大;反之,其公转周期越小.在图中,半长轴大小是𝐴𝐵间距的一半,𝑇是公转周期.其中常数𝑘与行星无关,只与太阳有关探究一探究二天体运动的处理思路及规律1.天体虽做椭圆运动,但它们的轨道一般接近圆.中学阶段我们在处理天体运动问题时,为简化运算,一般把天体的运动视为匀速圆周运动,椭圆的半长轴即为圆的半径.2.表达式𝑟3𝑇2=𝑘中的常数𝑘只与中心天体的质量有关.如研究行星绕太阳运动时,常数𝑘只与太阳的质量有关;研究卫星绕地球运动时,常数𝑘只与地球的质量有关.对绕不同天体的圆周运动,常数𝑘一般不同.3.天体的运动遵循牛顿运动定律及匀速圆周运动规律.4.开普勒三定律是行星绕太阳运动的定律.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、人造地球卫星绕地球运动等.【例1】火星和木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.火星与木星公转周期相等B.火星和木星绕太阳运行速度的大小始终不变C.太阳位于木星运行椭圆轨道的某焦点上D.相同时间内,火星与太阳连线扫过的面积等于木星与太阳连线扫过的面积点拨:熟记开普勒三定律,逐条分析.解析:根据开普勒火星与木星公转的半径不等,所以火星与木星公转周期不相等,故A错误;行星在椭圆轨道上运动的速度大小不断变化,故B错误;太阳和行星的连线在相同时间内扫过的面积相等是对同一个行星而言,故D错误;开普勒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C正确.答案:C第三定律,𝑟3𝑇2=𝑘,𝑘为常数,题后反思开普勒第三定律应用的注意事项应用开普勒第三定律可分析行星的周期、半径,应用时可按以下步骤分析:(1)首先判断两个行星的中心天体是否相同,只有对同一个中心天体开普勒第三定律才成立.(2)明确题中给出的周期关系或半径关系.(3)根据开普勒第三定律列式求解.【例2】飞船沿半径为R的圆周绕地球运转,其周期为T,如图所示,如果飞船要返回地面,可在轨道上某一点A处将速率降低到适当值,从而使飞船沿着以地心为焦点的椭圆轨道运行,椭圆与地球表面在B点相切,已知地球半径为r,求飞船由A点运动到B点所需的时间.点拨:飞船由圆轨道变为椭圆轨道时,由开普勒第三定律可列方程求解.解析:飞船沿椭圆轨道返回地面,由题图可知,当飞船由A点运动到B点时所需的时间刚好是半个周期,设飞船沿椭圆轨道运动的周期为T',沿圆轨道运动的周期为T,圆轨道的半径为R,地球半径为r,则椭圆的半长轴为𝑅+𝑟2.根据开普勒第三定律有𝑅+𝑟23𝑇'2=𝑅3𝑇2,得T'=𝑇221+𝑟𝑅32=2𝑇41+𝑟𝑘32所以飞船由A点运动到B点的时间为t=𝑇'2=2𝑇81+𝑟𝑅32.答案:2𝑇81+𝑟𝑅32题后反思解答此题应把握以下三点:(1)飞船在不同轨道上的周期不同.(2)确定椭圆轨道半长轴的大小.(3)应用开普勒第三定律列方程.