2019-2020学年新教材高中物理 第七章 万有引力与宇宙航行 7.1 行星的运动课件 新人教版必

1．行星的运动知识导图,核心素养物理观念：行星的运行轨道及运行规律．科学思维：用圆周运动规律近似处理行星的椭圆运动．科学探究：归纳总结开普勒定律的科学认知过程．科学态度与责任：开普勒定律在分析实际问题中的应用.知识点一地心说与日心说阅读教材第44页第1自然段．1．地心说：是宇宙的中心，是的，太阳、月球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、最和谐的运动，而与丹麦天文学家第谷的观测数据不符．,地球静止不动地球太阳太阳匀速圆周知识点二开普勒定律阅读教材第44～45页“开普勒定律”部分．定律内容公式或图示开普勒第一定律所有绕太阳运动的轨道都是，太阳处在的一个上开普勒第二定律对行星来说，它与太阳的连线在内扫过的行星椭圆椭圆焦点任意一个相等时间面积相等开普勒第三定律所有的轨道的的三次方跟它的公转周期T的二次方的比值都公式：a3T2＝k，k是一个对所有行星都相同的常量行星半长轴a相等【知识辨析】(1)哥白尼认为太阳是宇宙的中心．()(2)开普勒认为地球绕太阳沿椭圆轨道运动．()(3)第谷观察发现所有行星绕太阳做匀速圆周运动．()(4)开普勒认为地球离太阳越远时运动得越快．()(5)太阳是整个宇宙的中心，其他天体都绕太阳运动．()(6)太阳每天东升西落，这一现象说明太阳绕着地球运动．()√√××××开普勒的三大行星运动定律改变了整个天文学，彻底摧毁了托勒密复杂的宇宙体系，完善并简化了哥白尼的日心说．学习任务一古代对行星运动规律的认知1．地心说：(1)内容：地球是宇宙的中心，是静止不动的，太阳、月亮以及其他行星都绕地球运动．(2)代表人物：托勒密．2．日心说：(1)内容：太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动．(2)代表人物：哥白尼．3．两种学说的局限性：它们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、最和谐的匀速圆周运动，而这和丹麦天文学家第谷的观测数据不符．【例1】下列说法正确的是()A．地球是宇宙的中心，太阳、月球及其他行星都绕地球运动B．太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳转动C．地球是绕太阳运动的一颗行星D．日心说比地心说完美，因此哥白尼的日心说完全正确【解析】日心说主要是以太阳为参考系来研究其他行星的运动，这样其他行星的运动形式变得简单，便于描述和研究，但太阳并不是静止不动的．地心说是以地球为参考系来研究太阳及其他星体的运动，这样其他行星的运动形式非常复杂，不便于描述和研究，地球和太阳都不是宇宙的中心，故C正确．【答案】C理解：日心说能解释许多地心说不能解释的自然现象，实际上在银河系中太阳不是静止不动的，太阳也不是宇宙中心，日心说也不是完全正确的．变式训练1关于地心说和日心说，下列说法正确的是()A．地心说的参考系是太阳B．日心说的参考系是太阳C．地心说和日心说只是参考系不同，两者具有等同的价值D．日心说是由爱因斯坦提出来的解析：地心说认为太阳及其他星体围绕地球运动，参考系为地球，A错误；哥白尼提出了日心说，日心说认为一切天体都绕太阳运动，参考系为太阳，B正确，D错误；地心说的提出是因为古代人缺乏足够的宇宙观测数据，以及怀着以人为本的观念，因此他们误认为地球就是宇宙的中心，而其他的星体都绕地球运行．天主教教会认为地心说是世界观的“正统理论”．而日心说是在足够的天文观测的数据基础上，由哥白尼提出的，符合科学研究的结果，而不是臆想出来的，是科学的一大进步，故两者不具有等同的价值，C错误．答案：B,海王星、天王星、土星和木星绕太阳运行时，常数k只与太阳质量有关学习任务二开普勒行星运动规律探究点1如图，a、b分别是远日点和近日点，试根据开普勒第二定律分析行星在近日点和远日点附近运动时速度哪个较大，哪个较小？提示：根据开普勒第二定律，行星与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相等，就可判断行星在近日点附近运动时速度较大而在远日点附近运动时速度较小．探究点2开普勒第三定律中的k值与什么有关？提示：k值是由中心天体本身决定的常量，也就是说，在中心天体不同的系统里k值是不同的，在中心天体相同的系统里k值是相同的．1．第三定律反映了行星公转周期跟轨道半长轴之间的依赖关系．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．2．在图中，半长轴是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．3．对a3T2＝k中k的含义的理解k是由中心天体决定的，中心天体不同则k值不同．例如：地球围绕太阳运动，k是由中心天体太阳决定的；月球围绕地球运动，k是由中心天体地球决定的，而这两个常量是不同的．【例2】(多选)如图所示，“嫦娥三号”绕月球沿椭圆轨道运行，绕行方向为逆时针方向，A、B分别为近月点和远月点，C是轨道上到A、B距离相等的点，则下列说法正确的是()A．“嫦娥三号”从A点到B点运行速率逐渐增大B．“嫦娥三号”从A点到B点运行速率逐渐减小C．“嫦娥三号”从A点到C点的运行时间等于四分之一周期D．“嫦娥三号”从A点到C点的运行时间小于四分之一周期【解析】根据开普勒第二定律可知，“嫦娥三号”从A点到B点运行速率逐渐减小，选项A错误，B正确；“嫦娥三号”从A点到C点运行的平均速率大于从C点到B点运行的平均速率，可知从A点到C点运行时间小于四分之一周期，选项C错误，D正确．【答案】BD气象卫星绕地球运动时，常数k只与地球质量有关【例3】(多选)如图所示，B为绕地球沿椭圆轨道运行的卫星，椭圆的半长轴为a，运行周期为TB；C为绕地球沿圆周运动的卫星，圆周的半径为r，运行周期为TC.下列说法或关系式中正确的是()A．地球位于B卫星轨道的一个焦点上，位于C卫星轨道的圆心上B．卫星B和卫星C运动的速度大小均不变C.a3T2B＝r3T2C，该比值的大小仅与地球有关D.a3T2B≠r3T2C，该比值的大小不仅与地球有关，还与太阳有关【解析】由开普勒第一定律可知，选项A正确；由开普勒第二定律可知，B卫星绕地球转动时速度大小在不断变化，选项B错误；由开普勒第三定律可知，a3T2B＝r3T2C＝k，比值的大小仅与地球有关，选项C正确、D错误．【答案】AC方法技巧应用开普勒第三定律的步骤(1)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r31T21＝r32T22＝k列式求解．变式训练2[2018·全国卷Ⅲ]为了探测引力波，“天琴计划”预计发射地球卫星P，其轨道半径约为地球半径的16倍，另一地球卫星Q的轨道半径约为地球半径的4倍，P与Q的周期之比约为()A．2:1B．4:1C．8:1D．16:1解析：据开普勒第三定律TPTQ＝R3PR3Q＝81，故选C.答案：C点透：(1)开普勒行星运动定律不仅适用于行星绕太阳的运转，也适用于卫星绕地球的运转．(2)表达式a3T2＝k中的常数k只与中心天体的质量有关．做一做用图钉和细绳画椭圆(教材P45)绘制椭圆可以用一条细绳和两只图钉来画椭圆．如图，把白纸铺在木板上，然后按上图钉．把细绳的两端系在图钉上，用一支铅笔紧贴着细绳滑动，使绳始终保持张紧状态．铅笔在纸上画出的轨迹就是椭圆，图钉在纸上留下的痕迹叫作椭圆的焦点．保持绳长不变，当两焦点不断靠近时，椭圆形状如何变化？焦点重合时，半长轴转变为什么？提示：椭圆越来越接近圆形，焦点重合时半长轴和半短轴相等，成为圆的半径．1．(多选)如图所示，对开普勒第一定律的理解，下列说法中正确的是()A．在行星绕太阳运动一周的时间内，它离太阳的距离是不变化的B．在行星绕太阳运动一周的时间内，它离太阳的距离是变化的C．某个行星绕太阳运动的轨道一定是在某一固定的平面内D．某个行星绕太阳运动的轨道一定不在一个固定的平面内解析：根据开普勒第一定律(轨道定律)的内容可以判定：行星绕太阳运动的轨道是椭圆，有时远离太阳，有时靠近太阳，所以它离太阳的距离是变化的，选项A错误，B正确；行星围绕着太阳运动，由于受到太阳的引力作用而被约束在一定的轨道上，选项C正确，D错误．答案：BC2．关于开普勒行星运动定律的描述，下列说法中正确的是()A．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不相等B．所有行星绕太阳运动的轨道都是圆，太阳处在圆心上C．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D．行星绕太阳运动的速度大小不变解析：由开普勒第三定律知：绕同一中心天体运行的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，选项A错误；开普勒第一定律的内容为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，选项B错误，C正确；由开普勒行星运动定律知所有行星分别沿不同的椭圆轨道绕太阳运动，对每一个行星而言，太阳与行星的连线在相等的时间内扫过的面积相等，可知行星绕太阳运动的速度大小是变化的，选项D错误．答案：C3．太阳系有八大行星，八大行星离地球的远近不同，绕太阳运转的周期也不相同．下列反映周期与轨道半径关系的图象中正确的是()解析：由开普勒第三定律知R3T2＝k，所以R3＝kT2，D正确．答案：D4.如图所示，某人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径为月球绕地球运转半径的19，设月球绕地球运动的周期为27天，则此卫星的运转周期大约是()A.19天B.13天C．1天D．9天解析：由于r卫＝19r月，T月＝27天，由开普勒第三定律r3卫T2卫＝r3月T2月，可得T卫＝1天，故选项C正确．答案：C5．[2019·河北冀州中学期中检测]国际天文学联合会大会投票，通过了新的行星定义，冥王星被排除在太阳系大行星行列之外，太阳系的大行星数量由九颗减为八颗．若将八大行星绕太阳运行的轨迹粗略地认为是圆，各星球半径和轨道半径如下表所示：从表中所列数据可以估算出海王星的公转周期最接近()A．80年B．120年C．165年D．200年解析：设海王星绕太阳运行的平均轨道半径为R1，周期为T1，地球绕太阳公转的轨道半径为R2，周期为T2(T2＝1年)，由开普勒第三定律有R31T21＝R32T22，故T1＝R31R32·T2≈165年．答案：C