2019-2020学年高中物理 第6章 万有引力与航天 第1节 行星的运动课件 新人教版必修2

第六章万有引力与航天第1节行星的运动学习目标1．了解地心说和日心说的内容．2．理解开普勒行星运动三定律的内容．3．掌握行星运动定律的应用.4．了解人们对行星运动的认识过程漫长复杂，真理来之不易.填一填、做一做、记一记课前自主导学|基础知识·填一填|一、地心说与日心说内容局限性地心说地球是宇宙的中心，而且是静止不动的，太阳、月亮以及其他行星都绕地球运动日心说太阳是宇宙的中心，且是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动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，但计算所得的数据和丹麦天文学家1的观测数据不符第谷二、开普勒行星运动定律内容图示所有行星绕太阳运动的轨道都是2，太阳处在椭圆的一个焦点上开普勒第一定律(椭圆定律)说明：不同行星绕太阳运动时的椭圆轨道是不同的椭圆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3开普勒第二定律(面积定律)说明：行星在近日点的速率大于在远日点的速率面积所有行星的轨道的半长轴的4跟它的公转周期的5的比值都相等开普勒第三定律(周期定律)说明：a3T2＝k，比值k是一个取决于中心天体的常量三次方二次方三、行星运动的近似处理1．行星绕太阳运动的轨道6圆，太阳处在7．2．对某一行星来说，它绕太阳做圆周运动的8(或9)不变，即行星做10运动．3．所有行星11跟它的12的比值都相等．十分接近圆心角速度线速度匀速圆周轨道半径的三次方公转周期的二次方|基础小题·做一做|1．正误判断(1)宇宙的中心是太阳，所有行星都在绕太阳做匀速圆周运动．()(2)开普勒定律仅适用于行星绕太阳的运动．()(3)所有行星绕太阳运转的周期都是相等的．()(4)在中学阶段可认为地球围绕太阳做圆周运动．()(5)行星的轨道半径和公转周期成正比．()(6)公式a3T2＝k中的a可认为是行星的轨道半径．()××××√√2．下列关于行星绕太阳运动的说法中，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．离太阳越近的行星运动周期越长D．所有行星轨道的半长轴的三次方跟它公转周期的二次方的比值都相等解析：选D由开普勒行星运动定律可知所有行星轨道都是椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上，行星在椭圆轨道上运动的周期T和半长轴a满足a3T2＝常数，对于同一中心天体常数不变，故A、B、C错误，D正确．3．长期以来“卡戎星(Charon)”被认为是冥王星唯一的卫星，它的公转轨道半径r1＝19600km，公转周期T1＝6.39天.2006年3月，天文学家新发现两颗冥王星的小卫星，其中一颗的公转轨道半径r2＝48000km，则它的公转周期T2最接近于()A．15天B．25天C．35天D．45天解析：选B由开普勒第三定律可知r1r23＝T1T22，代入解得T2≈25天，B正确．[思维拓展]如图是火星冲日年份示意图，观察图中地球、火星的位置，思考地球和火星谁的公转周期更长？提示：由题图可知，地球到太阳的距离小于火星到太阳的距离，根据开普勒第三定律可得：火星的公转周期更长一些．|核心知识·记一记|1．德国天文学家开普勒用了20年的时间研究了丹麦天文学家第谷的行星观测记录，发现了行星运动定律．2．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．3．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．4．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．5．近似处理时，可将行星绕太阳运动或卫星绕地球运动看做是匀速圆周运动，且对同一中心天体的行星或卫星，a3T2＝k中的k值均相同．析要点、研典例、重应用课堂互动探究★要点一对开普勒行星运动定律的理解|要点归纳|定律认识角度理解各行星的椭圆轨道尽管大小不同，但太阳是所有轨道的一个共同焦点开普勒第一定律对空间分布的认识不同行星的轨道是不同的，可能相差很大行星沿椭圆轨道运动靠近太阳时速度增大，远离太阳时速度减小开普勒第二定律对速度大小的认识近日点速度最大，远日点速度最小椭圆轨道半长轴越长的行星，其公转周期越长该定律不仅适用于行星，也适用于其他天体开普勒第三定律对周期长短的认识常数k只与其中心天体有关|例题展示|【例1】关于行星绕太阳运动过程中，下列说法正确的是()A．开普勒第三定律r3T2＝k中的k与行星的质量无关，只与太阳的质量有关B．行星在椭圆轨道上绕太阳运动的过程中，其速度随行星与太阳之间距离的变化而变化，距离小时速度小，距离大时速度大C．所有行星绕太阳运动的周期都是相等的D．相同的时间内，同一行星与太阳连线扫过的面积不相等[解析]开普勒第三定律r3T2＝k中的k与行星的质量无关，只与太阳的质量有关，故选项A正确；由开普勒第二定律：“相等时间内，太阳和运动的行星的连线所扫过的面积都是相等的”知距离越大速度越小，故选项B错误；由开普勒第三定律：“各个行星绕太阳公转周期的二次方和它们的椭圆轨道的半长轴的三次方成正比”，故选项C错误；开普勒第二定律叫面积定律，它是针对同一个行星而言，在相等的时间内扫过的面积相等，故选项D错误．[答案]A[规律方法]对开普勒行星运动定律的两点说明(1)开普勒行星运动定律是对行星绕太阳运动的总结，实践表明该定律也适用于其他天体的运动，如月球绕地球的运动，卫星(或人造卫星)绕行星的运动．(2)开普勒第二定律与第三定律的区别：前者揭示的是同一行星在距太阳不同距离时的运动快慢的规律，后者揭示的是不同行星运动快慢的规律．|对点训练|1．某行星绕太阳运行的椭圆轨道如图所示，F1和F2是椭圆轨道的两个焦点，行星在A点的速率比在B点的大，则太阳是位于()A．F2B．AC．F1D．B解析：选A根据开普勒第一、第二定律：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．太阳和行星的连线在相等时间内扫过相等的面积．因为行星在A点的速率比在B点大，所以太阳位于F2，故B、C、D错误，A正确．2．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．下列能反映周期与轨道半径关系的图象中正确的是()解析：选D由开普勒第三定律知R3T2＝k，所以R3＝kT2，故D选项正确．3．关于开普勒行星运动的公式a3T2＝k，以下理解正确的是()A．k是一个与行星无关的量B．T表示行星运动的自转周期C．T表示行星运动的公转周期D．若地球绕太阳运转轨道的半长轴为a地，周期为T地；月球绕地球运转轨道的半长轴为a月，周期为T月，则解析：选AC开普勒行星运动公式a3T2＝k中的T是指行星的公转周期而不是自转周期，其中k是由中心天体决定的，不同的中心天体k值不同，故选项A、C正确，B错误；由于地球和月球不是绕同一星体运动的，故选项D错误．★要点二天体运动规律及分析方法|要点归纳|1．天体的运动可近似看成匀速圆周运动天体虽做椭圆运动，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，一般把天体的运动当作圆周运动来研究，并且把它们视为做匀速圆周运动，椭圆的半长轴即为圆半径．2．在处理天体运动时，开普勒第三定律表述为天体轨道半径r的三次方跟它的公转周期T的二次方的比值为常数，即r3T2＝k.据此可知，绕同一天体运动的多个天体，轨道半径r越大的天体，其周期越长．3．天体的运动遵循牛顿运动定律及匀速圆周运动规律，与一般物体的运动在应用这两个规律上没有区别．4．公式r3T2＝k，对于绕同一中心天体的不同行星k的数值相同，对于绕不同的中心天体的行星k的数值不同．|例题展示|【例2】飞船沿半径为R的圆周绕地球运动，其周期为T.如果飞船要返回地面，可在轨道上某点A处，将速率降低到适当数值，从而使飞船沿着以地心为焦点的椭圆轨道运动，椭圆和地球表面在B点相切，如图所示．如果地球半径为R0，求飞船由A点运动到B点所需要的时间．[思路点拨](1)由开普勒第三定律可求沿椭圆轨道运动的周期．(2)由A点到B点的时间是椭圆轨道周期的一半．[解析]飞船沿椭圆轨道返回地面，由图可知，飞船由A点到B点所需要的时间刚好是沿图中整个椭圆运动周期的一半，椭圆轨道的半长轴为R＋R02，设飞船沿椭圆轨道运动的周期为T′.根据开普勒第三定律有R3T2＝R＋R023T′2.解得T′＝TR＋R02R3＝R＋R0T2RR＋R02R.所以飞船由A点到B点所需要的时间为t＝T′2＝R＋R0T4RR＋R02R.[答案]R＋R0T4RR＋R02R[规律方法]应用开普勒第三定律的步骤分析(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列式求解．|对点训练|4．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：选C由于r卫＝19r月，T月＝27天，由开普勒第三定律，可得T卫＝1天，故选项C正确．5．木星的公转周期约为12年，如果把地球到太阳的距离作为1天文单位，则木星到太阳的距离约为()A．2天文单位B．4天文单位C．5.2天文单位D．12天文单位解析：选C木星、地球都环绕太阳按椭圆轨道运行，近似计算时可当成圆轨道处理，因此它们到太阳的距离可当成6．某行星和地球绕太阳公转的轨道均可视为圆．每过N年，该行星会运行到日地连线的延长线上，如图所示．该行星与地球的公转半径之比为()解析：选B地球周期T1＝1年，经过N年的时间地球比行星多转1周，即NT1－NT2＝1，T2＝NT1N－T1，由开普勒第三定律知，将T1＝1年代入得，故B选项正确．[课堂小结]