7.1 行星的运动 课件（24张PPT）
文档属性
| 名称 | 7.1 行星的运动 课件（24张PPT） |  | |
| 格式 | ppt | ||
| 文件大小 | 1.8MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-03-31 10:30:36 | ||
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文档简介
(共24张PPT)
7.1 行星的运动
第七章 万有引力与宇宙航行
学习目标
1、通过人类对行星运动规律的认识过程，体会科学探究的重要性，培养科学探索精神和社会责任。
2、知道开普勒定律的内容及其科学价值，初步形成行星的运动观。
3、能正确构建行星的运动模型，能理解开普勒三定律，能用开普勒定律解决相关问题。
太阳系
*
一、行星运动的两种学说
1.地心说
代表人物:托勒密
观点:地球是宇宙的中心，是静止不动的，太阳、月亮及其它行星都绕地球运动。
（①符合人们的日常经验；②符合宗教关于地球是宇宙的中心的说法）
人类最初通过直接的感性认识建立了“地心说”．
*
一、行星运动的两种学说
2.日心说
代表人物:
哥白尼
观点:
太阳是宇宙的中心，是静止不动的，地球及其它行星都绕太阳运动。
1、丹麦天文学家第谷的探索:
二、对天体运动进一步的研究
在哥白尼之后，第谷连续20年对行星位置进行了较仔细的测量，大大提高了测量的精确程度。第谷之前，人们把测量天体位置的误差从10'，第谷把这个不确定性减小到2'。得出行星绕太阳做匀速圆周运动的模型。
2、德国天文学家开普勒的研究：
二、对天体运动进一步的研究
第谷二十年的精心观测
开普勒（德国）
开普勒研究第谷数据
发现行星轨道为椭圆
总结出开普勒三定律
开普勒面临的问题
开普勒在用圆周运动模型对火星轨道的研究中，七十余次尝试所得的结果都与第谷的观测数据有至少8′的角度偏差
结论：行星绕太阳做圆周运动的模型是错误的。
圆周运动轨道和第谷的观测数据哪个才是准确的？开普勒对第谷数据的精确性深信不疑
火星为什么那么不听话？
开普勒的探索过程
3、开普勒的研究过程：
探究：行星绕太阳运动的轨道是什么形状？
年份 春分 夏至 秋分 冬至
2004 3.20 6.21 9.23 12.21
2005 3.20 6.21 9.23 12.22
2006 3.21 6.21 9.23 12.22
2007 3.21 6.22 9.23 12.22
2008 3.20 6.21 9.23 12.21
2009 3.20 6.21 9.23 12.22
秋、冬两季比春、夏两季时间短
春92天
秋89天
冬90天
探究：行星绕太阳运动的轨道是什么形状？
阅读下表，请分析2009年的春、夏、秋、冬天数一样吗？
夏94天
假设地球绕太阳的运动是一个椭圆运动，太阳在焦点上，根据曲线运动的特点，得在秋分—冬至—春分的时间比从春分—夏至—秋分的时间短，所以秋冬两季比春夏两季要短。
*
*
四.开普勒的行星运动定律：
1、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。
焦点
太阳
焦点
●
(轨道定律)
对开普勒第一定律的理解
①行星绕太阳运行的轨道严格来说不是圆而是椭圆
②太阳不在椭圆的中心，而是在其中一个焦点上
③行星与太阳间的距离是不断变化的
*
*
2、开普勒第二定律
太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积。
（面积定律）
行星轨道
焦点
太阳
●
思考：
1、近日点速率和远日点速率一样大吗？
2、假设行星在近日点到太阳的距离为a，在远日点到太阳的距离为b，在近日点时速率为v1和在远日点时速率为v2是什么关系？
1、近日点速率最大，远日点速率最小。
2、
对开普勒第二定律的进一步理解（必须记住）
1、揭示了同一颗行星在绕太阳运动时运动快慢的规律——相同时间内扫过的面积相等。
2、距离太阳越近运动的越快，线速度越大。近日点速度最大，远日点速度最小。（v近日点 > v远日点）
3、行星由近日点向远日点运动时，速度越来越小。反之，由远日点向近日点运动时，速度越来越大
4、行星在近日点距离太阳为a，速率为v1,在远日点距离太阳为b，速率为v2，则有
*
*
3、开普勒第三定律
所有行星的椭圆轨道的半长轴的三次方跟公转周期的平方的比值都相等。若用 a 表示椭圆半长轴，T 代表公转周期，则：
（周期定律）
（1）如果在实际应用时，把行星的运动看作为匀速圆周运动处理，对应的半长轴用圆的半径代替。
（2）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。
3. 36 ×1018
3. 36 ×1018
3. 31 ×1018
3. 36 ×1018
3. 36 ×1018
3. 36 ×1018
3. 37 ×1018
3. 36 ×1018
1. 03 ×1013
1. 03 ×1013
K＝R3／T2
比值k只与中心天体的质量有关。绕不同的中心天体运动的K是不一样的
阅读以上表格内的数据，你能得到什么样的结论？
对开普勒第三定律的进一步理解（必须记住）
1、揭示了不同行星在绕太阳运动时运动快慢的规律——轨道半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等
3、行星椭圆轨道半长轴越大，公转周期越长。也就是说行星轨道越大，运动的越慢。
2、第三定律表达式适用条件：研究（讨论）运动天体都绕同一颗中心天体。中心天体不同，常数k不相同（k只与中心天体有关）
4、假设行星轨道为圆周，做匀速圆周运动。行星1轨道半径为r1，速率为v1，行星2轨道半径为r2，速率为v2，应有 ，
轨道圆周越大（半径越大），运动速率越小。
高中阶段对行星运动的近似化处理
阅读，课本46页，7.1—3图
虽然，行星的运动是椭圆轨道，运动速度大小不断的变化，但实际上，多数大行星的轨道与圆十分接近，所以在中学阶段的研究中能够按圆处理，所以：
1、多数大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线速度大小（角速度）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。
五、开普勒定律的重大意义：
A．开普勒定律以极简明的结论代替了庞大复杂的系统，使得计算行星的轨道半径和它们的位置工作大大简化。
B．行星运动三定律的发现为经典天文学奠定了基石，并导致了数十年后万有引力定律的发现。
六、开普勒关于天文学研究方法的特点：
A．尊重观察到的事实
B．用几何和代数的语言即以数学公式来表达物理定律并获得成功（开普勒定律表述是在科学史上物理定律应用于物体运动的第一个例子，也是运动物体动力学和数学紧密联系的第一个例子。自开普勒的时代起，方程就作为物理定律的数学表示式自然地发展起来）
C．把可观察的实验现象作为出发点，从事实本身去寻求运动原因（这是近代物理学的主要特征之一）
练习、 (多选)关于开普勒行星运动的公式 ，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
AC
练习、如图所示，某行星绕太阳逆时针运动，轨道上有a、b、c、d四个对称点，若行星运动周期为T，则行星( )
B
练习、船沿半径为R的圆周绕地球运动，其周期为T。若飞船要返回地面，则可在轨道上某点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。
解析：飞船沿椭圆轨道返回地面，由题图可知，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
设飞船沿椭圆轨道运动周期T'，由开普勒第三定律
飞船由A点到B点所需要的时间为
课堂练习2
卫星 距土星的距离/km 半径/km 质量/kg 发现者 发现年代
土卫五 527 000 765 2.49×1021 卡西尼 1672
土卫六 1 222 000 2 575 1.35×1023 惠更斯 1655
A．土卫六的公转周期较大 B．土卫六的转动角速度较大
C．土卫六的向心加速度小 D．土卫六的公转速度较小
练习、（多选）太阳系中的第二大行星——土星，它的卫星众多，目前已发现数十颗．下表是有关土卫五和土卫六两颗卫星的一些参数，则两卫星相比较，下列判断正确的是
ACD
课堂练习2
1、开普勒第一定律（轨道定律）：所有行星绕太阳的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上。
2、开普勒第二定律(面积定律)：对于每一个行星，太阳和行星的联线在相等的时间内扫过的面积相等。
3、开普勒第三定律(周期定律)
a3
T2
=k
k 是一个对所有行星都相同的常量。
课堂小结
7.1 行星的运动
第七章 万有引力与宇宙航行
学习目标
1、通过人类对行星运动规律的认识过程，体会科学探究的重要性，培养科学探索精神和社会责任。
2、知道开普勒定律的内容及其科学价值，初步形成行星的运动观。
3、能正确构建行星的运动模型，能理解开普勒三定律，能用开普勒定律解决相关问题。
太阳系
*
一、行星运动的两种学说
1.地心说
代表人物:托勒密
观点:地球是宇宙的中心，是静止不动的，太阳、月亮及其它行星都绕地球运动。
（①符合人们的日常经验；②符合宗教关于地球是宇宙的中心的说法）
人类最初通过直接的感性认识建立了“地心说”．
*
一、行星运动的两种学说
2.日心说
代表人物:
哥白尼
观点:
太阳是宇宙的中心，是静止不动的，地球及其它行星都绕太阳运动。
1、丹麦天文学家第谷的探索:
二、对天体运动进一步的研究
在哥白尼之后，第谷连续20年对行星位置进行了较仔细的测量，大大提高了测量的精确程度。第谷之前，人们把测量天体位置的误差从10'，第谷把这个不确定性减小到2'。得出行星绕太阳做匀速圆周运动的模型。
2、德国天文学家开普勒的研究：
二、对天体运动进一步的研究
第谷二十年的精心观测
开普勒（德国）
开普勒研究第谷数据
发现行星轨道为椭圆
总结出开普勒三定律
开普勒面临的问题
开普勒在用圆周运动模型对火星轨道的研究中，七十余次尝试所得的结果都与第谷的观测数据有至少8′的角度偏差
结论：行星绕太阳做圆周运动的模型是错误的。
圆周运动轨道和第谷的观测数据哪个才是准确的？开普勒对第谷数据的精确性深信不疑
火星为什么那么不听话？
开普勒的探索过程
3、开普勒的研究过程：
探究：行星绕太阳运动的轨道是什么形状？
年份 春分 夏至 秋分 冬至
2004 3.20 6.21 9.23 12.21
2005 3.20 6.21 9.23 12.22
2006 3.21 6.21 9.23 12.22
2007 3.21 6.22 9.23 12.22
2008 3.20 6.21 9.23 12.21
2009 3.20 6.21 9.23 12.22
秋、冬两季比春、夏两季时间短
春92天
秋89天
冬90天
探究：行星绕太阳运动的轨道是什么形状？
阅读下表，请分析2009年的春、夏、秋、冬天数一样吗？
夏94天
假设地球绕太阳的运动是一个椭圆运动，太阳在焦点上，根据曲线运动的特点，得在秋分—冬至—春分的时间比从春分—夏至—秋分的时间短，所以秋冬两季比春夏两季要短。
*
*
四.开普勒的行星运动定律：
1、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。
焦点
太阳
焦点
●
(轨道定律)
对开普勒第一定律的理解
①行星绕太阳运行的轨道严格来说不是圆而是椭圆
②太阳不在椭圆的中心，而是在其中一个焦点上
③行星与太阳间的距离是不断变化的
*
*
2、开普勒第二定律
太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积。
（面积定律）
行星轨道
焦点
太阳
●
思考：
1、近日点速率和远日点速率一样大吗？
2、假设行星在近日点到太阳的距离为a，在远日点到太阳的距离为b，在近日点时速率为v1和在远日点时速率为v2是什么关系？
1、近日点速率最大，远日点速率最小。
2、
对开普勒第二定律的进一步理解（必须记住）
1、揭示了同一颗行星在绕太阳运动时运动快慢的规律——相同时间内扫过的面积相等。
2、距离太阳越近运动的越快，线速度越大。近日点速度最大，远日点速度最小。（v近日点 > v远日点）
3、行星由近日点向远日点运动时，速度越来越小。反之，由远日点向近日点运动时，速度越来越大
4、行星在近日点距离太阳为a，速率为v1,在远日点距离太阳为b，速率为v2，则有
*
*
3、开普勒第三定律
所有行星的椭圆轨道的半长轴的三次方跟公转周期的平方的比值都相等。若用 a 表示椭圆半长轴，T 代表公转周期，则：
（周期定律）
（1）如果在实际应用时，把行星的运动看作为匀速圆周运动处理，对应的半长轴用圆的半径代替。
（2）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。
3. 36 ×1018
3. 36 ×1018
3. 31 ×1018
3. 36 ×1018
3. 36 ×1018
3. 36 ×1018
3. 37 ×1018
3. 36 ×1018
1. 03 ×1013
1. 03 ×1013
K＝R3／T2
比值k只与中心天体的质量有关。绕不同的中心天体运动的K是不一样的
阅读以上表格内的数据，你能得到什么样的结论？
对开普勒第三定律的进一步理解（必须记住）
1、揭示了不同行星在绕太阳运动时运动快慢的规律——轨道半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等
3、行星椭圆轨道半长轴越大，公转周期越长。也就是说行星轨道越大，运动的越慢。
2、第三定律表达式适用条件：研究（讨论）运动天体都绕同一颗中心天体。中心天体不同，常数k不相同（k只与中心天体有关）
4、假设行星轨道为圆周，做匀速圆周运动。行星1轨道半径为r1，速率为v1，行星2轨道半径为r2，速率为v2，应有 ，
轨道圆周越大（半径越大），运动速率越小。
高中阶段对行星运动的近似化处理
阅读，课本46页，7.1—3图
虽然，行星的运动是椭圆轨道，运动速度大小不断的变化，但实际上，多数大行星的轨道与圆十分接近，所以在中学阶段的研究中能够按圆处理，所以：
1、多数大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线速度大小（角速度）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。
五、开普勒定律的重大意义：
A．开普勒定律以极简明的结论代替了庞大复杂的系统，使得计算行星的轨道半径和它们的位置工作大大简化。
B．行星运动三定律的发现为经典天文学奠定了基石，并导致了数十年后万有引力定律的发现。
六、开普勒关于天文学研究方法的特点：
A．尊重观察到的事实
B．用几何和代数的语言即以数学公式来表达物理定律并获得成功（开普勒定律表述是在科学史上物理定律应用于物体运动的第一个例子，也是运动物体动力学和数学紧密联系的第一个例子。自开普勒的时代起，方程就作为物理定律的数学表示式自然地发展起来）
C．把可观察的实验现象作为出发点，从事实本身去寻求运动原因（这是近代物理学的主要特征之一）
练习、 (多选)关于开普勒行星运动的公式 ，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
AC
练习、如图所示，某行星绕太阳逆时针运动，轨道上有a、b、c、d四个对称点，若行星运动周期为T，则行星( )
B
练习、船沿半径为R的圆周绕地球运动，其周期为T。若飞船要返回地面，则可在轨道上某点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。
解析：飞船沿椭圆轨道返回地面，由题图可知，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
设飞船沿椭圆轨道运动周期T'，由开普勒第三定律
飞船由A点到B点所需要的时间为
课堂练习2
卫星 距土星的距离/km 半径/km 质量/kg 发现者 发现年代
土卫五 527 000 765 2.49×1021 卡西尼 1672
土卫六 1 222 000 2 575 1.35×1023 惠更斯 1655
A．土卫六的公转周期较大 B．土卫六的转动角速度较大
C．土卫六的向心加速度小 D．土卫六的公转速度较小
练习、（多选）太阳系中的第二大行星——土星，它的卫星众多，目前已发现数十颗．下表是有关土卫五和土卫六两颗卫星的一些参数，则两卫星相比较，下列判断正确的是
ACD
课堂练习2
1、开普勒第一定律（轨道定律）：所有行星绕太阳的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上。
2、开普勒第二定律(面积定律)：对于每一个行星，太阳和行星的联线在相等的时间内扫过的面积相等。
3、开普勒第三定律(周期定律)
a3
T2
=k
k 是一个对所有行星都相同的常量。
课堂小结