7.1行星的运动 学案 (有答案)

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名称 7.1行星的运动 学案 (有答案)
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文件大小 2.0MB
资源类型 试卷
版本资源 人教版(2019)
科目 物理
更新时间 2022-12-13 16:05:34

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文档简介

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7.1行星的运动
一学科核心素养
(一)物理观念
通过了解人类对行星运动规律的认识历程,认识行星运动的观念;借助开普勒行星运动定律,了解科学研究过程及其价值观念;最终明确开普勒行星运动定律中的k值的大小只与中心天体有关。
(二)科学思维
运用托勒密、哥白尼、第谷·布拉赫、开普勒等几位科学家对行星运动的研究过程,认识科学思维的养成过程,逐步养成自己的物理科学思维。
(三)科学探究
深刻观察、认识、理解行星运动规律,明确科学探究的根源,在追寻科学真理的道路上,如何有效的绕过曲折过程认识事物的本质。
(四)科学态度与责任
学习前人追求科学真理的坚定与执着精神,体会科学家实事就是、尊重客观事实、不迷信权威、勇于探索的科学态度和科学精神。
二学习重难点
重点:
理解并掌握开普勒三定律,能解决行星运动的基本问题。
难点:
对开普勒行星运动定律的理解和应用,如k值的含义等。
三课前预习
1.开普勒行星运动定律
定律 内容 公式或图示
开普勒第一定律 所有行星绕太阳运动的轨道都是_____,太阳处在所有_____的一个_____上
开普勒第二定律 从太阳到行星的连线在_____的时间内扫过_____的面积
开普勒第三定律 所有行星的轨道的_____的三次方跟它的_____的二次方的比值都相等 公式:_____=k,k是一个与行星_____的常量
2.开普勒行星运动定律
(1)开普勒第一定律(轨道定律):所有行星绕太阳运动的轨道都是___________,太阳处在椭圆的一个___________上。
(2)开普勒第二定律(面积定律):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___________。
(3)开普勒第三定律(周期定律):所有行星的___________跟它的___________的比值都相等,即=k,比值k是一个对于所有行星都相同的常量。
3.著名物理学家____________利用丹麦天文学家____________遗留的大量天文观测资料发现,天体运动的轨迹不是圆,而是椭圆,且发表了天体运动的三大定律。科学巨匠____________正是在上述科学家的发现基础上,发现了________________________。
4.行星运动的近似处理行星的轨道与圆十分接近,在中学阶段的研究中我们可按圆轨道处理。这样就可以说:
(1)行星绕太阳运动的轨道十分接近圆,太阳处在_______。
(2)行星绕太阳做_______。
(3)所有行星_______的三次方跟它的_______的二次方的比值,即。
5.在研究行星运动的过程中,第谷观测天体记录了大量准确数据,开普勒用这些数据验证圆周运动模型时发现偏差,于是提出椭圆模型,消除偏差,从而发现行星运动定律。
(1)这段历史展示的科学探索方法是____;
A.观测数据—检验模型—得出规律—修改模型
B.观测数据—检验模型—修改模型—得出规律
C.观测数据—修改模型—检验模型—得出规律
D.观测数据—修改模型—得出规律—检验模型
(2)开普勒根据第谷的观测结果整理出的数据如下表所示,表中T表示行星绕太阳运行的周期,a表示行星运行轨道的半长轴,地球绕太阳的公转周期为1年,地球到太阳的距离为1个天文单位。
T a a3
水星 0.241 0.387 0.058 0.058
金星 0.615 0.723 0.378 0.378
地球 1.000 1.000 1.000 1.000
火星 1.881 1.524 3.54 3.54
木星 11.862 5.203 140.71 140.85
土星 29.457 9.539 867.7 867.98
①表格中第三列数据表示的物理量为__________;
②根据开普勒整理出的数据,得到的结论是____________________。
6.关于月球的形成,科学家提出了不同的假说:
分裂说:月球本来是地球的一部分,后来由于地球转速太快,把地球上一部分物质抛了出去,这些物质脱离地球后形成了月球。
同源说:月球和地球在同一个浮动星云内同时形成。
碰撞说:在太阳系形成的过程中,地球与一个较大天体发生了剧烈的碰撞,激射到太空中的地球物质和该碰撞天体的残骸不断相互吸引,最终形成了月球。
(1)有科学家用下图形象地描述了月球的一种形成过程:
你认为这种图示描述的是月球形成的哪种假说?__________________________
(2)月球形成初期,小天体频繁撞击月球,在月球表面形成了随处可见的_______________________.
7.两种对立的学说
(1)地心说
a. ____是宇宙的中心,是静止不动的;
b.太阳、月球以及其他星体都绕_____运动;
c.地心说的代表人物是古希腊科学家______。
(2)日心说
a.____是宇宙的中心,是静止不动的,地球和其他行星都绕太阳运动;
b.日心说的代表人物是______。
(3)局限性
a.古人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______。
b.开普勒研究了________的行星观测记录,发现如果假设行星的运动是匀速圆周运动,计算所得的数据与观测数据______(填“不符”或“相符”)。
四自我检测
1.我国的人造卫星围绕地球的运动,有近地点和远地点,由开普勒定律可知卫星在远地点运动速率比近地点运动的速率小,如果近地点距地心距离为R1,远地点距地心距离为R2,则该卫星在近地点运动速率和远地点运动的速率之比为(  )
A. B. C. D.
2.下列说法中正确的是(  )
A.做匀速圆周运动的物体,突然受到离心力的作用,将做离心运动
B.做匀速圆周运动的物体,当提供的向心力突然变大时将做离心运动
C.做曲线运动的物体的合力一定变化的
D.开普勒发现行星绕太阳运动轨迹是椭圆
3.二十四节气中的春分与秋分均为太阳直射赤道,春分为太阳从南回归线回到赤道,秋分则为太阳从北回归线回到赤道。2022年3月20日为春分,9月23日为秋分,可以推算从春分到秋分为187天,而从秋分到春分为179天。设以上两个时间段内地球公转的轨迹长度相等,如图所示,关于上述自然现象,下列说法正确的是(  )
A.地球绕太阳公转的速度大小不变
B.从春分到秋分地球离太阳比从秋分到春分近
C.从春分到秋分地球的机械能不变
D.从春分到夏至地球公转的速度变大
4.如图所示,A、B两颗卫星绕地球做匀速圆周运动,O为地心,在两卫星运行过程中,A、B连线和O、A连线的夹角最大为θ,则A、B两卫星(  )
A.做圆周运动的周期之比为2
B.做圆周运动的周期之比为
C.与地心O连线在相等时间内扫过的面积之比为
D.与地心O连线在相等时间内扫过的面积之比为
5.有关开普勒三大定律,结合图像,下面说法正确的是(  )
A.太阳既是火星轨道的焦点,又是地球轨道的焦点
B.地球靠近太阳的过程中,运行速度的大小不变
C.在相等时间内,火星和太阳的连线扫过的面积与地球和太阳的连线扫过的面积相等
D.火星绕太阳运行一周的时间比地球绕太阳一周用的时间的短
6.如图所示,地球卫星P绕地球做匀速圆周运动,地球相对卫星的张角为θ=2α;另一卫星Q(图中未画出)的张角为4α。则P与Q的周期之比为(  )
A. B.
C. D.
7.提出日心说和发现行星运行规律的科学家分别是(  )
A.托勒密,哥白尼 B.哥白尼,伽利略
C.第谷,哥白尼 D.哥白尼,开普勒
8.下列对开普勒定律的理解正确的是(  )
A.所有行星绕太阳运动的轨道是同一个椭圆并且有共同的焦点
B.火星与太阳的连线、地球与太阳的连线在相等的时间内扫过相等的面积
C.在行星绕太阳运转一周的时间内,太阳始终在行星轨道的中心点上
D.哈雷彗星绕太阳运行的轨道半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比等于地球轨道(可视为圆形)半径的三次方跟它的公转周期的二次方的比
9.约400年前,一位德国天文学家提出了行星运动的三个定律,揭开了行星运动的奥秘。这位天文学家是(  )
A.伽利略 B.第谷 C.牛顿 D.开普勒
10.一颗北斗导航卫星的轨道可看作圆轨道,地球绕太阳运动的轨道也看作圆轨道。已知地球绕太阳运动的轨道半径是该卫星绕地球运动的轨道半径的a倍,太阳的质量是地球质量的b倍。则在相等的时间内,地球与太阳的连线扫过的面积和卫星与地球的连线扫过的面积的比值为(  )
A. B. C. D.
参考答案:
三课前预习
1. 椭圆 椭圆 焦点 相等 相等 半长轴 公转周期 无关
2. 椭圆 焦点 面积 轨道半长轴的三次方 公转周期的二次方
3. 开普勒 第谷 牛顿 万有引力
4. 圆心 匀速圆周 轨道半径 公转周期
5. B T2 行星绕太阳运行周期的二次方与行星运行轨道a3的比值是一个定值或是一个定值
6. 碰撞说 环形山(月坑)
7. 地球 地球 托勒密 太阳 哥白尼 匀速圆周 第谷 不符
四自我检测
1.B
【详解】根据开普勒第二定律,对每一个行星而言,太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积,即
v1Δt R1= v2Δt R2

ACD错误,B正确。
故选B。
2.D
【详解】A.做匀速圆周运动的物体,当所受合外力突然不足以提供向心力时,将做离心运动,实际并不存在离心力这个力,故A错误;
B.做匀速圆周运动的物体,当提供的向心力突然变大时将做近心运动,故B错误;
C.做曲线运动的物体的合力方向与速度方向始终不在同一直线上,但不一定变化,如平抛运动,故C错误;
D.开普勒发现行星绕太阳运动轨迹是椭圆,故D正确。
故选D。
3.C
【详解】AB.由速度公式可知,两段时间内地球公转的轨迹长度相等,而两段时间不同,所以地球绕太阳公转的速度大小不同,时间长说明速度小,依据开普勒第二定律,速度小说明离太阳远,所以从春分到秋分地球离太阳比从秋分到春分远,故AB错误;
C.从春分到秋分,只有万有引力做功,所以机械能守恒,即地球的机械能不变,故C正确;
D.依据开普勒第二定律可知,从春分到夏至,地球公转的速度越来越慢,故D错误。
故选C。
4.C
【详解】AB.夹角最大时,OB与AB垂直,根据几何关系有
由开普勒第三定律可得

A、B错误;
CD.t时间内卫星与地心连线扫过的面积

C正确,D错误;
故选C。
5.A
【详解】A.根据开普勒第一定律可知,所有的行星围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,故A正确;
BC.根据开普勒第二定律可知,对同一个行星而言,行星与太阳的连线在相同时间内扫过的面积相等,且行星在此椭圆轨道上运动的速度大小不断变化,离太阳越近速率越大,所以地球靠近太阳的过程中,运行速率将增大,故BC错误;
D.根据开普勒第三定律可知,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。由于火星的半长轴比较大,所以火星绕太阳运行一周的时间比地球的长,故D错误。
故选A。
6.D
【详解】根据几何关系可知卫星P的轨道半径
r1=
卫星Q的轨道半径
r2=
根据开普勒第三定律
=k
可知P与Q的周期之比为
故选D。
7.D
【详解】提出日心说和发现行星运行规律的科学家分别是哥白尼和开普勒。
故选B。
8.D
【详解】A.所有行星分别沿不同大小的椭圆轨道绕太阳运动,A错误;
B.根据开普勒第二定律可知同一椭圆运动过程中,行星与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相等,不同的行星周期不同,它们与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积不相等,B错误;
C.行星绕太阳运转轨道是椭圆,它离太阳的距离是变化的,太阳处在所有椭圆的一个焦点上,C错误;
D.根据开普勒第三定律得哈雷彗星轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比等于地球轨道(可视为圆形)半径的三次方跟它的公转周期的二次方的比,D正确。
故选D。
9.D
【详解】德国天文学家开普勒提出著名的开普勒三定律,揭示了行星运动的规律。
故选D。
10.B
【详解】根据万有引力提供向心力,有
则连线扫过的面积为
联立可得
式中M为中心天体质量,r为环绕天体做圆周运动的轨道半径,依题意,则可得在相等的时间内,地球与太阳的连线扫过的面积和卫星与地球的连线扫过的面积的比值为
故选B。
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