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第七章 万有引力与宇宙航行
第一节 行星的运动
第一节|行星的运动
核心素养点击
物理观念 了解人类对行星运动规律的认识历程;了解观察的方法在认识行星运动规律中的作用;知道开普勒行星运动定律,知道开普勒行星运动定律的科学价值,了解开普勒第三定律中k值的大小只与中心天体有关
科学思维 知道开普勒行星运动定律的科学价值,能根据问题情景选择计算形式,用来进行简单的计算
科学探究 通过理解开普勒第三定律,提高分析和概括能力;体会开普勒第三定律中k值的大小只与中心天体有关的分析方法
科学态度与责任 体会科学家们实事求是、尊重客观事实、不迷信权威、敢于坚持真理和勇于探索的科学态度和科学精神,体会描述自然追求简单和谐是科学研究的动力之一
梳理主干新知初感悟
一、日心说、地心说
地心说 日心说
内容 地球是宇宙的中心,而且是静止不动的,太阳、月球以及其他星体都绕池球运动 太阳是宇宙的中心,而且是静止不动的,地球和其他行星都
绕太阳运动
代表人物 托勒密 哥白尼
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, 最和谐的匀速圆周运动,但计算所得的数据与丹麦天文学家第谷的观测数据不符
开普勒定律
1、由来:德国天文学家开普勒用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不符;只有假设行星绕太阳运动的轨道不是圆,而是椭圆,才能解释这种差别。他还发现了行星运动的其他规律。开普勒分别于1609年和1619年发表了他发现的下列规律,后人称为开普勒行星运动定律。
2、开普勒第一定律内容: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。
开普勒第一定律告诉我们:行星绕太阳运行的轨道严格来说不是圆而是椭圆;太阳不在椭圆的中心,而是在其中一个焦点上;行星与太阳间的距离是不断变化的。
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的面积(相等)。
开普勒第二定律告诉我们:当行星离太阳较近的时候,运行的速度(较大),而离太阳较远的时候速度(较小)。
开普勒三定律的解读
1、开普勒第一定律指明了太阳的位置和行星轨道的特点; 开普勒第二定律揭示了同一行星在距太阳不同距离时运动快慢的规律;开普勒第三定律揭示了不同行星运动的周期规律。
2、开普勒行星运动定律不仅适用于行星围绕太阳运转,也适用于卫星绕行星运转。在开普勒第三定律中,同一天体系统中k值相等,但在不同的天体系统中,k值不相等,k值的大小由系统的中心天体决定。
【典例一】
1、下列说法正确的是( )
A.地球是宇宙的中心,太阳、月亮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运动
C.地球是绕太阳运动的一颗行星
D.日心说和地心说都是与事实不吻合
解题思路:日心说和地心说所说的宇宙的中心与事实都不符,它只是当时认识过程中的一种学说,宇宙中绝对静止的物体是不存在的,AB错误,D正确;地球是绕太阳运动的一颗行星,C正确。
答案:CD
【典例二】
2、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.太阳位于木星运行轨道的中心 B.火星和木星绕太阳运行速度的大小始终相等 C.火星与木星公转周期之比的平方等于它们轨道半长轴之比的立方 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
开普勒行星运动定律的应用
1、从空间分布认识开普勒第一定律
(1)各行星的椭圆轨道尽管大小不同,但是太阳总处在所有轨道的一个共同焦点上。
(2)不同行星轨道的半长轴是不同的。
(3)行星的椭圆轨道都很接近圆,中学阶段在分析处理天体运动问题时,可以将行星轨道作为圆来处理。这是一种突出主要因素、忽略次要因素的理想化方法,是研究物理问题的常用方法。
【典例三】
3、对开普勒第一定律的理解,下列说法正确的是( )
A.在行星绕太阳运转一周的时间内,它与太阳的距离是不变化的 B.在行星绕太阳运转一周的时间内,它与太阳的距离是变化的 C.一个行星绕太阳运转的轨道一定是在某一固定的平面内 D.—个行星绕太阳运转的轨道一定不在一个固定的平面内
解题思路:太阳系中的所有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,既然是椭圆,那么距离肯定会变化,而且是在一个固定的平面内,所以AD错误,BC正确。
答案:BC
【典例四】
4、某行星绕太阳运动的轨道如图所示,则以下说法不正确的是( )
A.太阳一定在椭圆的一个焦点上
B.该行星在a点的速度比在b、c两点的速度都大
C.该行星在c点的速度比在a、b两点的速度都大
D.行星与太阳的连线在相等时间内扫过的面积是相等的
解题思路:由开普勒第一定律知,太阳一定位于椭圆的一个焦点上,A正确;由开普勒第二定律知太阳与行星的连线在相等时间内扫过的面积是相等的,因为a点与太阳的连线最短,b点与太阳的连线最长,所以行星在a点速度最大,在b点速度最小,选项B、D正确,C错误.
答案:C
3、开普勒第三定律
【典例五】
5、关于行星的运动,下列说法正确的是( )
A、关于行星的运动,早期有“地心说”与“日心说”之争,“日心说”理论是完美无缺的
B、所有行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆,且近日点速度小,远日点速度大
C、开普勒第三定律 ,式中k的值仅与中心天体的质量有关
D、卫星围绕行星运动不满足开普勒第三定律
解题思路:以太阳为中心,许多按“地心说”无法解释的现象都可以解决,行星的运动的描述也变得简单了,这是人们接受“日心说”的原因,但太阳也不是宇宙的中心,“日心说”理论并不是完美无缺的,A错误;所有行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆,且近日点速度大,远日点速度小,B错误;根据开普勒第三定律知,C正确;开普勒第三定律可推广到卫星绕行星的运动,只是k不同,k与中心天体有关,D错误。
答案:C
【基础练习】
1、关于行星绕太阳运动的下列说法中正确的是( )
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.离太阳越近的行星的运动周期越长 D.所有行星的轨道半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等
2、开普勒分别于1609年和1619年发表了他发现的行星运动规律,后人称之为开普勒行星运动定律。关于开普勒行星运动定律,下列说法正确的是( )
A.所有行星绕太阳运动的轨道都是圆,太阳处在圆心上 B.对任何一颗行星来说,离太阳越近,运行速率就越大 C.在牛顿发现万有引力定律后,开普勒才发现了行星的运行规律 D.开普勒独立完成了观测行星的运行数据、整理观测数据、发现行星运动规律等全部工作