《学霸笔记 同步精讲》第7章 万有引力与宇宙航行 1.行星的运动（课件）高中物理人教版必修二
文档属性
| 名称 | 《学霸笔记 同步精讲》第7章 万有引力与宇宙航行 1.行星的运动（课件）高中物理人教版必修二 |
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| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 872.2KB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2026-03-03 00:00:00 | ||
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文档简介
(共41张PPT)
第七章 万有引力与宇宙航行
1.行星的运动
自主预习·新知导学
合作探究·释疑解惑
课 堂 小 结
随 堂 练 习
1.知道地心说和日心说的基本内容。
2.知道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.知道所有行星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。
课标定位
1.了解人类认识行星运动的曲折性,形成物理观念。
2.掌握人类认识自然规律的科学思维方法。
3.理解人们对行星运动的认识过程是漫长、复杂的,感悟真理是来之不易的。
素养阐释
自主预习·新知导学
一、两种对立的学说
二、开普勒定律
三、行星运动的处理方法
行星的轨道与圆十分接近,中学阶段按圆轨道来处理,运动规律可描述为:
1.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角速度(或线速度)大小不变,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,表达式为 =k。
【思考讨论】
1.判断下列说法的正误。
(1)所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆。( )
(2)围绕太阳运动的行星的速率是一成不变的。( )
(3)开普勒定律仅适用于行星绕太阳的运动。( )
(4)行星轨道的半长轴越长,行星的周期越长。( )
√
×
×
√
2.地心说和日心说是两种截然不同的观点,现在看来这两种观点哪种是正确的
提示:两种观点受人们意识的限制,是人类发展到不同历史时期的产物。两种观点都具有历史局限性,现在看来都是不正确的。
3.如图所示,当航天器围绕地球沿椭圆轨道运行时,在近地点A的速率 (选填“大于”“小于”或“等于”)在远地点B的速率。
答案:大于
提示:根据开普勒第二定律,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,航天器(相当于卫星)绕地球运行也遵循开普勒第二定律,由此可知在近地点A的速率大于在远地点B的速率。
4.在同一轨道上沿同一方向做匀速圆周运动的两颗人造地球卫星,它们的运行周期是否相同
提示:相同。由开普勒第三定律 =k可知,r相同,则T一定相同。
合作探究·释疑解惑
知识点一
知识点二
知识点一 对开普勒定律的理解
问题引领
下图是“金星凌日”的示意图,观察图中地球、金星的位置,回答地球和金星哪一个的公转周期更长。
提示:地球。由题图可知,地球到太阳的距离大于金星到太阳的距离,根据开普勒第三定律可得,地球的公转周期更长。
归纳提升
1.从空间分布认识
开普勒第一定律告诉我们,各行星的轨道大小不同,它们的共同规律是:所有行星都沿椭圆轨道绕太阳运动,太阳则位于所有椭圆的一个公共焦点上。否定了行星圆形轨道的说法,建立了正确的轨道理论,给出了太阳的准确位置。
2.从速度大小认识
从开普勒第二定律可以看出,行星靠近太阳时速度增大,远离太阳时速度减小。近日点速度最大,远日点速度最小。如图所示。
开普勒第三定律反映了行星公转周期跟
轨道半长轴之间的关系。椭圆轨道半长
轴越长的行星,其公转周期越大。半长轴
a是图中AB间距的一半,T是公转周期,常
数k与行星无关,只与中心天体有关。
画龙点睛 开普勒行星运动定律是经验定律,都是通过总结行星运动的观察结果而得出的规律。
典型例题
【例题1】 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二次方等于它们轨道半长轴之比的三次方
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
C
解析:太阳位于木星运行轨道的一个焦点上,A项错误。火星与木星轨道不同,在运行时速度不可能始终相等,B项错误。“在相等的时间内,行星与太阳连线扫过的面积相等”是对于同一颗行星而言的,不同的行星,则不具有可比性,D项错误。根据开普勒第三定律,对同一中心天体来说,行星公转半长轴的三次方与其周期的二次方的比值为定值,C项正确。
误区警示 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。
【变式训练1】 (多选)下列对开普勒第三定律 =k的理解,正确的是( )
A.T表示行星的自转周期
B.k是一个仅与中心天体有关的常量
C.该定律既适用于行星绕太阳的运动,也适用于卫星绕行星的运动
D.若地球绕太阳运转的半长轴为a1,周期为T1,月球绕地球运
转的半长轴为a2,周期为T2,由开普勒第三定律可得
BC
解析:由开普勒第三定律知,T表示行星的公转周期,A错误。k由中心天体决定,中心天体不同,k不同,B正确,D错误。 =k,适用于宇宙中所有天体,C正确。
知识点二 开普勒第三定律的应用
问题引领
下图是火星冲日年份示意图,观察图中地球、火星的位置,请思考:地球和火星哪一个的公转周期更长
提示:将地球和火星绕太阳的运动看
作匀速圆周运动,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。
归纳提升
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,并且把它们的运动视为匀速圆周运动,椭圆的半长轴即为圆的半径。
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 =k。据此可知,绕同一天体运动的天体,轨道半径r越大,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,在应用这两个规律上与一般物体的运动没有区别。
典型例题
【例题2】 (多选)太阳系中的第二大行星——土星的卫星众多。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( )
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 5.3×105 765 2.31×1021 卡西尼 1672
土卫六 1.2×106 2 575 1.35×1023 惠更斯 1655
A.土卫五的公转周期较小
B.土卫六的转动角速度较大
C.土卫六的向心加速度较小
D.土卫五的公转速度较大
答案:ACD
解析:比较同一个行星的两卫星的运动情况,其方法和比较太阳的任意两颗行星的运动情况的方法一样。卫星本身的大小、形状与其运动快慢无关。设卫星运动轨道是圆形的,做匀速圆周运动,根据开普勒第三定律,轨道半径的三次方与公转周期的二次方的比值相等,土卫五的轨道半径较小,则土卫五的公转周期较小,故A正确。
科学思维 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。
【变式训练2】 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∶1 B.4∶1
C.8∶1 D.16∶1
答案:C
解析:两个卫星都是绕同一中心天体(地球)做圆周运动,根据
化简可得TP∶TQ=8∶1,选项C正确。
课 堂 小 结
随 堂 练 习
1.(两种学说的认识)(多选)探索宇宙的奥秘,一直是人类孜孜不倦的追求。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错误的
答案:CD
解析:地心说和日心说都不完善,太阳、地球等天体都是运动的,不可能静止,B错误,D正确。地球是绕太阳运动的一颗普通行星,并非宇宙的中心天体,A错误,C正确。
2.(开普勒定律的认识)关于行星绕太阳运动的下列说法正确的是( )
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
答案:D
解析:所有行星都在各自的椭圆轨道上围绕太阳运动,太阳处在所有椭圆的一个焦点上,故A、B错误。运动的周期T与半长轴a满足 =k,则离太阳越近的行星运动周期越短,故C错误,D正确。
3.(开普勒定律的理解)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,则太阳位于( )
A.F2 B.A
C.F1 D.B
答案:A
解析:根据开普勒第二定律,太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积,因为行星在A点的速率比在B点的速率大,所以太阳在离A点近的焦点上,即太阳位于F2。
4.(开普勒第三定律的应用)钱学森星是一颗绕太阳运行的小行星。若将地球和钱学森星绕太阳的运动都看作匀速圆周运动,它们的运行轨道如图所示。已知钱学森星绕太阳运行一周的时间约为3.4年,设地球绕太阳运行的轨道半径为R,则钱学森星绕太阳运行的轨道半径约为( )
答案:C
第七章 万有引力与宇宙航行
1.行星的运动
自主预习·新知导学
合作探究·释疑解惑
课 堂 小 结
随 堂 练 习
1.知道地心说和日心说的基本内容。
2.知道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.知道所有行星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。
课标定位
1.了解人类认识行星运动的曲折性,形成物理观念。
2.掌握人类认识自然规律的科学思维方法。
3.理解人们对行星运动的认识过程是漫长、复杂的,感悟真理是来之不易的。
素养阐释
自主预习·新知导学
一、两种对立的学说
二、开普勒定律
三、行星运动的处理方法
行星的轨道与圆十分接近,中学阶段按圆轨道来处理,运动规律可描述为:
1.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角速度(或线速度)大小不变,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,表达式为 =k。
【思考讨论】
1.判断下列说法的正误。
(1)所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆。( )
(2)围绕太阳运动的行星的速率是一成不变的。( )
(3)开普勒定律仅适用于行星绕太阳的运动。( )
(4)行星轨道的半长轴越长,行星的周期越长。( )
√
×
×
√
2.地心说和日心说是两种截然不同的观点,现在看来这两种观点哪种是正确的
提示:两种观点受人们意识的限制,是人类发展到不同历史时期的产物。两种观点都具有历史局限性,现在看来都是不正确的。
3.如图所示,当航天器围绕地球沿椭圆轨道运行时,在近地点A的速率 (选填“大于”“小于”或“等于”)在远地点B的速率。
答案:大于
提示:根据开普勒第二定律,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,航天器(相当于卫星)绕地球运行也遵循开普勒第二定律,由此可知在近地点A的速率大于在远地点B的速率。
4.在同一轨道上沿同一方向做匀速圆周运动的两颗人造地球卫星,它们的运行周期是否相同
提示:相同。由开普勒第三定律 =k可知,r相同,则T一定相同。
合作探究·释疑解惑
知识点一
知识点二
知识点一 对开普勒定律的理解
问题引领
下图是“金星凌日”的示意图,观察图中地球、金星的位置,回答地球和金星哪一个的公转周期更长。
提示:地球。由题图可知,地球到太阳的距离大于金星到太阳的距离,根据开普勒第三定律可得,地球的公转周期更长。
归纳提升
1.从空间分布认识
开普勒第一定律告诉我们,各行星的轨道大小不同,它们的共同规律是:所有行星都沿椭圆轨道绕太阳运动,太阳则位于所有椭圆的一个公共焦点上。否定了行星圆形轨道的说法,建立了正确的轨道理论,给出了太阳的准确位置。
2.从速度大小认识
从开普勒第二定律可以看出,行星靠近太阳时速度增大,远离太阳时速度减小。近日点速度最大,远日点速度最小。如图所示。
开普勒第三定律反映了行星公转周期跟
轨道半长轴之间的关系。椭圆轨道半长
轴越长的行星,其公转周期越大。半长轴
a是图中AB间距的一半,T是公转周期,常
数k与行星无关,只与中心天体有关。
画龙点睛 开普勒行星运动定律是经验定律,都是通过总结行星运动的观察结果而得出的规律。
典型例题
【例题1】 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二次方等于它们轨道半长轴之比的三次方
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
C
解析:太阳位于木星运行轨道的一个焦点上,A项错误。火星与木星轨道不同,在运行时速度不可能始终相等,B项错误。“在相等的时间内,行星与太阳连线扫过的面积相等”是对于同一颗行星而言的,不同的行星,则不具有可比性,D项错误。根据开普勒第三定律,对同一中心天体来说,行星公转半长轴的三次方与其周期的二次方的比值为定值,C项正确。
误区警示 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。
【变式训练1】 (多选)下列对开普勒第三定律 =k的理解,正确的是( )
A.T表示行星的自转周期
B.k是一个仅与中心天体有关的常量
C.该定律既适用于行星绕太阳的运动,也适用于卫星绕行星的运动
D.若地球绕太阳运转的半长轴为a1,周期为T1,月球绕地球运
转的半长轴为a2,周期为T2,由开普勒第三定律可得
BC
解析:由开普勒第三定律知,T表示行星的公转周期,A错误。k由中心天体决定,中心天体不同,k不同,B正确,D错误。 =k,适用于宇宙中所有天体,C正确。
知识点二 开普勒第三定律的应用
问题引领
下图是火星冲日年份示意图,观察图中地球、火星的位置,请思考:地球和火星哪一个的公转周期更长
提示:将地球和火星绕太阳的运动看
作匀速圆周运动,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。
归纳提升
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,并且把它们的运动视为匀速圆周运动,椭圆的半长轴即为圆的半径。
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 =k。据此可知,绕同一天体运动的天体,轨道半径r越大,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,在应用这两个规律上与一般物体的运动没有区别。
典型例题
【例题2】 (多选)太阳系中的第二大行星——土星的卫星众多。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( )
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 5.3×105 765 2.31×1021 卡西尼 1672
土卫六 1.2×106 2 575 1.35×1023 惠更斯 1655
A.土卫五的公转周期较小
B.土卫六的转动角速度较大
C.土卫六的向心加速度较小
D.土卫五的公转速度较大
答案:ACD
解析:比较同一个行星的两卫星的运动情况,其方法和比较太阳的任意两颗行星的运动情况的方法一样。卫星本身的大小、形状与其运动快慢无关。设卫星运动轨道是圆形的,做匀速圆周运动,根据开普勒第三定律,轨道半径的三次方与公转周期的二次方的比值相等,土卫五的轨道半径较小,则土卫五的公转周期较小,故A正确。
科学思维 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。
【变式训练2】 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∶1 B.4∶1
C.8∶1 D.16∶1
答案:C
解析:两个卫星都是绕同一中心天体(地球)做圆周运动,根据
化简可得TP∶TQ=8∶1,选项C正确。
课 堂 小 结
随 堂 练 习
1.(两种学说的认识)(多选)探索宇宙的奥秘,一直是人类孜孜不倦的追求。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错误的
答案:CD
解析:地心说和日心说都不完善,太阳、地球等天体都是运动的,不可能静止,B错误,D正确。地球是绕太阳运动的一颗普通行星,并非宇宙的中心天体,A错误,C正确。
2.(开普勒定律的认识)关于行星绕太阳运动的下列说法正确的是( )
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
答案:D
解析:所有行星都在各自的椭圆轨道上围绕太阳运动,太阳处在所有椭圆的一个焦点上,故A、B错误。运动的周期T与半长轴a满足 =k,则离太阳越近的行星运动周期越短,故C错误,D正确。
3.(开普勒定律的理解)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,则太阳位于( )
A.F2 B.A
C.F1 D.B
答案:A
解析:根据开普勒第二定律,太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积,因为行星在A点的速率比在B点的速率大,所以太阳在离A点近的焦点上,即太阳位于F2。
4.(开普勒第三定律的应用)钱学森星是一颗绕太阳运行的小行星。若将地球和钱学森星绕太阳的运动都看作匀速圆周运动,它们的运行轨道如图所示。已知钱学森星绕太阳运行一周的时间约为3.4年,设地球绕太阳运行的轨道半径为R,则钱学森星绕太阳运行的轨道半径约为( )
答案:C