人教版高中物理必修第二册第七章万有引力与宇宙航行第1节行星的运动课件（49页PPT）

(共49张PPT)
[学习目标]
1.了解地心说和日心说，知道开普勒定律的内容。
2.能用开普勒定律分析一些简单的行星运动问题。
3.了解人类对行星运动规律的认识历程。
1.地心说：_____是宇宙的中心，是静止不动的，太阳、月球以及其他星体都绕____运动。代表人物为______。
2.日心说：_____是静止不动的，地球和其他行星都绕____运动。代表人物为_______。
3.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_____________，而与丹麦天文学家第谷的观测数据不符。
地球
地球
托勒密
太阳
哥白尼
匀速圆周运动
太阳
[思考探究]
阅读教材“科学漫步”，关于托勒密的地心说的观点，思考下列问题：
(1)地心说的基本观点是什么？它是怎样解释天体运动的？
(2)托勒密模型为什么能流传1 000多年？
(3)我们知道“日心说”比“地心说”要准确一些，那么日心说是完全正确的吗？
[提示]　(1)地心说认为地球是静止不动的，太阳、月亮及其他行星都围绕地球运动。地球是宇宙的中心，月亮、太阳及各个行星围绕着地球在大小不同的轨道上运动。
(2)托勒密模型符合人们坐地观天的习惯，在当时，能较好地预报行星的位置、日食和月食，也能顺利地解释许多天文现象，是西方古代天文学的研究基础。
(3)日心说也并不是完全正确的，因为太阳只是太阳系的一个中心天体，而太阳系只是宇宙中众多星系之一，所以太阳并不是宇宙的中心，也不是静止不动的。
[例1]　关于“日心说”和“地心说”，下列说法正确的是(　　)
A.地球是宇宙的中心，是静止不动的
B.“太阳从东边升起，在西边落下”，这说明太阳绕地球转动，地球是不动的
C.如果认为地球是不动的(以地球为参考系)，行星运动的描述变得简单
D.如果认为太阳是不动的(以太阳为参考系)，则行星运动的描述变得简单
D
解析　 “地心说”认为地球是宇宙的中心，是静止不动的，实际上地球是绕太阳公转的，故A错误；“太阳从东边升起，在西边落下”，是以地球为参考系得出的结论，实际上是地球在自西向东的自转，故B错误；托勒密的地心学说可以解释行星的运行问题，但非常复杂，缺少简洁性，而以太阳为中心，许多问题都可以解决，对行星运动的描述也变得简单了，简洁性正是当时人们所追求的，哥白尼的日心说之所以能被当时人们所接受，正是因为这一点，故C错误，D正确。
1.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______的一个_____上。开普勒第一定律又叫轨道定律。
椭圆
2.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_____相等。开普勒第二定律又叫面积定律。
椭圆
焦点
面积
半长轴的三次方
公转周期的二次方
[易错辨析]
(1)同一行星沿椭圆轨道绕太阳运动，靠近太阳时速度增大，远离太阳时速度减小。( )
(2)行星轨道的半长轴越长，行星的周期越长。( )
(3)开普勒第三定律中的常量k与行星无关，与太阳也无关。( )
(4)开普勒定律仅适用于行星绕太阳的运动。( )
√
√
×
×
[例2]　2025年4月24日消息，中国国家航天局发布《天问三号火星取样返回任务国际合作机遇公告》，天问三号探测器由着上服组合体(着陆器、上升器、服务器)和轨返组合体(轨道器、返回器)组成，计划于2028年前后发射，2030年前后携带火星样品返回地球。如图，火星和地球都在围绕着太阳旋转，其运行轨道是椭圆。根据开普勒行星运动定律可知(　　)
D
A.太阳位于地球运行轨道的中心
B.地球靠近太阳的过程中，运行速率减小
C.火星远离太阳的过程中，它与太阳的连线在相等时间内扫过的面积逐渐增大
D.火星绕太阳运行一周的时间比地球的长
解析　根据开普勒第一定律可知，太阳位于地球运行轨道的焦点，故A错误；根据开普勒第二定律可知，地球靠近太阳的过程中，运行速率增加，故B错误；根据开普勒第二定律可知，火星远离太阳的过程中，它与太阳的连线在相等时间内扫过的面积不变，故C错误；根据开普勒第三定律可知，火星绕太阳运行的半长轴大于地球绕太阳运行的半长轴，火星绕太阳运行一周的时间比地球的长，故D正确。
ACD
1.当比较一个行星在椭圆轨道不同位置的速度大小时，选用开普勒第___定律；当比较或计算两个行星的周期时，选用开普勒第___定律。
2.行星运动的近似处理
(1)行星绕太阳运动的轨道十分接近圆，太阳处在_____。
(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。
二
三
圆心
[思考探究]
如图所示是火星冲日的年份示意图，已知地球的公转周期是一年。
(1)若想计算火星的公转周期还需要知道哪些数据？
(2)地球、火星的轨道可近似看成圆轨道，开普勒第三定律还适用吗？
C
A.ab间 B.b点 C.bc间 D.c点
[例5]　(2025·江苏南通高二检测)地球的公转轨道接近圆，但哈雷彗星的绕日运动轨道则是一个非常扁的椭圆，如图所示。天文学家哈雷成功预言哈雷彗星的回归，哈雷彗星最近出现的时间是1986年。已知哈雷彗星轨道半长轴约为17.8 AU(地球和太阳之间的距离为1 AU)。预计哈雷彗星下次回归将在(　　)
A.2023年 B.2049年 C.2061年 D.2081年
C
[例6]　(2024·山东卷改编)“鹊桥二号”中继星环绕月球运行，其24小时椭圆轨道的半长轴为a。已知地球同步卫星的轨道半径为r，则月球与地球质量之比可表示为(已知开普勒常量与中心天体的质量成正比)(　　)
D
1.(地心说与日心说)在物理学发展历史中，许多物理学家都做出了卓越的贡献。以下关于物理学家所做科学贡献的叙述中，正确的是(　　)
A.托勒密认为地球是宇宙的中心，是静止不动的
B.伽利略提出了“日心说”
C.牛顿提出了“日心说”
D.哥白尼发现了行星运动三大定律
A
解析　托勒密是“地心说”的代表人物，他认为地球是宇宙的中心，是静止不动的，A正确；哥白尼提出了“日心说”，B、C错误；开普勒发现了行星运动的三大定律，D错误。
A
3.(开普勒定律的应用)(多选)如图所示为火星绕太阳运动的椭圆轨道，M、N、P是椭圆轨道上的三个点，F1、F2为椭圆的两个焦点。火星由M到N和由N到P的过程中，火星与太阳中心的连线扫过的面积相等。已知由M→N→P过程中，火星速率逐渐增大。下列判断正确的是(　　)
AD
A.太阳位于焦点F2处
B.太阳位于焦点F1处
C.火星由M到N的平均速率大于由N到P的平均速率
D.火星由M到N的平均速率小于由N到P的平均速率
解析　已知由M→N→P过程中，火星速率逐渐增大，根据开普勒第二定律，可知火星和太阳的距离不断减小，即太阳位于焦点F2处，故A正确，B错误；根据题意，火星由M到N和由N到P的过程中，火星与太阳中心的连线扫过的面积相等，根据开普勒第二定律，可知M到N和N到P的时间相同，火星与太阳间的距离减小，则M到N的路程小于N到P的路程，所以火星由M到N的平均速率小于由N到P的平均速率，故C错误，D正确。
4.(开普勒定律的应用)2025年4月1日，我国在酒泉卫星发射中心使用长征二号丁运载火箭，以一箭四星方式，成功将卫星互联网新技术试验卫星0001至0004星送入预定轨道。某卫星进入轨道后绕地球做半长轴为a的椭圆运动，地球同步轨道卫星绕地球做半径为R的匀速圆周运动，则下列说法正确的是(　　)
A
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[基础巩固练]
D
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1.人类对太阳系中行星运动规律的探索过程中，曾有位擅长观测的科学家通过长期观测记录了各行星环绕太阳运动(公转)的大量数据，在此基础上有位擅长数学推理的科学家通过数学推理，发现了行星运动三定律，揭示了行星运动的规律。发现行星运动三定律的这位科学家是(　　)
A.托勒密 B.哥白尼
C.第谷 D.开普勒
解析　第谷通过长期观测记录了各行星环绕太阳运动(公转)的大量数据，开普勒认为行星公转轨道应该是椭圆，然后通过数学推理，发现了行星运动三定律，故选D。
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2.关于日心说被人们所接受的原因是(　　)
A.以地球为中心来研究天体的运动有很多无法解决的问题
B.以太阳为中心，许多问题都可以解决，行星运动的描述也变得简单了
C.地球是围绕太阳转的
D.太阳总是从东面升起，从西面落下
B
解析　托勒密的地心说可以解释行星的逆行问题，但非常复杂，缺少简洁性，而简洁性是当时人们所追求的，哥白尼的日心说之所以被当时人们接受正是因为这一点，故B正确。
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3.如图所示，焦点为F1和F2的椭圆表示火星绕太阳运行的轨道，已知火星运行到A点的速率比运行到B点的速率大，则根据开普勒定律可知，太阳应位于(　　)
D
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A.A处 B.B处
C.F1处 D.F2处
解析　根据开普勒第一定律可知，太阳位于椭圆轨道的焦点位置；根据开普勒第二定律可知，距离太阳越近的位置速率越大，则太阳应位于F2处，故D正确。
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C
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A.公式只适用于轨道是椭圆的运动
B.式中的k值，对于所有行星(或卫星)都相等
C.式中的k值，只与中心天体有关，与绕中心天体旋转的行星(或卫星)无关
D.若已知月球与地球之间的距离，根据公式可求出地球与太阳之间的距离
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5.如图所示，嫦娥六号在环月轨道上沿图中箭头方向作周期性椭圆运动，只考虑其受到月球的引力，ab为椭圆轨道长轴，cd为椭圆轨道短轴，若某时刻嫦娥六号位于c点，则再经过二分之一周期它将位于轨道的(　　)
C
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A.b点 B.d点
C.bd之间 D.ad之间
解析　根据开普勒第二定律知，近月点速度快，远月点速度慢，可知嫦娥六号在弧cbd上的平均速度小于在弧dac上的平均速度，弧cbd的长度为环月椭圆轨道周长的一半，故再经过二分之一周期它将位于轨道的bd之间，故选C。
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6.(教材习题改编)地球公转轨道的半径在天文学上被作为长度单位，叫天文单位，用来度量太阳系内天体与太阳的距离。已知火星的公转轨道半径是1.5天文单位，那么，火星的公转周期大约是(　　)
C
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A.478天 B.548天
C.671天 D.821天
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7.(2025·云南卷)国际编号为192391的小行星绕太阳公转的周期约为5.8年，该小行星与太阳系内八大行星几乎在同一平面内做圆周运动。规定地球绕太阳公转的轨道半径为1 AU，八大行星绕太阳的公转轨道半径如下表所示。忽略其它行星对该小行星的引力作用，则该小行星的公转轨道应介于(　　)
C
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行星 水星 金星 地球 火星 木星 土星 天王星 海王星
轨道半
径R/AU 0.39 0.72 1.0 1.5 5.2 9.5 19 30
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A.金星与地球的公转轨道之间
B.地球与火星的公转轨道之间
C.火星与木星的公转轨道之间
D.天王星与海王星的公转轨道之间
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[能力提升练]
CD
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8.(多选)如图所示，某卫星绕一行星沿椭圆轨道逆时针运动。图示中bd为长轴，S1、S2两个面积大小相等，b、d到行星中心距离分别为r1、r2。则在一个运行周期内(　　)
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11.位于贵州的“中国天眼”(FAST)是目前世界上口径最大的单天线射电望远镜，通过FAST可以测量地球与木星之间的距离。当FAST接收到来自木星的光线传播方向恰好与地球公转线速度方向相同时，测得地球与木星的距离是地球与太阳距离的k倍。若将地球和木星绕太阳的运动均视为匀速圆周运动且轨道共面，则可知木星的公转周期为(　　)
A
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12.地球到太阳的距离为水星到太阳距离的2.6倍，那么地球和水星绕太阳运转的线速度之比为多少？
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[拓展培优练]
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(1)火星公转周期(结果以年为单位，保留两位有效数字)；
(2)探测器从P点运动到Q点所用的时间(结果以年为单位，保留两位有效数字)；
(3)探测器刚进入霍曼转移轨道时，探测器与太阳连线、火星与太阳连线之间的夹角。
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答案　(1)1.8年　(2)0.69年　(3)0.23π
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