2020学年高中物理-必修2-第六章万有引力与航天 第1节行星的运动（共18张PPT）
文档属性
| 名称 | 2020学年高中物理-必修2-第六章万有引力与航天 第1节行星的运动（共18张PPT） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 1.2MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-02-23 21:46:40 | ||
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文档简介
(共18张PPT)
第1节 行星的运动
1. 了解人类对行星运动规律的认识历程
2. 知道观察是研究行星运动规律的一种重要的方法
3. 知道如何画椭圆及椭圆的特征
4. 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
学习目标
了解：古人对天体运动有哪些看法？
地心说和日心说
关注：日心说
(1)日心说提出的背景：在当时，哥伦布和麦哲伦的探险航行已经使不少人相信地球并不是一个平台，而是一个球体。
(2)哥白尼的推测：是不是地球每天在围绕自己的轴线旋转一周
(3)内容：他假设地球并不是宇宙
的中心，太阳是静止不动的，地
球和其他行星都是围绕着太阳做
匀速圆周运动.
日心说的局限性：
日心说相对地心说能更完美地解释天体的运动，但这两种学说都不完善。
因为太阳、地球等天体都是运动的，鉴于当时对自然科学的认识能力，日心说比地心说更先进。
天文学家对天体运动进一步的研究
1. 丹麦天文学家第谷 的探索:
在哥白尼之后，第谷连续20年对行星的位置进行了较仔细的测量，大大提高了测量的精确程度。在第谷之前，人们测量天体位置的误差大约是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. 德国物理学家开普勒的研究.
总结了他的导师第谷的全部观测资料，在他最初研究时，他得到的结果与第谷的观察数据相不一致，开普勒想,误差可能就是认为行星绕太阳做匀速圆周运动
造成的.后来他花了四年时间一遍一遍地进
行数学计算，通过计算这一怀疑使他发现
了行星运动三大定律.
定律：开普勒三定律
1.开普勒第一定律（轨道定律）
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。
2.开普勒第二定律（面积定律）
对于每一个行星而言，
太阳和行星的联线在
相等的时间内扫过相
等的面积。
近
处
快
远处慢
3.开普勒第三定律（周期定律）
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。
说明：①行星绕太阳的运动都符合上述表达式，如地球和木星
都绕太阳转动时有： ，比值k是一个与行星本身无
关的物理量，只与中心天体有关。
②对于同一个行星的不同卫星，它们也符合此运动规律：
常考题型
题组一 对开普勒行星运动定律的理解
题1 ［2019·四川双流中学高三模拟］［多选］根据开普勒行星运动定律，以下说法中正确的是 （ ）
A. 行星沿椭圆轨道运动，在远日点的速度最大，近日点的速度最小
B. 行星沿椭圆轨道运动，在远日点的速度最小，近日点的速度最大
C. 行星运动的速度大小是不变的
D. 行星的运动是变速曲线运动
【特别提醒】
（1）开普勒行星运动定律也适用于其他天体的运动，如月球（或人造卫星）绕地球的运动，卫星绕行星的运动。
（2）开普勒第二定律与第三定律的区别：前者揭示的是同一行星在距太阳不同距离时运动快慢的规律，后者揭示的是不同行星运动快慢的规律。
BD
【解析】 A、C错，B对：在行星运动时，行星和太阳的连线，在相等的时间内，扫过相等的面积，故远日点速度小，近日点速度大。
D对：行星运行时速度的大小、方向都在改变，所以是变速曲线运动。
题2［2019·东北师大附中高一检测］太阳系有八大行星，八大行星离太阳的远近不同，绕太阳运转的周期也不相同。下列反映公转周期与行星轨道半长轴的关系图像中正确的是（ ）
A B C D
D
题3［2019·河北成安一中高一检测］对于开普勒行星运动的规律 =k，以下理解正确的是（ ）
A. k是一个与行星质量有关的量
B. 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 =
C. T表示行星运动的自转周期
D. T表示行星运动的公转周期
【特别提醒】
（1）天体运动的轨迹一般是椭圆，有些星体（行星、卫星）的轨迹近似为圆，为方便分析，可当作圆轨道处理。
（2）在开普勒第三定律中，所有行星绕太阳转动的k值均相同；但对于不同的天体系统k值不相同。k值的大小由系统的中心天体决定。
D
【解析】如图所示，近地点在B点，远地点在P点，当时间Δt很小时，可认为卫星在B点附近和在P点附近的速率不变。
卫星在近地点的速度用v1表示，在远地点的速度用v2表示，由开普勒第二定律得弧SABCF=弧SMPNF，即 v1Δt（R地+h1）= v2Δt（R地+h2）
所以 ，代入数据后得 ≈1.28
题组二 开普勒行星运动定律的应用
题4 某人造卫星的近地点高度是h1=439 km，远地点高度是h2=2 384 km，则近地点处卫星的速率与远地点处卫星速率的比值是多少（已知R地=6 400 km）？
【解析】卫星P、Q均围绕地球做匀速圆周运动，由开普勒第三定律可得
= ，解得 = = ，选项C正确。
【答案】 C
开普勒第三定律的应用方法
1.应用开普勒第三定律求解涉及椭圆轨道、运动周期相关问题的步骤：
（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能适用；
（2）明确题中给出的周期或半径关系；
（3）根据开普勒第三定律列式求解。
2.如果将椭圆轨道近似按圆轨道处理，那么开普勒第三定律中椭圆的半长轴即近似为圆的半径。
?
题5 ［2018?全国Ⅲ卷］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
题6［2019·福建三明高一检测］如图 所示是行星m绕恒星M运动情况的示意图，下列说法正确的是 （ ）
A.速度最大点是B点
B.速度最小点是C点
C.行星m从A到B做减速运动
D.行星m从B到A做减速运动
?
C
题7 ［浙江卷］长期以来“卡戎星（Charon）”被认为是冥王星唯一的卫星，它的公转轨道半径r1=19 600 km，公转周期T1=6.39天。2005年，天文学家新发现两颗冥王星的小卫星，其中一颗的公转轨道半径r2=48 000 km，则它的公转周期T2最接近（ ）
A.15天 B.25天
C.35天 D.45天
B
内容小结
本节学习的是开普勒行星运动的三定律，其中第一定律反映了行星运动的轨迹是椭圆，第二定律描述了对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等时间内扫过相等的面积．行星在近日点的速率最小，在远日点的速率最大，第三定律揭示了轨道半长轴与公转周期的定量关系．在近似计算中可以认为行星都以太阳为圆心做匀速圆周运动
第1节 行星的运动
1. 了解人类对行星运动规律的认识历程
2. 知道观察是研究行星运动规律的一种重要的方法
3. 知道如何画椭圆及椭圆的特征
4. 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
学习目标
了解：古人对天体运动有哪些看法？
地心说和日心说
关注：日心说
(1)日心说提出的背景：在当时，哥伦布和麦哲伦的探险航行已经使不少人相信地球并不是一个平台，而是一个球体。
(2)哥白尼的推测：是不是地球每天在围绕自己的轴线旋转一周
(3)内容：他假设地球并不是宇宙
的中心，太阳是静止不动的，地
球和其他行星都是围绕着太阳做
匀速圆周运动.
日心说的局限性：
日心说相对地心说能更完美地解释天体的运动，但这两种学说都不完善。
因为太阳、地球等天体都是运动的，鉴于当时对自然科学的认识能力，日心说比地心说更先进。
天文学家对天体运动进一步的研究
1. 丹麦天文学家第谷 的探索:
在哥白尼之后，第谷连续20年对行星的位置进行了较仔细的测量，大大提高了测量的精确程度。在第谷之前，人们测量天体位置的误差大约是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. 德国物理学家开普勒的研究.
总结了他的导师第谷的全部观测资料，在他最初研究时，他得到的结果与第谷的观察数据相不一致，开普勒想,误差可能就是认为行星绕太阳做匀速圆周运动
造成的.后来他花了四年时间一遍一遍地进
行数学计算，通过计算这一怀疑使他发现
了行星运动三大定律.
定律：开普勒三定律
1.开普勒第一定律（轨道定律）
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。
2.开普勒第二定律（面积定律）
对于每一个行星而言，
太阳和行星的联线在
相等的时间内扫过相
等的面积。
近
处
快
远处慢
3.开普勒第三定律（周期定律）
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。
说明：①行星绕太阳的运动都符合上述表达式，如地球和木星
都绕太阳转动时有： ，比值k是一个与行星本身无
关的物理量，只与中心天体有关。
②对于同一个行星的不同卫星，它们也符合此运动规律：
常考题型
题组一 对开普勒行星运动定律的理解
题1 ［2019·四川双流中学高三模拟］［多选］根据开普勒行星运动定律，以下说法中正确的是 （ ）
A. 行星沿椭圆轨道运动，在远日点的速度最大，近日点的速度最小
B. 行星沿椭圆轨道运动，在远日点的速度最小，近日点的速度最大
C. 行星运动的速度大小是不变的
D. 行星的运动是变速曲线运动
【特别提醒】
（1）开普勒行星运动定律也适用于其他天体的运动，如月球（或人造卫星）绕地球的运动，卫星绕行星的运动。
（2）开普勒第二定律与第三定律的区别：前者揭示的是同一行星在距太阳不同距离时运动快慢的规律，后者揭示的是不同行星运动快慢的规律。
BD
【解析】 A、C错，B对：在行星运动时，行星和太阳的连线，在相等的时间内，扫过相等的面积，故远日点速度小，近日点速度大。
D对：行星运行时速度的大小、方向都在改变，所以是变速曲线运动。
题2［2019·东北师大附中高一检测］太阳系有八大行星，八大行星离太阳的远近不同，绕太阳运转的周期也不相同。下列反映公转周期与行星轨道半长轴的关系图像中正确的是（ ）
A B C D
D
题3［2019·河北成安一中高一检测］对于开普勒行星运动的规律 =k，以下理解正确的是（ ）
A. k是一个与行星质量有关的量
B. 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 =
C. T表示行星运动的自转周期
D. T表示行星运动的公转周期
【特别提醒】
（1）天体运动的轨迹一般是椭圆，有些星体（行星、卫星）的轨迹近似为圆，为方便分析，可当作圆轨道处理。
（2）在开普勒第三定律中，所有行星绕太阳转动的k值均相同；但对于不同的天体系统k值不相同。k值的大小由系统的中心天体决定。
D
【解析】如图所示，近地点在B点，远地点在P点，当时间Δt很小时，可认为卫星在B点附近和在P点附近的速率不变。
卫星在近地点的速度用v1表示，在远地点的速度用v2表示，由开普勒第二定律得弧SABCF=弧SMPNF，即 v1Δt（R地+h1）= v2Δt（R地+h2）
所以 ，代入数据后得 ≈1.28
题组二 开普勒行星运动定律的应用
题4 某人造卫星的近地点高度是h1=439 km，远地点高度是h2=2 384 km，则近地点处卫星的速率与远地点处卫星速率的比值是多少（已知R地=6 400 km）？
【解析】卫星P、Q均围绕地球做匀速圆周运动，由开普勒第三定律可得
= ，解得 = = ，选项C正确。
【答案】 C
开普勒第三定律的应用方法
1.应用开普勒第三定律求解涉及椭圆轨道、运动周期相关问题的步骤：
（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能适用；
（2）明确题中给出的周期或半径关系；
（3）根据开普勒第三定律列式求解。
2.如果将椭圆轨道近似按圆轨道处理，那么开普勒第三定律中椭圆的半长轴即近似为圆的半径。
?
题5 ［2018?全国Ⅲ卷］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
题6［2019·福建三明高一检测］如图 所示是行星m绕恒星M运动情况的示意图，下列说法正确的是 （ ）
A.速度最大点是B点
B.速度最小点是C点
C.行星m从A到B做减速运动
D.行星m从B到A做减速运动
?
C
题7 ［浙江卷］长期以来“卡戎星（Charon）”被认为是冥王星唯一的卫星，它的公转轨道半径r1=19 600 km，公转周期T1=6.39天。2005年，天文学家新发现两颗冥王星的小卫星，其中一颗的公转轨道半径r2=48 000 km，则它的公转周期T2最接近（ ）
A.15天 B.25天
C.35天 D.45天
B
内容小结
本节学习的是开普勒行星运动的三定律，其中第一定律反映了行星运动的轨迹是椭圆，第二定律描述了对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等时间内扫过相等的面积．行星在近日点的速率最小，在远日点的速率最大，第三定律揭示了轨道半长轴与公转周期的定量关系．在近似计算中可以认为行星都以太阳为圆心做匀速圆周运动