高中物理必修二万有引力定律 _ 1. 天体运动课件20张PPT (2)

1　天体运动
第三章　万有引力定律
1.了解地心说与日心说的主要内容和代表人物，知道人类对行星
运动的认识过程.
2.理解并应用开普勒三个定律分析问题.
目标定位
二、开普勒行星运动定律
三、开普勒三定律的应用及行星运动的一般处理方法
栏目索引
一、“地心说”和“日心说”
对点检测 自查自纠
一、“地心说”和“日心说”
知识梳理
1.地心说： 是宇宙的中心，而且是静止不动的，太阳、月亮以及其他行星都绕 运动.代表人物是 .
2.日心说： 是宇宙的中心，而且是静止不动的，地球以及其他行星都绕太阳运动.代表人物是 .
地球
地球
托勒密
太阳
哥白尼
答案
【深度思考】
太阳每天东升西落，这一现象是否说明太阳绕着地球运动呢？为什么？
答案　不能.太阳是太阳系的中心，地球等行星绕太阳运动.太阳东升西落，是因为地球的自转.
答案
典例精析
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例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.太阳是宇宙的中心，所有天体都绕太阳运动
C.太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动
D.“地心说”和哥白尼提出的“日心说”现在看来都是不完全正确的
解析　“地心说”是错误的，所以A错误；
太阳系在银河系中运动，银河系也在运动，所以B、C错误；
从现在的观点看地心说和日心说都是不完全正确的，都是有其时代局限性的，D正确，故选D.
D
解析答案
知识梳理
二、开普勒行星运动定律
1.德国天文学家 发现如果假设行星的运动是匀速圆周运动，计算所得的数据和丹麦天文学家 的观测数据有一个偏差.当用 轨道进行计算，偏差消除了.
2.开普勒第一定律(轨道定律)：
(1)内容：所有的行星围绕太阳运动的轨道都是 ，太
阳处在 上.如图1所示.
(2)理解：开普勒第一定律说明不同行星绕太阳运动时的
椭圆轨道虽然不同，但有一个 的焦点.
图1
开普勒
第谷
椭圆
椭圆
所有椭圆的一个焦点
共同
答案
3.开普勒第二定律(面积定律)：
(1)内容：从太阳到行星的连线在相等的时间内扫过 .如图2所示.
(2)理解：行星靠近太阳的过程中都是向心运动，速度增 ，在近日点速度最 ；行星远离太阳的过程中都是离心运动，速度减 ，在远日点速度最 .
图2
相等的面积
大
大
小
小
答案
4.开普勒第三定律(周期定律)：
(1)内容：行星轨道半长轴的 与公转周期的 的比值是一个常量.
(2)理解：开普勒第三定律的表达式为 ，其中r是椭圆轨道的半长轴，T是行星公转的周期，k是一个常量，与行星 但与中心天体的质量 .(填“有关”或“无关”)
三次方
二次方
无关
有关
答案
典例精析
例2　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.行星在椭圆轨道上绕太阳运动的过程中，其速度与行星和太阳之间
的距离有关，距离小时速度小，距离大时速度大
D.离太阳越近的行星运动周期越短
解析答案
解析　不同行星绕太阳运动时的椭圆轨道不同，但有一个共同的焦点，即太阳位置，A、B均错误；
由开普勒第二定律知行星离太阳距离小时速度大，距离大时速度小，C错误；
答案　D
针对训练　(多选)关于太阳系中各行星的运动，下列说法正确的是(　　)
A.太阳系中的各行星有一个共同的轨道焦点
B.行星的运动方向总是与它和太阳的连线垂直
C.行星在近日点的速率大于远日点的速率
D.离太阳“最远”的行星，绕太阳运动的公转周期最长
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解析答案
解析　开普勒第一定律的内容为：所有行星分别沿不同大小的椭圆轨道绕太阳运动，太阳处于椭圆的一个焦点上，故A正确；
行星的运动方向为轨迹上某一点切线方向，不一定与它和太阳的连线垂直，故B错误；
开普勒第二定律的内容为：对每一个行星而言，太阳与行星的连线在相同时间内扫过的面积相等，可知行星绕太阳运动有近日点和远日点之分，近日点运动快，远日点运动慢，故C正确；
根据开普勒第三定律，所有行星的椭圆轨道的半长轴的三次方与公转周期的二次方成正比，故离太阳越远的行星绕太阳公转的周期越长，故D正确.故选A、C、D.
答案　ACD
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三、开普勒三定律的应用及行星运动的一般处理方法
知识梳理
1.开普勒三定律的应用：
(1)适用范围：开普勒定律适用于做匀速圆周运动的天体.
(2)用途：知道了行星到太阳的距离，就可以由开普勒第三定律计算或比较行星绕太阳运行的周期.反之，知道了行星的周期，也可以计算或比较其到太阳的距离.
(3)k值：表达式 ＝k中的常数k，只与中心天体的质量有关，如研究行星绕太阳运动时，k只与太阳的质量有关，研究卫星绕地球运动时，k只与地球的质量有关.
2.行星运动的一般处理方法：
(1)行星的运动中学阶段按 处理，太阳处在 .
(2)所有行星 的三次方跟它的 的二次方的比值都相等，
表达式为 .
匀速圆周运动
圆心
轨道半径
公转周期
答案
典例精析
例3　如图3所示，某行星沿椭圆轨道运行，远日点A离
太阳的距离为a，近日点B离太阳的距离为b，行星经过
A点时的速率为va，则经过B点时的速率为(　　)
图3
C
解析答案
总结提升
总结提升
开普勒第二定律揭示的是同一行星在距离太阳不同距离时的运动快慢的规律.
(1)定性分析：行星靠近太阳时，速率增大；远离太阳时，速率减小.
(2)定量计算：在近日点、远日点行星的速率与行星到太阳的距离成反比.
例4　太阳系八大行星绕太阳运行的轨迹可粗略地视为圆，下表是各星球的半径和轨道半径.
行星名称
水星
金星
地球
火星
木星
土星
天王星
海王星
星球半径
/×106 m
2.44
6.05
6.37
3.39
69.8
58.2
23.7
22.4
轨道半径
/×1011m
0.579
1.08
1.50
2.28
7.78
14.3
28.7
45.0
从表中所列数据可以估算出海王星的公转周期最接近(　　)
A.80年 B.120年 C.165年 D.200年
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解析答案
总结提升
答案　C
总结提升
总结提升
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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.
对点检测 自查自纠
1
2
3
4
1.(对开普勒三定律的理解)关于开普勒对于行星运动规律的认识，下列说法正确的是(　　)
A.所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆
B.所有行星绕太阳运动的轨道都是圆
C.所有行星的轨道半长轴的二次方跟公转周期的三次方的比值都相同
D.所有行星的公转周期与行星的轨道半径成正比
解析答案
解析　由开普勒第一定律知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，选项A正确，B错误；
由开普勒第三定律知所有行星的轨道半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等，选项C、D错误.
A
1
2
3
4
2.(对开普勒第三定律的理解)(多选)关于开普勒行星运动的公式 ＝k，以下理解正确的是(　　)
A.k是一个与行星无关的量
B.T表示行星运动的自转周期
C.T表示行星运动的公转周期
D.若地球绕太阳运转轨道的半长轴为r地，周期为T地；月球绕地球运转
轨道的半长轴为r月，周期为T月，则＝
解析答案
1
2
3
4
解析　开普勒行星运动公式 ＝k中的T是指行星的公转周期而不是自转周期，其中k是由中心天体决定的，不同的中心天体k值不同.故选项A、C正确.
答案　AC
1
2
3
4
3.(开普勒三定律的应用)如图4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(　　)
图4
A.速度最大点是B点
B.速度最小点是C点
C.m从A到B做减速运动
D.m从B到A做减速运动
C
答案
1
2
3
4
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4.(开普勒三定律的应用)有两颗行星环绕某恒星转动，它们的运动周期之比为27∶1，则它们的轨道半径之比为(　　)
A.1∶27 B.9∶1 C.27∶1 D.1∶9
B
解析答案
本课结束