2020-2021学年粤教版（2019）必修第二册 3.1 认识天体运动 学案

2020-2021学年粤教版（2019）必修第二册
3.1 认识天体运动 学案
学习目标
1.了解地心说和日心说.
2.理解开普勒第一、第二、第三定律，并能应用解决相关问题（重点、难点）
知识点一　从地心说到日心说
1.地心说：古希腊科学家托勒密发展了人们根据日常观察和经验得出的“地心说”，认为地球是宇宙的中心，是静止不动的，太阳、月亮及其他行星都绕地球运动.
2.日心说：16世纪，波兰天文学家哥白尼经过近40年的观察和研究，提出了“日心说”，迈出了人类认识宇宙历程中最艰难而又最重要的一步.
知识点二　开普勒定律
1.开普勒第一定律：所有行星围绕太阳运行的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上.
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时间内扫过相等的面积.
3.开普勒第三定律：所有行星的轨道半长轴的三次方与它公转周期的二次方之比都相等.
若用r表示椭圆的半长轴，T表示行星的公转周期，根据开普勒第三定律，其关系可表示为＝k，比值k是一个与行星无关而与太阳有关的常量.开普勒关于行星运动的规律也适用于卫星绕行星的运动，只是k值有所不同.
小试身手
1.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
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所接受正是因为这一点.
答案：B
2.关于可能栖息生命的类地行星的运动，下列说法正确的是（　　）
A.所有行星都绕某一恒星做匀速圆周运动
B.所有行星都绕某一恒星做椭圆运动，且轨道都相同
C.离某一恒星越近的行星，其公转周期越小
D.离某一恒星越近的行星，其公转周期越大
解析：根据开普勒三定律知，所有行星绕太阳的轨道都是椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上，但轨道不同，根据公式＝k，半长轴越小，周期越小，把椭圆轨道近似看成圆轨道，即离某一恒星越近的行星，其公转周期越小.
答案：C
学习小结
1.地心日和日心说内容.
2.开普勒第一定律的内容.
3.开普勒第二定律的内容.
4.开普勒第三定律的内容
探究一　地心说与日心说
1.在古代，人们对于天体的运动存在着地心说和日心说两种对立的看法.
2.“地心说”认为地球是宇宙的中心，是静止不动的，太阳、月亮以及其他行星都绕地球运动.“日心说”认为太阳是宇宙的中心，地球、月亮以及其他行星都在绕太阳运动.
3.“地心说”占领统治地位的时间较长.
4.“日心说”与“地心说”争论的结果是“日心说”最终战胜了“地心说”.真理最终战胜了谬误.
【典例1】　（多选）下列说法正确的是（　　）
A.关于天体的运动，日心说和地心说都是片面的
B.地球是一颗绕太阳运动的行星
C.地球是宇宙的中心，太阳、月球及其他行星都在绕地球运动
D.太阳是静止不动的，地球和其他行星都在绕太阳转动
解析：地心说和日心说是人类对天体运动的初步认识，具有片面性，A项说法正确；地球不是宇宙的中心，地球是一颗绕太阳运动的行星.地球和其他行星都在绕太阳转动，而且太阳也是运动的，它属于银河系的一部分，选项B正确，C、D错误.故选A、B.
答案：AB
训练：
1.（多选）下列说法中正确的是（　　）
A.地球是宇宙的中心，太阳、月亮和其他行星都绕地球运动
B.太阳是静止不动的，地球和其他行星绕太阳运动
C.地球是绕太阳运动的一颗行星
D.日心说、地心说都是错误的
解析：运动是绝对的，静止是相对的.故C、D正确.
答案：CD
2.（多选）16世纪，哥白尼根据天文观测的大量资料，经过40多年的天文观测和潜心研究，提出“日心说”的如下四个基本论点，这四个论点目前看存在缺陷的是（　　）
A.宇宙的中心是太阳，所有行星都在绕太阳做匀速圆周运动
B.地球是绕太阳做匀速圆周运动的行星，月球是绕地球做匀速圆周运动的卫星，它绕地球运动的同时还跟地球一起绕太阳运动
C.天穹不转动，因为地球每天自西向东自转一周，造成天体每天东升西落的现象
D.与日地距离相比，其他恒星离地球都十分遥远，比日地间的距离大得多
答案：ABC
探究二　开普勒行星运动定律的理解及应用
1.从空间分布上认识：行星的轨道都是椭圆，不同行星轨道的半长轴不同，即各行星的椭圆轨道大小不同，但所有轨道都有一个共同的焦点，太阳在此焦点上.
2.对速度大小的认识.
（1）如图所示，如果时间间隔相等，即t2－t1＝t4－t3，由开普勒第二定律，面积SA＝SB，可见离太阳越近，行星在相等时间内经过的弧长越长，即行星的速率越大.因此开普勒第二定律又叫面积定律.
（2）近日点、远日点分别是行星距离太阳的最近点、最远点，所以同一行星在近日点速度最大，在远日点速度最小.
行星运动的速度与它到太阳距离的关系
①相同时间内面积：SAB＝SCD＝SEK.
②A到B速度变小，C到D速度变大，E到K速度先变大，后变小.
3.对周期长短的认识.
（1）行星公转周期跟轨道半长轴之间有依赖关系，椭圆轨道半长轴越长的行星，其公转周期越长；反之，其公转周期越短.
（2）该定律不仅适用于行星，也适用于其他天体.例如，绕某一行星运动的不同卫星.
科学反思
开普勒定律的三个注意问题
1.开普勒三定律是通过对行星运动的观察结果总结而得出的规律，它们都是经验定律.
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的运动快慢的规律，后者揭示的是不同行星运动快慢的规律.
3.对于开普勒第三定律＝k，其中k只与中心天体的质量有关，与环绕天体质量无关，即不同行星绕同一中心天体运动的k值相等.
3.已知两个行星的质量m1＝2m2，公转周期T1＝2T2，则它们绕太阳运转轨道的半长轴之比为（　　）
A.＝　　　　　　　B.＝
C.＝ D.＝
解析：由＝k知，＝＝22＝4，则＝，与行星质量无关.
答案：C
4.某行星和地球绕太阳公转的轨道均可视为圆.每过N年，该行星会运行到日地连线的延长线上，如图所示.该行星与地球的公转半径之比为（　　）
A. B.
C. D.
解析：地球绕太阳公转周期T地＝1年，N年转N周，而该行星由于轨道半径大，周期也大，因而该行星N年应转N－1周，故T行＝年，又因为行星和地球均绕太阳公转，由开普勒第三定律知＝k，故＝＝.
答案：B
5.太阳系中的八大行星的轨道均可以近似看成圆轨道.如图所示四幅图是用来描述这些行星运动所遵从的某一规律的图像.图中坐标系的横轴是lg，纵轴是lg；这里T和R分别是行星绕太阳运行的周期和相应的圆轨道半径，T0和R0分别是水星绕太阳运行的周期和相应的圆轨道半径.下列四幅图中正确的是（　　）
答案：B
课堂小结