7.1 行星的运动 课件 30张PPT

第七章 万有引力与宇宙航行
7.1 行星的运动
自远古以来，当人们仰望星空时，天空中壮丽璀璨的景象便吸引了他们的注意。智慧的头脑开始探索星体运动的奥秘。到了 17 世纪，牛顿以他伟大的工作把天空中的现象与地面上的现象统一起来，成功地解释了天体运行的规律。时至今日，上千颗人造地球卫星正在按照万有引力定律为它们“设定”的轨道绕地球运转着。牛顿发现的万有引力定律取得了如此辉煌的成就，以至于阿波罗 8 号从月球返航的途中，当地面控制中心问及“是谁在驾驶”的时候，宇航员回答：“我想现在是牛顿在驾驶。
1.了解地心说和日心说,了解人类认识行星运动规律过程的曲折性,感悟真理来之不易。
2.知道开普勒行星运动定律的内容,知道在中学阶段研究行星运动时的近似处理。
3.能用开普勒行星运动定律分析一些简单的行星运动问题。
学科素养与目标
1.不同行星都在各自的轨道上绕太阳运行，行星运行的轨道有怎样的特点？
2.行星绕太阳运行的周期与距离太阳的远近是否存在某种关系？
问题？
远古学说
天圆地方
地心说
日心说
阿里斯塔克
以太阳为中心
亚里士多德
地球外面有九重天幕
天如鸡子地如鸡中黄
地心说
代表人物：托勒密
优势：符合人们的日常经验，也符合宗教神学关于地球是宇宙中心的说法。
主要观点：地球静止不动，是宇宙的中心，太阳和月亮以及其他行星绕地球匀速圆周转动。
地心说的困难
典型问题：行星的逆行
解决方法：引入本轮，均轮，偏心等距点等概念
进一步的问题：理论过于复杂
日心说
代表人物：哥白尼《天体运行论》
主要观点：太阳是宇宙的中心，地球和其他行星绕太阳做匀速圆周运动。
优势：解释天体运行的理论更完美更简洁，更符合观测结果
第谷：肉眼观星最精确的人
改进测量仪器和测量手段，减小测量误差
坚持用地心说解释观测数据
第 谷（丹麦）
把天体位置测量的误差由10′减少到2′
德国天文学家开普勒的探索
花费十几年时间整理第谷的数据
在这期间，伽利略发明了望远镜
以日心说为基础，试图用数学方法得出行星运动的一般规律
开普勒面临的第一个问题
根据圆周运动轨道计算出的结果与第谷的观测数据有8′的偏差
结论：行星绕太阳做圆周运动的模型是错误的
问题：圆周运动轨道和第谷的观测数据哪个才是准确的？
一、开普勒定律
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，太阳处在椭圆的一个焦点上。
太阳
不同行星轨道不同，太阳在这些椭圆轨道的共同焦点上
绘制椭圆
以用一条细绳和两只图钉来画椭圆。如图7.1-1，把白纸铺在木板上，然后按上图钉。把细绳的两端系在图钉上，用一支铅笔紧贴着细绳滑动，使绳始终保持张紧状态。铅笔在纸上画出的轨迹就是椭圓，图钉在纸上留下的痕迹叫作椭圆的焦点。保持绳长不变，当两焦点不断靠近时，椭圆形状如何变化?焦点重合时，半长轴转变为什么?
2.开普勒第二定律： （面积定律）
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
当行星离太阳比较近时，运动速度比较大，而离太阳比较远时速度比较小；在近日点速度最大，远日点速度最小
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．
a
F
F
地球
注意：比值k是与行星无关而只与太阳有关的恒量．
以地球和火星为例：
火星和木星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行,根据开普勒定律可知(　　)
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
【针对训练1】
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.m从A到B做减速运动
D.m从B到A做减速运动
解析:由开普勒第二定律可知,近日点时行星运动速度最大,因此A、B错误;行星由A向B运动的过程中,其速度减小,故C正确,D错误。
答案:C
【针对训练2】
如图所示,某人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,其轨道半径为月球绕地球运转半径的 ,设月球绕地球运动的周期为27天,则此卫星的运转周期大约是(　　)


C.1天 D.9天
答案:C
【针对训练3】
1.行星绕太阳运动的轨道十分接近圆，太阳处在圆心。
2.行星绕太阳做匀速圆周运动
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，即:
二、高中阶段对行星运动的近似化处理
4.开普勒三定律适用于所有绕中心天体运行的星系，但不同星系的 k 值不同
以地球绕太阳运动为例
以月球绕地球运动为例
太阳系八大行星轨道示意图
解析
人造卫星A、B绕地球做匀速圆周运动，A卫星的运行周期为3 h，A的轨道半径为B的轨道半径的 1/4，则B卫星的运行周期大约是(　　)
A．12 h B．24 h C．36 h D．48 h
开普勒行星运动定律不仅适用于行星绕太阳的运动，也适用于卫星绕行星的运动．根据开普勒第三定律 ，可得 解得TB＝8TA＝24 h．故选B.
B
【针对训练4】
(多选)如图所示为哈雷彗星的轨道示意图，A点和B点分别为其轨道的近日点和远日点，则关于哈雷彗星的运动，下列判断中正确的是(　　)
A．在A点的线速度大于在B点的线速度
B．在A点的角速度小于在B点的角速度
C．在A点的向心加速度等于在B点的向心加速度
D．哈雷彗星的公转周期一定大于1年
AD
【针对训练5】
在天文学上，春分、夏至、秋分、冬至将一年分为春、夏、秋、冬四季，如图所示，从地球绕太阳的运动规律入手，下列判断正确的是(　　)
A．在冬至日前后，地球绕太阳的运行速率较小
B．在夏至日前后，地球绕太阳的运行速率较大
C．春夏两季与秋冬两季时间相等
D．春夏两季比秋冬两季时间长
D
【针对训练6】
飞船沿半径为R的圆周绕地球运动，其周期为T，地球半径为R0，若飞船要返回地面，可在轨道上某点A处将速率 降到适当的数值，从而使飞船沿着以地心为焦点的椭圆轨道运行，椭圆与地球表面在B点相切，求飞船由A点到B点所需要的时间？
解：飞船绕椭圆轨道运行的半长轴为
根据开普勒第三定律得
飞船由A点到B点的时间
【针对训练7】
解析
(多选)已知某卫星在赤道上空轨道半径为r1的圆形轨道上绕地球运行的周期为T，卫星运动方向与地球自转方向相同，赤道上某城市的人每三天恰好五次看到该卫星掠过其正上方．假设某时刻，该卫星在A点变轨进入椭圆轨道，近地点B到地心距离为r2，如图所示．设卫星由A到B(只经B点一次)运行的时间为t，地球的自转周期为T0.不计空气阻力．则(　　)
赤道上某城市的人每三天恰好五次看到该卫星掠过其正上方，可知三天内卫星转了8圈，则有3T0=8T，解得 ，故A错误，B正确；根据开普勒第三定律可知， ，解得t= ，
故C正确，D错误．
BC
【针对训练8】
课堂小结
天圆地方
地心说
远古
公元二世纪
托勒密
地心说
1543
哥白尼
日心说
1546
第谷
出生
1600
开普勒
任第谷助手
1609
开普勒
第一定律
第二定律
1619
开普勒
第三定律
牛顿
万有引力定律
课后作业：
课后问题与练习P48页1,2,3,4题
同步训练

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