资源简介

(共31张PPT)
6.1 行星的运动
CAOZHONGWULI
第六章 万有引力定律
物理
第1节
沪科版 物理 必修二
1、了解地心说与日心说
2、明确开普勒三大定律，能应用开普勒三大定律分析问题
3、知道太阳与行星间的引力与哪些因素有关．理解引力公式的含义并会推导平方反比规律
一、学习目标
问题1：中国古人对天体运动的探究？ 问题2：什么是地心说？ 问题3：什么是日心说？
二、兴趣引导
盖天说（ “天圆地方” －孔方兄）
视频思考：浩瀚的宇宙
宇宙探秘
地心说（托勒密） 日心说（哥白尼）
其他行星在做匀速圆周运动 三、物理学史
第谷·布拉赫，丹麦天文学家，出身贵族，热衷天文学，在汶岛天文台，二十余年如一日进行精确的天文观测，得到了大量数据。
约翰内斯·开普勒，德国天文学家、物理学家、数学家。命途多舛，发现行星运动三定律，被誉为“天空立法者”。
“我预备征服战神马尔斯，把它俘虏到我的星表中来，我已为它准备了枷锁。但是我忽然感到胜利毫无把握……，这个星空中狡黠的家伙，出乎意料地扯断我给它戴上的用方程连成的枷锁，从星表的囚笼中冲出来，逃往自由的宇宙空间去了。”
物 理 学 史
“上天给我们一位像第谷这样精通的观测者，应该感谢神灵的这个恩赐。一经认识这是我们使用的假说上的错误，便应竭尽全力去发现天体运动的真正规律，这8分是不允许忽略的，它使我走上改革整个天文学的道路。”
1.地心说
(1) 是宇宙的中心，是静止不动的；
(2)太阳、月亮以及其他行星都绕 运动；
(3)地心说的代表人物是古希腊科学家 .
2.日心说
(1) 是宇宙的中心，是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳做 ；
(2)日心说的代表人物是 .
地球
地球
托勒密
太阳
匀速圆周运动
哥白尼
四、两种对立的学说
3.局限性
(1)古人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 运动.
(2)开普勒研究了 的行星观测记录，发现如果假设行星的运动是匀速圆周运动，计算所得的数据与观测数据 (填“不符”或“相符”).
匀速圆周
第谷
不符
1. 首先对天体做圆周运动产生了怀疑的科学家是(　　)A．布鲁诺 B．伽利略C．开普勒 D．第谷
例题精讲
【答案】C【解析】开普勒根据第谷的观测数据及个人的理论分析，对前人提出的天体做圆周运动的说法产生了怀疑，并认为所有行星的运动轨道都是椭圆，C正确。
2. 下列说法都是“日心说”的观点，现在看来其中正确的是(　　)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．地球是绕太阳运动的普通行星，月球是绕地球旋转的卫星，它绕地球做匀速圆周运动，同时还跟地球一起绕太阳运动C．天体不动，因为地球每天自西向东转一周，造成天体每天东升西落的现象D．与日地距离相比，恒星离地球十分遥远，比日地间距离大得多
【答案】D【解析】A是“日心说”的观点，但现在看来是不正确的，太阳不是宇宙中心，只是太阳系的中心天体，行星做的也不是匀速圆周运动，A错误；月亮绕地球运动的轨道不是圆，B错误；恒星是宇宙中的主要天体，宇宙中可观察到的恒星有1012颗，太阳是离我们最近的一颗恒星，所有的恒星都在宇宙中高速运动着，所以天体也是运动的，C错误。
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是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上。
五、开普勒行星运动定律
1. 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
例题精讲
【答案】A【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。
对于任意一个行星而言，它和太阳的联线在相等的时间内扫过相等的面积
行星轨道
焦点
太阳
●
行星绕太阳运动的速度大小变化
从近日点到远日点运动时速度越来越小，反之，越来越大
开普勒第二定律
（面积定律）
开普勒第二定律
2. 如图所示，某行星沿椭圆轨道运行，远日点离太阳的距离为a，近日点离太阳的距离为b，过远日点时行星的速率为va，则过近日点时行星的速率为(　　)
例题精讲
天圆地方
远古
140
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
“……（这正是）我十六年以前就强烈希望要探求的东西。我就是为这个而同第谷合作……现在我终于揭示出它的真相。认识到这一真理，这是超出我的最美好的期望。大事告成，书已写出来了，可能当代就有人读它，也可能后世才有人读，甚至可能要等待一个世纪才有读者，就像上帝等了六千年才有信奉者一样。这我就管不着了”。
思考：开普勒第三定律？
开普勒第三定律(周期定律)：
所有行星轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比都相等。
k是一个和星系的中心天体质量有关的物理量，同一星系中各行星的k值相同；不同星系因中心天体不同，则不同星系中的行星的k值不同。
a
开普勒第三定律
开普勒三大定律的理解：
(1)它适用于任何有中心天体的星系，适用于行星也适用于卫星；
(2)开普勒第三定律也可以适用于圆轨道(由于误差比较小，高中阶段很多时候认为行星在做匀速圆周运动)，此时公式中的a等效为r。
(3)三大定律强调的是同一中心天体的行星之间规律，不同星系不能相提并论。
近 似 处 理
例题精讲
3. 两颗人造卫星A、B绕地球做圆周运动，周期之比为TA∶TB＝1∶8，则轨道半径之比和运动速率之比分别为(　　)A．RA∶RB＝4∶1，vA∶vB＝1∶2 B．RA∶RB＝4∶1，vA∶vB＝2∶1C．RA∶RB＝1∶4，vA∶vB＝1∶2 D．RA∶RB＝1∶4，vA∶vB＝2∶1
【答案】D【解析】已知两卫星的周期关系，由开普勒第三定律得
1.第一定律：所有行星绕太阳运动的轨道都是 ，太阳处在 上.
2.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______
.
3.第三定律：所有行星轨道的 跟它的 的比都相等.其表达式为 ＝k，其中a是椭圆轨道的半长轴，T是公转周期，k是一个对所有行星 的常量.
椭圆
椭圆的一个焦点
面积
相等
半长轴的三次方
公转周期的二次方
都相同
知识小结
1.行星绕太阳运动的轨道十分接近圆，太阳处在 .
2.行星绕太阳做 运动.
3.所有行星 的三次方跟它的公转周期T的二次方的 ，即 ＝k.
行星运动的近似处理
圆心
匀速圆周
轨道半径r
比值都相等
例题精讲
1.(多选)在探究太阳与行星间的引力的思考中，属于牛顿的猜想的是(　　)A.使行星沿圆轨道运动，需要一个指向圆心的力，这个力就是太阳对行星的吸引力B.行星运动的半径越大，其做圆周运动的周期就越大C.行星运动的轨道是一个椭圆D.任何两个物体之间都存在太阳和行星之间存在的这种类型的引力
答案:AD解析:牛顿认为以任何方式改变速度都需要力(这种力存在于任何两物体之间)，行星沿圆或椭圆运动，需要指向圆心或椭圆焦点的力，这个力是太阳对它的引力，A、D正确。行星轨道半径与运动周期的关系、行星运动的轨道是椭圆都属于开普勒三定律的内容。
2.地球对月球具有相当大的引力，可它们没有靠在一起，这是因为(　　)A.不仅地球对月球有引力，而且月球对地球也有引力，这两个力大小相等，方向相反，互相抵消了B.不仅地球对月球有引力，而且太阳系中的其他星球对月球也有引力，这些力的合力为零C.地球对月球的引力还不算大D.地球对月球的引力用于不断改变月球的运动方向，使得月球围绕地球运动
答案:D解析:地球对月球的引力和月球对地球的引力是相互作用力，作用在两个物体上，不能相互抵消，A错。地球对月球的引力提供了月球绕地球做圆周运动的向心力，从而不断改变月球的运动方向，所以B、C错，D对。
3.如果认为行星围绕太阳做匀速圆周运动，那么下列说法中正确的是(　　)A.行星受到太阳的引力，提供行星做圆周运动的向心力B.行星受到太阳的引力，但行星运动不需要向心力C.行星同时受到太阳的引力和向心力的作用D.行星受到太阳的引力与它运行的向心力可能不等
答案:A解析:行星围绕太阳做匀速圆周运动。行星受到太阳的引力作用，提供其做圆周运动的向心力，A项正确。
4.(多选)设想人类开发月球，不断把月球上的矿藏搬运到地球上，假定经过长时间开采后，地球仍可看作是均匀的球体，月球仍沿开采前的圆周轨道运动。则与开采前相比(　　)A.地球与月球的引力将变大B.地球与月球的引力将变小C.月球绕地球运动的周期将变长D.月球绕地球运动的周期将变短
答案:BD解析:因为地球的质量变大，月球的质量变小，由F=G知道，当M、m的和为定值时，M、m之间的数值差别越大，则M、m的乘积将越小，所以，当将矿藏从月球搬到地球上后，地球与月球的万有引力将变小，由G=mω2r得ω=，M变大，r不变，故ω变大，所以月球绕地球运动的周期将变短。
5.(多选)如果把水星和金星绕太阳的运动视为匀速圆周运动，从水星与金星在一条直线上开始计时，若天文学家测得在相同时间内水星转过的角度为θ1; 金星转过的角度为θ2(θ1、θ2均为锐角)，则由此条件可求得(　　)A.水星和金星绕太阳运动的周期之比B.水星和金星的密度之比C.水星和金星到太阳的距离之比D.水星和金星绕太阳运动的向心加速度大小之比
答案:ACD解析:设水星、金星的公转周期分别为T1、T2，t=θ1，t=θ2，，A正确。因不知两星质量和半径，密度之比不能求，B错误。由开普勒第三定律，，故C正确。a1=R1，a2=R2，所以，D正确。
6.地球质量约为月球质量的81倍，宇宙飞船从地球飞往月球，当飞至某一位置时，宇宙飞船受到的合力为零。问:此时飞船在空间什么位置 (已知地球与月球间距离L=3.84×108 m)
答案:3.456×108 m
解析:把宇宙飞船作为研究对象，在宇宙中飞船受到地球对它的引力F地和月球对它的引力F月，此时飞船处于平衡状态，即F月=F地，设地球、月球、飞船的质量分别为M地、M月、m，r表示飞船离地球中心的距离，即有 代入数据解之得r=3.456×108 m。
7.开普勒行星运动第三定律指出:行星绕太阳运动的椭圆轨道的半长轴a的三次方与它的公转周期T的二次方成正比，即=k，k是一个对所有行星都相同的常量。将行星绕太阳的运动按圆周运动处理，请你推导出太阳系中该常量k的表达式。已知比例系数为G，太阳的质量为M太。
答案:k=M太解析:因行星绕太阳做匀速圆周运动，于是轨道半长轴a即为轨道半径r，根据太阳与行星间的引力公式和牛顿第二定律有G=m行()2r，于是有M太，即k=M太。
若有收获，请给自己比个

展开更多......

收起↑