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(共30张PPT)
第一节 行星的运动
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第六章 万有引力与宇宙航行
仰望星空
我仰望星空， 我仰望星空
它是那样寥廓而深邃； 它是那样自由而宁静；
那无穷的真理， 那博大的胸怀，
让我苦苦地求索、追随。 让我的心灵栖息、依偎。
　　
我仰望星空， 我仰望星空，
它是那样庄严而圣洁； 它是那样壮丽而光辉；
那凛然的正义， 那永恒的炽热，
让我充满热爱、 让我心中燃起希望的烈
感到敬畏。 焰、响起春雷。
温家宝
1.托勒密的地心说和哥白尼的日心说和基本观点分别是什么？
2.关于运动的描述，托勒密的地心说和哥白尼的日心说有哪些相似的地方？
3.从运动学的角度来看，托勒密的地心说和哥白尼的日心说的区别是什么？
4.为什么日心说最终战胜了地心说？
任务一：了解人类对行星运动规律的认识历程，知道行星绕谁运动
地心说-----托勒密建立和完善。
地心说的建立与发展
基本观点：
1.地球是球体。
2.地球是静止不动的，而且处于宇宙的中心,从地球向外，依次有月球、水星、金星、太阳、火星、木星和土星,再外面是镶嵌着所有恒星的天球——恒星天。最外面，是推动天体运动的原动天。
3.所有日月星辰都围绕地球匀速转动。
托 勒 密
地
心
说
地球是世界的中心,并且静止不动,一切行星围绕地球做圆周运动
1、地心说
日心说的建立与发展
在公元前300多年的赫拉克里特和阿里斯塔克斯就已经提到过太阳是宇宙的中心，地球围绕太阳运动。完整的日心说宇宙模型是由波兰天文学家哥白尼在1543年发表的《天体运行论》中提出。
基本观点：
（1）太阳是不动的，而且在宇宙中心，水星、金星、火星、木星、土星和地球一样，都在圆形轨道上匀速率地绕着太阳公转。
（2）月球是地球的卫星，它在以地球为中心的圆轨道上每月绕地球转一周，并随地球绕太阳公转。
（3）地球每天自转一周，天穹实际上不转动，只是由于地球的自转才是我们看到了日月星辰每天东升西落的现象。
地心说面临的问题：无法解释观测到的行星的逆行，古人认为天体的运动是神圣的，必然是最完美，最和谐的匀速圆周运动。
解释办法：提出本轮（小圆）和均轮（大圆）的模型。但为了与观察结果更好地符合，每个行星不止一个本轮，结果“轮上轮”的总数达到80多个，还要引入“偏心点”“偏心等距点”等复杂概念。——致命问题是缺少简洁性。
日
心
说
太阳是世界的中心,并且静止不动,一切行星都围绕太阳做圆周运动。
哥白尼
2、日心说
否定地心说的决定性因素是证据：伽利略发明了望远镜，发现了木星的行星，说明地球不是所有天体的中心。
　“日心说”对天体的描述大为简化，同时打破了过去认为其它天体和地球截然有别的界限，是一项真正的科学革命。
　这种学说和宗教的主张是相反的。为宣传和捍卫这个学说，意大利学者布鲁诺被宗教裁判所活活烧死。伽利略受到残酷的迫害，后人把历史上这桩勇敢的壮举形容为：“哥白尼拦住了太阳，推动了地球。”
地心说和日心说
意大利鲜花广场
任务二：了解第谷和开普勒的贡献，体会科学精神，做图理解椭圆轨道
1.如何评价第谷的贡献？
2.开普勒成功的要素是什么？
第谷
开普勒
丹麦伟大的天文学家第谷连续21年对777颗恒星与行星的位置进行观测并记录了精确的数据，把观测的误差由10＇提高到了2＇。。
德国天文学家开普勒（1571-1630）在最初研究他的导师家第谷（1546-1601）所记录的数据时，也是以行星绕太阳做匀速圆周运动的模型来思考问题的。但是70余次尝试所得结果却与第谷的观测数据至少有8分的角度误差。当时公认的第谷的观测误差不超过2分。开普勒想，这不容忽视的8分也许是因为人们认为行星绕太阳做匀速圆周运动所造成的。至此，人们长期以来视为真理的观念——天体做匀速圆周运动，第一次受到了怀疑（证据）。后来开普勒又仔细研究了第谷的观测资料，经过四年多的刻苦计算先后否定了19种开普勒三大定律。开普勒得出行星运动的三大定律历时16年。
年 份 春 分 夏 至 秋 分 冬 至
2008 3月20日 6月21日 9月22日 12月22日
2009 3月20日 6月21日
9月23日
12月22日
2010 3月21日 6月21日 9月23日 12月22日
表一：各年四节气具体日期统计表
分析数据，你得到了什么？
春天：92天 夏天：94天 秋天：84天 冬天：90天
四季的时间是不相等的
地球绕太阳的运动并不是完美的匀速圆周运动
二、行星的运动
画椭圆
1.椭圆中的变与不变？
2.椭圆与圆有什么相似的地方？
3.两焦点间距离不断减少时，椭圆有什么变化？
开普勒
开普勒第一定律
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
任务三：用开普勒第二定律推理行星运动的快慢
开普勒第二定律：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。
1.画图理解这句话的含义。
2.用动力学观点分析行星在椭圆轨道上线速度大小是否变化？怎么变化？
3.近日点的线速度和远日点的线速度大小哪个更大？
行星/卫星 半长轴（km） 周期（天） K（m /s ）
水星 57 87.97
金星 108 225
地球 149 365
火星 228 687
木星 778 4333
土星 1426 10759
天王星 2870 30660
海王星 4498 60148
月球 0.3844 27.3
同步卫星 0.0424 1
3.36×10^18
3.36×10^18
3.36×10^18
3.36×10^18
3.36×10^18
3.36×10^18
3.37×10^18
3.37×10^18
1.03×10^13
1.03×10^13
动手计算后，你得到了什么？
所有行星的半长轴的三次方与周期的平方的比值都相等，月球、卫星的比值也相等
K值与环绕天体无关，与中心天体有关
任务四：探究行星运动的周期与什么因素有关
开普勒
开普勒第三定律
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（k）都相等
开普勒第三定律
1. a 指椭圆轨道的半长轴，T指行星运动的周期
2. k 是一个常数，对于绕同一中心天体运动的行星来说，k的大小与行星无关，只与中心天体有关
公式表述：
行星的轨道虽然是椭圆，但接近于圆形
在中学阶段，我们将椭圆轨道按照圆形轨道处理，则开普勒定律描述为：
1.行星绕太阳运动的轨道十分接近圆，太阳处在圆心
1.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. 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
3.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
2.对于某一行星来说，它绕太阳做圆周运动的角速度（或线速度）不变，即行星做匀速圆周运动
3.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
即R /T =k
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。
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。
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。
开普勒三大定律
例1.有两个人造地球卫星，它们绕地球运转的轨道半径之比是1：2，则它们绕地球运转的周期之比为 。
【解】：
设两人造地球卫星的轨道半径分别为r1、r2，周期分别为T1、T2，且r1 ：r2 ＝1 ：2，则根据开普勒第三定律
所以
比值法处理天体运动
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.行星轨道的半长轴越长，自转周期越大
C.行星轨道的半长轴越长，公转周期越大
D.水星离太阳“最近”，公转周期最短
C D
3.木星绕太阳转动的周期为地球绕太阳转动的
周期的12倍，则木星绕太阳运动的轨道半长轴
约为地球绕太阳运行轨道半长轴的（ ）倍。
4.某一人造卫星绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径为月球绕地球轨道半径的1/3，则此卫星运行的周期大约是（ ）
A、1~4d之间 B、4~8d之间
C、8~16d之间 D、16~20d之间
B

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