资源简介

(共30张PPT)
第一节
行星的运动
第七章 万有引力与宇宙航行
学习目标
1
新课讲解
3
新课导入
2
经典例题
4
课堂练习
5
本课小结
6
目录
学习目标
1.知道日心说、地心说的基本内容，了解两种学说在哲学发展史上的重大意义；
2.知道开普勒行星定律的内容，能根据开普勒定律做简单的分析计算；
3.了解中国古代对天体运动的描述，增强民族文化自信，培养实现中华民族伟大复兴的责任感。
新课导入
在浩瀚的宇宙中有无数大小不一、形态各异的天体，如月亮、地球、太阳、夜空中的星星。
人们对行星运动的认识过程是漫长复杂的，历史上有过不同的看法，科学家也对此进行了不懈的探索。你知道哪些关于行星的知识呢？
思考
新课讲解
中国古人根据有限范围内的观察（如日月星辰东升西落、远处天壤相接等），得出“天圆地方”之类的想法。
盖天说（ “天圆地方” －孔方兄）
古人对天体运动存在哪些看法
东汉时期的天文学家张衡提出“浑天”说，认为天就像一个大鸡蛋，地球就是其中的蛋黄。
　 认为天是一个圆球，地则位于这个圆球的中间。天在不停地旋转，日月星辰随天运转，转到地平线之下就看不见了，这种见解比盖天说更合理地解释了天体的出没。
张衡
浑天仪
浑天说（东汉）
自古以来，人们就观察到日出日落：
由于地球的自转，我们在地球上看到天上的星星，感觉上都是绕地球运动，太阳与月亮也一样，这样人们就很容易得出，地球是宇宙的中心，太阳、月亮及所有的星星都是绕地球转动的。这就是地心说。
一、行星运动的两种学说
代表人物：托勒密
地球是宇宙的中心,并且静止不动,一切行星围绕地球做圆周运动。
地心说是长期盛行于古代欧洲的宇宙学说。它最初由古希腊学者欧多克斯在公元前三世纪提出，后来经托勒密（90-168）进一步发展而逐渐建立和完善起来。
1.地心说
我们在地球上观察到的火星轨迹是这样的
地心说确实可以解释和预言大量的天文现象，但是随着新的天文观测事实的出现，随着人们对天体运动的不断研究，发现“地心说”所描述的天体的运动不仅复杂而且问题很多。如果把地球从天体运动的中心位置移到一个普通的、绕太阳运动的行星的位置，换一个角度来考虑天体的运动，许多问题都可以解决，行星运动的描述也变得简单了。
太阳是宇宙的中心,并且静止不动,一切行星都围绕太阳运动。
2.日心说
哥白尼
哥白尼：认为太阳是静止不动的,地球和其它行星都绕太阳运动
地心说和日心说都认为天体运动必然是最完美、最和谐的匀速圆周运动。古代的两种学说都不完善，因为太阳、地球等天体都是运动的，鉴于当时对自然科学的认识能力，日心说比地心说更先进。后来，天文学家对天体运动有进行了进一步的研究，其中第谷和开普勒较为突出。
第谷（1546-1601）
第谷是“日心说”最终战胜“地心说”的科学功臣。哥白尼之后，第谷连续20年对行星的位置进行了较仔细的测量，大大提高了测量的精确程度。在第谷之前，人们测量天体位置的误差大约是10’，第谷把这个不确定性减小到2’。得出行星绕太阳做匀速圆周运动的模型。
肉眼观星最精确的人
德国的物理学家开普勒继承和总结了他的导师第谷的全部观测资料及数据，他得到的结果与第谷的观察数据相差8’，而当时第谷公认的误差为2’。开普勒经过20年的研究和四年多的刻苦计算，先后否定了19种设想，最后终于计算出行星绕太阳运动的轨迹为椭圆，并总结为行星运动三大定律。
花费十几年时间整理第谷的数据
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
二、开普勒关于行星运动的三定律
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。
对开普勒第一定律的理解
①行星绕太阳运行的轨道严格来说不是圆而是椭圆
②太阳不在椭圆的中心，而是在其中一个焦点上
③行星与太阳间的距离是不断变化的
1.开普勒第一定律
开普勒第一定律也常说成轨道定律
把细绳的两端合在一起（即两个焦点合并成一个点），再用铅笔把细绳拉紧，在板上画出的图形是什么？
思考：椭圆上某点到两个焦点的距离之和与椭圆上另一点到两焦点的距离之和有什么关系
做一做
对于任意一个行星而言，它和太阳的连线在相等的时间内扫过相等的面积。
行星轨道
焦点
太阳
●
思考：
1、近日点速率和远日点速率一样大吗？
2、假设行星在近日点到太阳的距离为a，在远日点到太阳的距离为b，在近日点时速率为v1和在远日点时速率为v2是什么关系？
1、近日点速率最大，远日点速率最小。
2、
2.开普勒第二定律
开普勒第二定律也常说成面积定律
开普勒第二定律的理解
如果时间间隔t2－t1＝t4－t3，由开普勒第二定律知道面积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，故近日点速率最大，远日点速率最小；行星靠近太阳运动时速率增大，远离太阳运动时速率减小。
春夏两季（186天）比秋冬两季（179天）要长。
你认为春夏两季的时间长还是秋冬两季的时间长？
练一练
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。
猜想：a3/T2=k，你能猜出k可能跟谁有关吗 行星？太阳？
3.开普勒第三定律
开普勒第三定律也常说成周期定律
行星/卫星 半长轴（106km） 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
结论：
(1)开普勒第三定律也适用于太阳系以外的其他环绕系统， 不同的环绕系统，k值不同。
(2)k值与环绕天体无关，由中心天体决定。
经典例题
1.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.离太阳越近的行星的运动周期越长
D.所有行星的轨道半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等
D
2、火星和木星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行，根据开普勒行星运动定律可知（ ）
A.太阳位于木星运行轨道的中心
B.火星绕太阳运行速度的大小始终相等
C.火星和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
3.行星绕恒星的运动轨道如果是圆形，那么运行周期T的平方与轨道半径r的三次方的比为常数，设T2/r3=k,则常数k的大小( )
A .只与恒星的质量有关
B. 与恒星的质量及行星的的质量有关
C. 只与行星的质量有关
D. 与恒星的质量及行星的的速度有关
A
当堂检测
1.如图所示，焦点为和的椭圆表示火星绕太阳运行的轨道，已知火星运行到A点的速率比运行到B点的速率小，则根据开普勒定律可知，太阳应位于（　　）
A．A 处 B．B 处 C．处 D．处
答案：C
解析：根据开普勒第二定律可知，太阳和火星连线在相等时间内扫过的面积相等，即近日点速率大于远日点的速率，由题意知B点的速率大，所以B点为近日点，所以F1为太阳所在位置。故ABD错误；C正确。
2.地球的公转轨道接近圆，但彗星的运动轨道是一个非常扁的椭圆如图所示。近日点与太阳中心的距离为，远日点到太阳的距离为。天文学家哈雷成功预言哈雷彗星的回归，哈雷彗星最近出现的时间是1986年，预测下次飞近地球将在2061年左右。下列说法中正确的是（　　）
A.哈雷彗星在近日点运动的速率与在远日点运动的速率之比为
B.哈雷彗星在近日点运动的速率与在远日点运动的速率之比为
C.哈雷彗星椭圆轨道的半长轴是地球公转轨道半径的倍
D.哈雷彗星椭圆轨道的半长轴是地球公转轨道半径的倍
答案：C
解析：AB．根据开普勒第二定律，取时间微元，结合扇形面积公式，可知解得，AB错误；
CD．地球绕太阳公转的周期为1年，哈雷彗星的周期为T1=2061-1986 =75（年）根据开普勒第三定律得解得C正确，D错误；
3.某行星沿椭圆轨道绕太阳运行，如图所示，在这颗行星的轨道上有a、b、c、d四个对称点。若行星运动周期为T，则该行星（　　）
A．c到d的时间tcd>
B．a到b的时间tab>
C．从d经a到b的运动时间等于从b经c到d的运动时间
D．从a到b的运动时间等于从c到d的运动时间
答案：A
解析：CD．根据开普勒第二定律可知，行星在近日点的速度最大，在远日点的速度最小，行星由a到b运动时的平均速率大于由c到d运动时的平均速率，而弧长ab等于弧长cd，故从a到b的运动时间小于从c到d的运动时间，同理可知，从d经a到b的运动时间小于从b经c到d的运动时间，故CD错误；
AB．从a经b到c的时间和从c经d到a的时间均为，可得
故B错误，A正确。
本课小结
1、开普勒第一定律（轨道定律）
所有行星绕太阳的运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上。
2、开普勒第二定律（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相等的面积。
3、开普勒第三定律（周期定律）
所有行星的椭圆轨道的半长轴的三次方跟公转周期的平方的比值都相等．
k 的大小与行星无关，只与太阳质量有关。
短轴
长轴
a
a3
T2
= k
谢谢

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