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第七章 万有引力与宇宙航行
7.1 生活中的圆周运动
人教版(2019)必修 第二册
思考:
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？行星绕太阳的周期与距离太远的远近是否存在某种关系？
导
学
1.地心说： 是宇宙的中心，是 的，太阳、月球以及其他星体都绕 。
2.日心说： 是静止不动的，地球和其他行星都绕 运动。
3.局限性：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 ，而与丹麦天文学家 的观测数据不符。
1.开普勒第一定律：所有行星绕太阳运动的轨道都是 ，太阳处在椭圆的一个 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的时间内扫过的面积相等。当行星离太阳较近的时候，运行速度 ，而离太阳较远的时候速度 。
3.开普勒第三定律：所有行星轨道的半长轴的 跟它的公转周期的 的比都相等。公式为：a3/T2＝k。比值k是一个对所有行星都 的常量。
五星行度 ，唯留逆之际最多差 。自内而进者，其退必向外 ；自外而进者，其退必由内。其迹如循柳叶，两末锐，中间往还之道相去甚远。故两末星行成度稍迟 ，以其斜行故也；中间行度稍速，以其径绝故也 。
北宋 沈括
（1031年-1095年）
中国古代对行星运动的认识
注释：五星运行的数据，以五星稽留和逆行之际误差最多。五星自黄道以北向北前行的，它们的退行必然要趋向黄道以南；自黄道以南向南前行的，它们的退行必然要进入黄道以北。五星的轨迹如同沿着柳叶运行的椭圆形，两头尖锐，中间往返的路径之间相距很远。所以在轨迹的两头，五星的运行速度稍慢，这是由于它们斜行的缘故；在轨迹的中间部分，则五星的运行速度稍快，这是由于它们直行的缘故。
北宋 沈括
（1031年-1095年）
中国古代对行星运动的认识
西方历史上的地心说
托勒密
地心说图解
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
西方历史上的日心说
哥白尼
日心说图解
太阳是世界的中心,并且静止不动,一切行星都围绕太阳做匀速圆周运动。
第谷对行星运动做了大量观察记录
第谷
在哥白尼之后，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。第谷把这个天体位置的误差大约从10’减小到2’。为哥白尼的学说提供了关键性的支持。
开普勒：终得行星运动规律
开普勒
（1571年-1630年）
开普勒相信哥白尼的学说，按行星绕太阳做匀速圆周运动的观点，在对火星轨道的研究中，70余次尝试所得的结果与第谷的观察数据相差8 ’，他花了四年时间一遍一遍地进行数学计算，否定了几十种假设，最后终于通过计算他发现了行星运动三大定律，简称开普勒三大定律。
天体运动探索史
检
在物理学发展历史中，许多物理学家做出了卓越贡献。以下关于物理学家所作科学贡献的叙述中，正确的是（ ）
A．地心说认为地球是宇宙的中心，是静止不动的
B．伽利略提出了“日心说”
C．牛顿提出了“日心说”
D．哥白尼发现了行星运动三大定律
第一部分 开普勒第一定律
开普勒第一定律（轨道定律）
内容：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。
开普勒第一定律（轨道定律）
做一做：
用一条细绳和两个图钉画椭圆，把细绳两端用图钉固定，用铅笔紧贴着细绳滑动，使细绳始终保持张紧状态，铅笔在纸上画出的轨迹就是椭圆，图钉在纸上留下的痕迹叫做椭圆的焦点。
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？
第二部分 开普勒第二定律
开普勒第二定律（面积定律）
内容：对任意一个行星而言，太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积。
思考与讨论
根据开普勒第二定律，你是否可以解释一下为什么在近日点行星运动的快，在远日点行星运动的慢？
第三部分 开普勒第三定律
开普勒第三定律（周期定律）
内容：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。
观察与思考
通过对表格中的数据分析，你是否发现决定k值大小的关键性因素？
k 是一个只决定于中心天体质量的常数。
开普勒定律
检
《中国的航天》白皮书发布，未来几年，我国将持续开展月球物理、月球与行星科学等领域的前瞻探索和基础研究，催生更多原创性科学成果。关于开普勒行星运动定律，下列说法中正确的是（　　）
A．开普勒通过自己长期观测，记录了大量数据，通过对数据研究总结得出了行星运动定律
B．根据开普勒第一定律，行星围绕太阳运动的轨迹是椭圆，太阳处于椭圆的中心
C．根据开普勒第二定律，行星距离太阳越近，其运动速度越大；距离太阳越远，其运动速度越小
D．根据开普勒第三定律，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等
第四部分 开普勒行星运动定律
适用条件及应用
开普勒行星运动定律适用条件及应用
1.开普勒行星运动定律的适应条件：
不但适用于行星的运动，也适用于卫星绕行星的运动。
（1）行星绕太阳运动的轨道十分接近圆，太阳处在 .
（2）对某一行星来说，它绕太阳做圆周运动的角速度（线速度）大小不变，即行星做 .
（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 ,
2.中学阶段的研究我们可按圆轨道处理：
圆心
匀速圆周运动
相等
检
关于开普勒行星运动定律，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，太阳处在椭圆中心
B．地球绕太阳在椭圆轨道上运行，在近日点和远日点运行的速率相等
C．表达式中，月球绕地球运动的k值与地球绕太阳运动的k值不同
D．该定律是在牛顿运动定律的基础上推导出来的
课堂小结
1．地球和金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．太阳位于金星运行轨道的中心B．它们在近日点速度小于远日点速度C．地球和金星公转周期的平方之比等于它们轨道半长轴的立方之比D．地球和金星绕太阳运行速度的大小始终相等
课堂练习
C
2．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分析，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大B．在夏至日前后，地球绕太阳的运行速率较大C．春夏两季比秋冬两季时间短D．春夏两季和秋冬两季时间长度相同
课堂练习
A
3．关于开普勒行星运动的公式 =k，以下理解不正确的是（　　）A．k是一个与行星无关的常量B．T表示行星运动的自转周期C．T表示行星运动的公转周期D．a是指半长轴，粗略计算时可以表示半径
课堂练习
B
4．下列有关天体运动的说法正确的是（　　）A．绕太阳运行的行星，轨道半长轴越长，其公转的周期就越大B．在月球绕地球运动中， 中的T表示地球自转的周期C．绕太阳运行的行星，轨道半长轴越长，其公转的周期就越小D．若地球绕太阳运动的轨道半长轴为R1，周期为T1，月球绕地球运动轨道的半长轴为R2，周期为T2，则根据开普勒第三定律有：
课堂练习
A
5．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．从a到b的运动时间等于从c到d的运动时间
B．从d经a到b的运动时间等于从b经c到d的运动时间C．a到b的时间
D．c到d的时间
课堂练习
D
6．某宇宙飞船进入一个围绕太阳运行的近似圆形轨道，如果轨道半径是地球轨道半径的9倍，那么宇宙飞船绕太阳运动的周期为(地球绕太阳运动周期是1年) （　　）A．3年 B．9年C．27年 D．54年
课堂练习
C
本节结束 谢谢观看

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