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(共31張PPT)
第三章 萬有引力定律
第 1 節(jié) 天體運動
1. 了解人類對行星運動規(guī)律的認識歷程.
2. 知道觀察是研究行星運動規(guī)律的一種重要的方法.
3. 知道如何畫橢圓及橢圓的特征.
4. 知道開普勒行星運動定律，知道開普勒行星運動定律的科學價值.
教學目標
新課引入
這是一團距離地球3000光年的星云，學名為Mz3。與其它星云有所不同的是：該星云看上去就像是一只“沙漏”，中間窄，兩頭寬(平常發(fā)現(xiàn)的其它星云通常為圓形)。星云兩頭不時冒出泡泡。這種現(xiàn)象令天文學家驚奇不已。
形似沙漏的五彩星云
流星雨讓無數(shù)人為之傾倒，天文迷借此機會許下美好的心愿。
讓人傾倒的流星雨
由于太陽活動頻繁，美國北部幾個州的居民難得地見到了平常只出現(xiàn)在南北極的美麗極光。極光絢爛、神秘，那些希望遠離人類喧囂的天文迷恨不得乘極光離開地球。
絢爛、神秘的極光
一、中國古代對宇宙的認識
蓋天說：天圓如張蓋，地方如棋局.
渾天說：天地之體，狀如鳥卵，天包于地外，猶卵之裹黃，周旋無端，其形渾渾然，故曰渾天.
1、地心說(Geocentric Universe)
由于地球的自轉(zhuǎn)，我們在地球上看到天上的星星，感覺上都是繞地球運動，太陽與月亮也一樣，這樣人們就很容易得出，地球是宇宙的中心，太陽、月亮及所有的星星都是繞地球轉(zhuǎn)動的。這就是地心說。
托 勒 密
二、地心說與日心說
地心說是長期盛行于古代歐洲的宇宙學說。它最初由古希臘學者歐多克斯在公元前三世紀提出，后來經(jīng)托勒密（90-168）進一步發(fā)展而逐漸建立和完善起來。
托 勒 密
地心說： 地球是宇宙的中心,并且靜止不動,一切行星圍繞地球做圓周運動.
2、日心說(heliocentric theory)
隨著天文觀測不斷進步，“地心說”暴露出許多問題。逐漸被波蘭天文學家哥白尼(1473-1543)提出的“日心說”所取代。
波蘭天文學家哥白尼經(jīng)過近四十年的觀測和計算，于1543年出版了“天體運行論”正式提出“日心說”。
哥白尼
日心說：太陽是宇宙的中心,并且靜止不動,一切行星都圍繞太陽做圓周運動。
第谷的天文學觀測
哥白尼的宇宙體系動搖了基督教宇宙體系的根基，但它并沒有在天文測算的精確度上有多大的提高。近代早期最重要的觀測工作是由丹麥的第谷（1546-1601）進行的。
三、開普勒行星運動定律
經(jīng)過長期爭論，日心說戰(zhàn)勝了地心說，最終被接受。無論地心說還是日心說，古人都把天體的運動看得很神圣，認為天體的運動必然是最完美、最和諧的勻速圓周運動。行星運動果真如此嗎？
開普勒的天文學觀測
德國的物理學家開普勒繼承和總結(jié)了他的導(dǎo)師第谷的全部觀測資料及觀測數(shù)據(jù)，也是以行星繞太陽做勻速圓周運動的模型來思考和計算的。但結(jié)果總是與第谷的觀測數(shù)據(jù)有8′的角度誤差.當時公認的第谷的觀測誤差不超過2′,開普勒想，天體運動很可能不是勻速圓周運動.在這個大膽思路下，開普勒又經(jīng)過四年多的刻苦計算，先后否定了19種設(shè)想，最后終于計算出行星是繞太陽運動的，并且運動軌跡為橢圓，證明了哥白尼的“日心說”是正確的.并總結(jié)為行星運動三定律。
所有的行星圍繞太陽運動的軌道都是橢圓，太陽處在所有橢圓的一個焦點上。
1、開普勒第一定律
（軌道定律）
【探究1】：第一定律說明了行星運動的軌道，那不同的行星繞太陽運行時的橢圓軌道相同嗎
【注意】：不同行星繞太陽運行的橢圓軌道不同，但這些軌道有一個共同的焦點，即太陽所處的位置；行星離太陽越遠，軌道半長軸越長。
o
焦點
焦點
半長軸a
橢圓上某點到兩個焦點的距離之和與橢圓上另一點到兩焦點的距離之和有什么關(guān)系
保證橢圓的周長不變,當橢圓的形狀變圓時,兩焦點間的距離會如何變化 半長軸a的長度呢
想一想
2、開普勒第二定律（面積定律）
對任意一個行星而言，它和太陽的連線在相等的時間內(nèi)掃過相等的面積。
【探究2】：行星在遠日點的速率與在近日點的速率誰大？
【注意】：行星越靠近太陽速率越大，越遠離太陽速率越小。
3、開普勒第三定律
（周期定律）
所有行星的橢圓軌道的半長軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等。
焦點
半短軸b
半長軸a
即：
【探究3】：公式中 的比例系數(shù)k可能與誰有關(guān)？
行星/衛(wèi)星 半長軸（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
地球同步衛(wèi)星 0.0424 1
通過上述數(shù)據(jù)，你得到了什么？
【注意】：k與中心天體(太陽)有關(guān)
3.36×1018
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3.36×1018
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3.37×1018
3.37×1018
1.03×1013
1.03×1013
太陽系示意圖
一、開普勒第一定律：近似圓周，太陽在圓心.
二、開普勒第二定律：行星繞太陽做勻速圓周運動.
三、開普勒第三定律:
r
( k 與行星無關(guān) )
行星運動的簡化的模型
實際上，行星的軌道與圓十分接近，在中學的研究中我們可以按圓軌道處理。
1、開普勒第一定律（軌道定律）
所有行星繞太陽的運動的軌道都是橢圓，太陽處在橢圓的一個焦點上。
2、開普勒第二定律（面積定律）
　　對任意一個行星來說，它與太陽的連線在相等的時間內(nèi)掃過相等的面積。
3、開普勒第三定律（周期定律）
所有行星的橢圓軌道的半長軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的平方的比值都相等．
k與中心天體(太陽)有關(guān)
短軸
長軸
a
課堂小結(jié)
典型例題
【例1】關(guān)于行星運動，下列說法正確的是(　　)
A．地球是宇宙的中心，太陽、月亮及其他行星都繞地球運動
B．太陽是宇宙的中心，地球是圍繞太陽運動的一顆行星
C．宇宙每時每刻都是運動的，靜止是相對的
D．不論是日心說還是地心說,在研究行星運動時都是有局限性的
CD
宇宙是一個無限的空間，太陽系只是其中很小的一個星系
地心說和日心說是人類認識宇宙過程中的兩種觀點，能解釋一些現(xiàn)象，但都有局限性
并且宇宙每時每刻都是運動的
典型例題
【例2】關(guān)于行星繞太陽運動，下列說法正確的是(　　)
A．行星在橢圓軌道上繞太陽運動的過程中，其速度與行星和太陽之間的
距離有關(guān)，距離小時速度小，距離大時速度大
B．所有行星在橢圓軌道上繞太陽運動，太陽在橢圓軌道的一個焦點上
C．所有行星繞太陽運動的周期都是相等的
D．行星之所以在橢圓軌道上繞太陽運動，是由于太陽對行星的引力作用
BD
行星繞太陽運動
滿足開普勒行星運動定律
太陽對行星的引力使行星在橢圓軌道上繞太陽運動
行星之間的引力遠小于太陽對行星的引力
開普勒第二定律
距離小速度大
開普勒第三定律
周期與半長軸有關(guān)
1.在古代,人們對天體的運動存在著“地心說” 和“日心說”兩種對立的看法,“地心說”認為_____是宇宙的中心,是靜止不動的; “日心說”認為______是靜止不動的;這兩種認識都是______(正確或錯誤)的.
地球
太陽
錯誤
跟蹤練習
2.開普勒關(guān)于行星運動的公式 ,以下理解正確的是( )
A . k是一個與行星無關(guān)的常量
B . k代表行星運動的軌道半徑
C .T代表行星運動的自轉(zhuǎn)周期
D .T代表行星繞太陽運動的公轉(zhuǎn)周期
AD
3. 下列說法正確的有 ( )
A . 太陽系中的八大行星有一個共同的軌道焦點
B . 行星的運動方向總是沿著軌道的切線方向
C . 行星的運動方向總是與它和太陽的連線垂直
D . 日心說的說法是完全正確的
AB
4. 關(guān)于行星的運動,下列說法正確的是 ( )
A . 行星軌道的半長軸越長,自轉(zhuǎn)的周期就越大
B . 行星軌道的半長軸越長,公轉(zhuǎn)的周期就越大
C . 行星軌道的半長軸越短,公轉(zhuǎn)的周期就越大
D .“冥王星”離太陽最遠,繞太陽運動的公轉(zhuǎn)周期最長
BD
5.已知木星繞太陽的公轉(zhuǎn)周期是地球繞太陽公轉(zhuǎn)周期的12倍，則木星軌道半長軸是地球軌道半長軸的多少倍？
解：根據(jù)開普勒第三定律有
謝謝
大家

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