資源簡介

(共48張PPT)
第七章　萬有引力與宇宙航行
1.行星的運動
目標導航：1.了解人類對行星運動規(guī)律的認識歷程，知道地心說和日心說.（物理觀 念） 2.知道開普勒定律的內(nèi)容，掌握行星運行的軌道特點和運動規(guī)律.（物理觀念） 3.了解人們對行星運動認識的過程，知道真理來之不易.（科學態(tài)度與責任） 4.知道 科學包含大膽的想象和創(chuàng)新，尊重客觀事實，堅持實事求是科學研究的基本態(tài)度和社 會責任.（科學態(tài)度與責任）
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研習任務一
情境　導學
太陽系的八大行星繞太陽的運動如圖所示，觀察并思考下列問題：
　　（1）行星的軌道是什么樣的？
提示：橢圓.
　　（2）太陽在行星軌道的什么位置？
提示：一個焦點上.
　　（3）行星在運行軌道上不同位置速率是否相同？
提示：不相同.
　　（4）不同的行星繞太陽運行的周期是否相同？
提示：不相同.
知識　梳理
1. 兩種對立的學說
（1）地心說： 是宇宙的中心，是 的，太陽、月球以及其他星 體都繞 .
（2）日心說： 是靜止不動的，地球和其他行星都繞 運動.
（3）局限性：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 ，而與丹麥天文學家 的觀測數(shù)據(jù)不符.
地球　
靜止不動　
地球運動　
太陽　
太陽　
勻速圓周運動　
第谷　
2. 開普勒三定律
定律 內(nèi)容 圖示或公式
開普勒第一定律 （又稱軌道定律） 所有行星繞太陽運動的軌道都是 ，太陽處在 的一個 上
開普勒第二定律 （又稱面積定律） 對任意一個行星來說，它與太陽的連線在相等的 內(nèi)掃過的 相等
橢圓
橢圓　
焦點
時間　
面積
定律 內(nèi)容 圖示或公式
開普勒第三定律 （又稱周期定律） 所有行星軌道的半長軸的三次方跟它 的 的二次方的比都相等
公轉(zhuǎn)周期　
行星　
深化　理解
1. 從空間分布認識：行星的軌跡都是橢圓，所有橢圓有一個共同的焦點，太陽就在 此焦點上.因此第一定律又叫軌道定律，如圖所示.
意義：第一定律告訴我們，盡管各行星的軌道大小不同，但它們的共同規(guī)律是：所有 行星都沿橢圓軌道繞太陽運動，太陽則位于所有橢圓的一個公共焦點上.否定了行星 圓形軌道的說法，建立了正確的軌道理論，給出了太陽準確的位置.
2. 從速度大小認識：行星靠近太陽時速度增大，遠離太陽時速度減小.近日點速度最 大，遠日點速度最小.第二定律又叫面積定律，如圖所示.
（1）第三定律反映了行星公轉(zhuǎn)周期跟軌道半長軸之間的依賴關系.
橢圓軌道半長軸越長的行星，其公轉(zhuǎn)周期越大；反之，其公轉(zhuǎn)周
期越小.在圖中，半長軸是AB間距的一半，T是公轉(zhuǎn)周期，其中常
數(shù)k與行星無關，只與太陽有關.
（2）該定律不僅適用于行星，也適用于其他天體.例如，繞某一行星運動的不 同衛(wèi)星.
（3）研究行星時，常數(shù)k與行星無關，只與太陽有關.研究其他天體時，常數(shù)k只與其 中心天體有關.
研習　經(jīng)典
A. T表示行星的自轉(zhuǎn)周期
B. k是一個與行星無關的常量
C. 該定律既適用于行星繞太陽的運動，也適用于衛(wèi)星繞行星的運動
[解析]　在開普勒第三定律中，a指行星做橢圓運動的半長軸，T指行星繞太陽公轉(zhuǎn)的 周期，k是一個與行星無關的常量；該定律由行星繞太陽運動總結(jié)而來，但也適用于 衛(wèi)星繞行星的運動；當中心天體不同時，k值不同.
BC
　　1. 計算太陽系中除地球以外的七大行星中其他行星繞太陽運行的周期時，只要 知道了所求行星和地球與太陽間的距離關系，就可由開普勒第三定律求之.反之，也 可求出其到太陽的距離.
2. 中學階段處理天體運動時，均把天體的運動看成是勻速圓周運動.涉及天體運 動的周期、半徑關系時，應首先考慮應用開普勒第三定律.
A. 太陽位于木星運行軌道的中心
B. 火星和木星繞太陽運行速度的大小始終相等
C. 火星與木星公轉(zhuǎn)周期之比的平方等于它們軌道半長軸之比的立方
D. 相同時間內(nèi)，火星與太陽連線掃過的面積等于木星與太陽連線掃過的面積
解析：太陽位于木星運行軌道的一個焦點上，A項錯誤；火星與木星軌道不同，在運 行時速度不可能始終相等，B項錯誤；在相等的時間內(nèi)，行星與太陽連線掃過的面積 相等，是對于同一顆行星而言的，不同的行星，則不具有可比性，D項錯誤；根據(jù)開 普勒第三定律，對同一中心天體來說，行星公轉(zhuǎn)半長軸的三次方與其周期的平方的比 值為一定值，C項正確.
C
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研習任務二
情境　導學
如圖所示是火星沖日的年份示意圖：
　　（1）觀察圖中地球、火星的位置，比較地球和火星的公轉(zhuǎn)周期哪個更長？
提示：由題圖可知，地球到太陽的距離小于火星到太陽的距離，根據(jù)開普勒第三 定律可得：火星的公轉(zhuǎn)周期更長一些.
（2）已知地球的公轉(zhuǎn)周期是一年，由此計算火星的公轉(zhuǎn)周期還需要知道哪 些數(shù)據(jù)？
提示：還需要知道地球、火星各自軌道的半長軸.
（3）地球、火星的軌道可近似看成圓軌道，開普勒第三定律還適用嗎？
深化　理解
2. 開普勒第二定律“在相等的時間內(nèi)掃過的面積相等”是對于同一行星（或同一軌 道上的行星）而言的，不同軌道上的行星在相等時間內(nèi)掃過的面積并不相等.
4. 研究行星繞太陽運動時，常量k只與太陽的質(zhì)量有關；研究衛(wèi)星繞地球運動時，常 量k只與地球的質(zhì)量有關.
研習　經(jīng)典
角度1　開普勒第二定律的應用
AD
A. 在冬至日前后，地球繞太陽的運行速率較大
B. 在夏至日前后，地球繞太陽的運行速率較大
C. 春夏兩季與秋冬兩季時間相等
D. 春夏兩季比秋冬兩季時間長
[解析]　冬至日前后，地球位于近日點附近，夏至日前后，地球位于遠日點附近，由 開普勒第二定律可知地球在近日點速率最大，A正確，B錯誤；地球在春夏兩季運行 的平均速率比在秋冬兩季運行的平均速率小，又因所走路程基本相等，故春夏兩季比 秋冬兩季時間長，C錯誤，D正確.
A. 0.8年 B. 2年 C. 3年 D. 4年
B
　　（1）由開普勒第二定律可判定行星（或衛(wèi)星）運行離中心天體越近，速度越 大；行星（或衛(wèi)星）運行離中心天體越遠，速度越小.
（2）知道了行星到太陽的距離，就可以由開普勒第三定律計算或比較行星繞太 陽運行的周期.反之，知道了行星的周期，也可以計算或比較其到太陽的距離.
A. 2042年 B. 2052年 C. 2062年 D. 2072年
C
知識　構(gòu)建
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課堂強研習 合作學習 精研重難
課后提素養(yǎng)
A. 地球是宇宙的中心，太陽、月球及其他行星都繞地球運動
B. 太陽是靜止不動的，地球和其他行星都繞太陽運動
C. 地球是繞太陽運動的一顆行星
D. 地心說是正確的，日心說是錯誤的
解析：由開普勒定律可知，所有行星繞太陽做橢圓運動，太陽不是宇宙的中心，太陽 圍繞銀河系中心旋轉(zhuǎn)，而銀河系不過是宇宙中千億個星系中微不足道的一個，故A、 B、D錯誤，C正確.
C
A. 面積S1＞S2
B. 衛(wèi)星在軌道A點的速度小于其在B點的速度
C. T2＝Ca3，其中C為常數(shù)，a為橢圓半長軸
D. T2＝C'b3，其中C'為常數(shù)，b為橢圓半短軸
C
解析：根據(jù)開普勒第二定律可知，衛(wèi)星與地球的連線在相同時間內(nèi)掃過的面積相等， 故面積S1＝S2，選項A錯誤；根據(jù)開普勒第二定律可知，衛(wèi)星在軌道A點的速度大于其 在B點的速度，選項B錯誤；根據(jù)開普勒第三定律：所有行星軌道半長軸的三次方跟 它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比都相等，可知a、b為橢圓半長軸，C、C'為常數(shù)，故選項 C正確，D錯誤.
C. 行星從A到A'的時間小于從B到B'的時間
D. 太陽一定在該橢圓的一個焦點上
BD
D. 2倍
C
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課時作業(yè)（十）　行星的運動
[基礎訓練]
A. 哥白尼 B. 伽利略
C. 開普勒 D. 布魯諾
解析：日心說的代表人物是哥白尼.
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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
解析：宇宙是一個無限的空間，太陽系只是其中很小的一個星系，太陽和地球都不是 宇宙的中心，宇宙中任何天體都在運動，但選擇合適參考系，“靜止”是有意義的， 故C、D正確.
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A. F點 B. A點 C. E點 D. O點
解析：行星在B點的速度比在A點的速度小，太陽位于焦點上，且遠日點速度小于近 日點速度，故太陽位于E點.故選C.
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A. 1∶2 D. 1∶4
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A. 火星和地球的質(zhì)量之比
B. 火星和太陽的質(zhì)量之比
C. 火星和地球到太陽的距離之比
D. 火星和地球繞太陽運行的速度大小之比
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7. 國際天文學聯(lián)合會大會投票，通過了新的行星定義，冥王星被
排除在太陽系大行星行列之外，太陽系的大行星數(shù)量由九顆減為
八顆.若將八大行星繞太陽運行的軌跡可粗略地認為是圓，各星
球半徑和軌道半徑如下表所示：
行星名稱 水星 金星 地球 火星 木星 土星 天王星 海王星
星球半徑
（×106 m） 2.44 6.05 6.37 3.39 69.8 58.2 23.7 22.4
軌道半徑
（×1011m） 0.579 1.08 1.50 2.28 7.78 14.3 28.7 45.0
A. 80年 B. 120年 C. 165年 D. 200年
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8. 天文觀測發(fā)現(xiàn)某小行星繞太陽的周期是27年，它離太陽的最小距離是地球軌道半 徑的2倍，求該小行星離太陽的最大距離是地球軌道半徑的幾倍？
答案：16倍
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[能力提升]
A. 夏至時地球的運行速度最大
D. 太陽既在地球公轉(zhuǎn)軌道的焦點上，也在火星公轉(zhuǎn)軌道的焦點上
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A. 地球位于B衛(wèi)星軌道的一個焦點上，位于C衛(wèi)星軌道的圓心上
B. B衛(wèi)星和C衛(wèi)星運動的速度大小均不變
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11. 某飛船繞地球做半徑為R的圓周運動，其周期為T. 如果飛船要返回地面，可在軌 道上某點A處，將速率降低到適當數(shù)值，從而使飛船沿著以地心為焦點的橢圓軌道運 動，橢圓軌道和地球表面在B點相切，如圖所示.如果地球半徑為R0，求飛船由A點運 動到B點所需要的時間.
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