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(共36張PPT)
第七章 萬有引力與宇宙航行
7.1 生活中的圓周運動
人教版(2019)必修 第二冊
思考:
不同行星都在各自的軌道上繞太陽運行，行星運行的軌道有怎樣的特？行星繞太陽的周期與距離太遠的遠近是否存在某種關(guān)系？
導
學
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。
1.開普勒第一定律：所有行星繞太陽運動的軌道都是 ，太陽處在橢圓的一個 上。
2.開普勒第二定律：對任意一個行星來說，它與太陽的連線在相等的時間內(nèi)掃過的面積相等。當行星離太陽較近的時候，運行速度 ，而離太陽較遠的時候速度 。
3.開普勒第三定律：所有行星軌道的半長軸的 跟它的公轉(zhuǎn)周期的 的比都相等。公式為：a3/T2＝k。比值k是一個對所有行星都 的常量。
五星行度 ，唯留逆之際最多差 。自內(nèi)而進者，其退必向外 ；自外而進者，其退必由內(nèi)。其跡如循柳葉，兩末銳，中間往還之道相去甚遠。故兩末星行成度稍遲 ，以其斜行故也；中間行度稍速，以其徑絕故也 。
北宋 沈括
（1031年-1095年）
中國古代對行星運動的認識
注釋：五星運行的數(shù)據(jù)，以五星稽留和逆行之際誤差最多。五星自黃道以北向北前行的，它們的退行必然要趨向黃道以南；自黃道以南向南前行的，它們的退行必然要進入黃道以北。五星的軌跡如同沿著柳葉運行的橢圓形，兩頭尖銳，中間往返的路徑之間相距很遠。所以在軌跡的兩頭，五星的運行速度稍慢，這是由于它們斜行的緣故；在軌跡的中間部分，則五星的運行速度稍快，這是由于它們直行的緣故。
北宋 沈括
（1031年-1095年）
中國古代對行星運動的認識
西方歷史上的地心說
托勒密
地心說圖解
地球是世界的中心,并且靜止不動,一切行星圍繞地球做圓周運動
西方歷史上的日心說
哥白尼
日心說圖解
太陽是世界的中心,并且靜止不動,一切行星都圍繞太陽做勻速圓周運動。
第谷對行星運動做了大量觀察記錄
第谷
在哥白尼之后，第谷連續(xù)20年對行星的位置進行了較仔細的測量，大大提高了測量的精確程度。第谷把這個天體位置的誤差大約從10’減小到2’。為哥白尼的學說提供了關(guān)鍵性的支持。
開普勒：終得行星運動規(guī)律
開普勒
（1571年-1630年）
開普勒相信哥白尼的學說，按行星繞太陽做勻速圓周運動的觀點，在對火星軌道的研究中，70余次嘗試所得的結(jié)果與第谷的觀察數(shù)據(jù)相差8 ’，他花了四年時間一遍一遍地進行數(shù)學計算，否定了幾十種假設(shè)，最后終于通過計算他發(fā)現(xiàn)了行星運動三大定律，簡稱開普勒三大定律。
天體運動探索史
檢
在物理學發(fā)展歷史中，許多物理學家做出了卓越貢獻。以下關(guān)于物理學家所作科學貢獻的敘述中，正確的是（ ）
A．地心說認為地球是宇宙的中心，是靜止不動的
B．伽利略提出了“日心說”
C．牛頓提出了“日心說”
D．哥白尼發(fā)現(xiàn)了行星運動三大定律
第一部分 開普勒第一定律
開普勒第一定律（軌道定律）
內(nèi)容：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。
開普勒第一定律（軌道定律）
做一做：
用一條細繩和兩個圖釘畫橢圓，把細繩兩端用圖釘固定，用鉛筆緊貼著細繩滑動，使細繩始終保持張緊狀態(tài)，鉛筆在紙上畫出的軌跡就是橢圓，圖釘在紙上留下的痕跡叫做橢圓的焦點。
保持繩長不變，當兩焦點不斷靠近時，橢圓形狀如何變化？焦點重合時，半長軸轉(zhuǎn)變?yōu)槭裁矗?br/>第二部分 開普勒第二定律
開普勒第二定律（面積定律）
內(nèi)容：對任意一個行星而言，太陽和行星的連線在相等的時間內(nèi)掃過相等的面積。
思考與討論
根據(jù)開普勒第二定律，你是否可以解釋一下為什么在近日點行星運動的快，在遠日點行星運動的慢？
第三部分 開普勒第三定律
開普勒第三定律（周期定律）
內(nèi)容：所有行星的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。
觀察與思考
通過對表格中的數(shù)據(jù)分析，你是否發(fā)現(xiàn)決定k值大小的關(guān)鍵性因素？
k 是一個只決定于中心天體質(zhì)量的常數(shù)。
開普勒定律
檢
《中國的航天》白皮書發(fā)布，未來幾年，我國將持續(xù)開展月球物理、月球與行星科學等領(lǐng)域的前瞻探索和基礎(chǔ)研究，催生更多原創(chuàng)性科學成果。關(guān)于開普勒行星運動定律，下列說法中正確的是（　?。?br/>A．開普勒通過自己長期觀測，記錄了大量數(shù)據(jù)，通過對數(shù)據(jù)研究總結(jié)得出了行星運動定律
B．根據(jù)開普勒第一定律，行星圍繞太陽運動的軌跡是橢圓，太陽處于橢圓的中心
C．根據(jù)開普勒第二定律，行星距離太陽越近，其運動速度越大；距離太陽越遠，其運動速度越小
D．根據(jù)開普勒第三定律，所有行星的軌道半長軸的二次方跟公轉(zhuǎn)周期的三次方的比值都相等
第四部分 開普勒行星運動定律
適用條件及應(yīng)用
開普勒行星運動定律適用條件及應(yīng)用
1.開普勒行星運動定律的適應(yīng)條件：
不但適用于行星的運動，也適用于衛(wèi)星繞行星的運動。
（1）行星繞太陽運動的軌道十分接近圓，太陽處在 .
（2）對某一行星來說，它繞太陽做圓周運動的角速度（線速度）大小不變，即行星做 .
（3）所有行星軌道半徑的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都 ,
2.中學階段的研究我們可按圓軌道處理：
圓心
勻速圓周運動
相等
檢
關(guān)于開普勒行星運動定律，下列說法正確的是（　?。?br/>A．所有行星繞太陽運動的軌道都是橢圓，太陽處在橢圓中心
B．地球繞太陽在橢圓軌道上運行，在近日點和遠日點運行的速率相等
C．表達式中，月球繞地球運動的k值與地球繞太陽運動的k值不同
D．該定律是在牛頓運動定律的基礎(chǔ)上推導出來的
課堂小結(jié)
1．地球和金星沿各自的橢圓軌道繞太陽運行，根據(jù)開普勒行星運動定律可知（　　）A．太陽位于金星運行軌道的中心B．它們在近日點速度小于遠日點速度C．地球和金星公轉(zhuǎn)周期的平方之比等于它們軌道半長軸的立方之比D．地球和金星繞太陽運行速度的大小始終相等
課堂練習
C
2．在天文學上，春分、夏至、秋分、冬至將一年分為春、夏、秋、冬四季.如圖所示，從地球繞太陽的運動規(guī)律分析，下列判斷正確的是（　?。? 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．春夏兩季比秋冬兩季時間短D．春夏兩季和秋冬兩季時間長度相同
課堂練習
A
3．關(guān)于開普勒行星運動的公式 =k，以下理解不正確的是（　?。〢．k是一個與行星無關(guān)的常量B．T表示行星運動的自轉(zhuǎn)周期C．T表示行星運動的公轉(zhuǎn)周期D．a(chǎn)是指半長軸，粗略計算時可以表示半徑
課堂練習
B
4．下列有關(guān)天體運動的說法正確的是（　　）A．繞太陽運行的行星，軌道半長軸越長，其公轉(zhuǎn)的周期就越大B．在月球繞地球運動中， 中的T表示地球自轉(zhuǎn)的周期C．繞太陽運行的行星，軌道半長軸越長，其公轉(zhuǎn)的周期就越小D．若地球繞太陽運動的軌道半長軸為R1，周期為T1，月球繞地球運動軌道的半長軸為R2，周期為T2，則根據(jù)開普勒第三定律有：
課堂練習
A
5．某行星沿橢圓軌道繞太陽運行，如圖所示，在這顆行星的軌道上有a、b、c、d四個對稱點。若行星運動周期為T，則該行星（ ）A．從a到b的運動時間等于從c到d的運動時間
B．從d經(jīng)a到b的運動時間等于從b經(jīng)c到d的運動時間C．a(chǎn)到b的時間
D．c到d的時間
課堂練習
D
6．某宇宙飛船進入一個圍繞太陽運行的近似圓形軌道，如果軌道半徑是地球軌道半徑的9倍，那么宇宙飛船繞太陽運動的周期為(地球繞太陽運動周期是1年) （　?。〢．3年 B．9年C．27年 D．54年
課堂練習
C
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