第七章萬(wàn)有引力與宇宙航行7.1行星的運(yùn)動(dòng)目錄CONTENTS1

學(xué)習(xí)目標(biāo)2

新課導(dǎo)入3

新課講解4

課堂小結(jié)5

當(dāng)堂小練1．了解人類對(duì)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)歷程。2．知道開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律極其科學(xué)價(jià)值。3、了解開普勒定律中的k值的大小只與中心天體有關(guān)。學(xué)習(xí)目標(biāo)同學(xué)們，2020年是中國(guó)航天的超級(jí)2020，這些高光時(shí)刻值得銘記。1.2020年11月24日嫦娥五號(hào)發(fā)射成功，挑戰(zhàn)月球采樣返回。2.2020年6月23日，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)第55顆衛(wèi)星,北斗系統(tǒng)終于完成全部組網(wǎng)星座發(fā)射任務(wù)，正式建成！3.2020年7月23日，天問一號(hào)搭乘長(zhǎng)征五號(hào)遙四火箭，從文昌航天發(fā)射場(chǎng)成功升空，開啟前往火星數(shù)億千米的旅程。同學(xué)們，你們知道人類最開始認(rèn)識(shí)宇宙的方法是什么嗎，東西方觀測(cè)與發(fā)展有什么不一樣嗎？問題新課導(dǎo)入0102一段宇宙探索的歷程開普勒三大定律新課講解一、一段宇宙探索歷程人類初步探索宇宙的方法：看天中國(guó)西方高山圍起了大地，而天空則高懸在高山之上。每天太陽(yáng)橫穿過天空，然后潛入地下隧道，到了第二天，再?gòu)臇|方升起。繼續(xù)觀察中國(guó)陰陽(yáng)歷二十八星宿西方埃及歷法二十八星宿“看天”一、一段宇宙探索歷程在中國(guó)，雖然人們很早就進(jìn)行了天星觀測(cè)并取得了非凡的成就，但是由于封建集權(quán)的限制，沒有形成系統(tǒng)的研究。而西方，在亞里士多德提出球星大地的基礎(chǔ)上進(jìn)入了宇宙模型建立的階段。代表人物：托勒密地球是宇宙的中心,并且靜止不動(dòng),一切行星圍繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)。地心說(shuō)一、一段宇宙探索歷程代表人物：哥白尼太陽(yáng)是宇宙的中心,并且靜止不動(dòng),一切行星都圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)。日心說(shuō)一、一段宇宙探索歷程“日心說(shuō)”相對(duì)“地心說(shuō)”能更完美地解釋天體的運(yùn)動(dòng)，但它并沒有在天文測(cè)算的精確度上有多大的提高。其后，許多天文學(xué)家對(duì)天體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行不斷的探索、完善，建立了最初的天體運(yùn)動(dòng)理論。近代早期最重要的觀測(cè)工作是由丹麥的第谷進(jìn)行的?！叭招恼f(shuō)”是怎樣戰(zhàn)勝“地心說(shuō)”的呢？問題一、一段宇宙探索歷程

第谷是“日心說(shuō)”最終戰(zhàn)勝“地心說(shuō)”的科學(xué)功臣。哥白尼之后，第谷連續(xù)20年對(duì)行星的位置進(jìn)行了較仔細(xì)的測(cè)量，大大提高了測(cè)量的精確程度。在第谷之前，人們測(cè)量天體位置的誤差大約是10’，第谷把這個(gè)不確定性減小到2’。得出行星繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的模型。第谷（1546-1601）一、一段宇宙探索歷程

德國(guó)的物理學(xué)家開普勒繼承和總結(jié)了他的導(dǎo)師第谷的全部觀測(cè)資料及數(shù)據(jù)，他得到的結(jié)果與第谷的觀察數(shù)據(jù)相差8’，而當(dāng)時(shí)第谷公認(rèn)的誤差為2’。開普勒經(jīng)過20年的研究和四年多的刻苦計(jì)算，先后否定了19種設(shè)想，最后終于計(jì)算出行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌跡為橢圓，并總結(jié)為行星運(yùn)動(dòng)三大定律。二、開普勒三大定律1.開普勒第一定律（軌道定律）所有的行星圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓，太陽(yáng)處在所有橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。說(shuō)明：（1）太陽(yáng)并不是位于橢圓中心，而是位于焦點(diǎn)處。（2）不同行星軌道不同，但所有軌道的焦點(diǎn)重合。二、開普勒三大定律做一做把細(xì)繩的兩端合在一起（即兩個(gè)焦點(diǎn)合并成一個(gè)點(diǎn)），再用鉛筆把細(xì)繩拉緊，在板上畫出的圖形是什么？思考：橢圓上某點(diǎn)到兩個(gè)焦點(diǎn)的距離之和與橢圓上另一點(diǎn)到兩焦點(diǎn)的距離之和有什么關(guān)系?二、開普勒三大定律2.開普勒第二定律(面積定律）對(duì)于任意一個(gè)行星而言，它和太陽(yáng)的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過相等的面積。說(shuō)明：行星在近日點(diǎn)速率大于遠(yuǎn)日點(diǎn)速率。二、開普勒三大定律你認(rèn)為春夏兩季的時(shí)間長(zhǎng)還是秋冬兩季的時(shí)間長(zhǎng)？春夏兩季（186天）比秋冬兩季（179天）要長(zhǎng)。問題二、開普勒三大定律3.開普勒第三定律（周期定律）：所有行星軌道的半長(zhǎng)軸的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比都相等。猜想：a3/T2=k，你能猜出k可能跟誰(shuí)有關(guān)嗎?行星？太陽(yáng)？二、開普勒三大定律行星/衛(wèi)星半長(zhǎng)軸（106km）周期（天）k（m3/s2）水星5787.97金星108225地球149365火星228687木星7784333土星142610759天王星287030660海王星449860148月球0.384427.3同步衛(wèi)星0.042413.36×10183.36×10183.36×10183.36×10183.36×10183.36×10183.37×10183.37×10181.03×10131.03×1013結(jié)論：(1)開普勒第三定律也適用于太陽(yáng)系以外的其他環(huán)繞系統(tǒng)，不同的環(huán)繞系統(tǒng)，k值不同。(2)k值與環(huán)繞天體無(wú)關(guān)，由中心天體決定。二、開普勒三大定律我們通常將行星的軌道近似為圓，這樣合理嗎？實(shí)際上，行星的軌道與圓十分接近，在中學(xué)階段的研究中我們可按圓軌道處理。問題二、開普勒三大定律2.行星繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。3.所有行星軌道半徑的三次方與它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等，即若將行星運(yùn)動(dòng)軌道按圓處理，則開普勒三定律又該如何表述？1.行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道近似為圓，太陽(yáng)處于圓心。探究一對(duì)開普勒定律的認(rèn)識(shí)情境導(dǎo)引下圖為行星繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)的示意圖,觀察各行星的運(yùn)動(dòng)軌跡,它們是規(guī)則的圓形嗎?它們繞太陽(yáng)一周的時(shí)間分別為,水星約88天、金星225天、地球約365天、火星約687天、木星約11.9年、土星約29.7年、天王星約84.3年、海王星約165.2年,據(jù)此猜測(cè)行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的周期與它們到太陽(yáng)的距離有什么樣的定性關(guān)系?要點(diǎn)提示

行星的運(yùn)動(dòng)軌跡不是規(guī)則的圓形,是橢圓;離太陽(yáng)越遠(yuǎn)的行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)一周的時(shí)間越長(zhǎng)。知識(shí)歸納項(xiàng)目?jī)?nèi)容圖示意義開普勒第一定律(軌道定律)所有行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓,太陽(yáng)處在橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上否定了行星圓形軌道的說(shuō)法,建立了正確的軌道理論,給出了太陽(yáng)準(zhǔn)確的位置開普勒第二定律(面積定律)對(duì)任意一個(gè)行星來(lái)說(shuō),它與太陽(yáng)的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過相等的面積描述了行星在其軌道上運(yùn)行時(shí),線速度的大小不斷變化。解決了行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的速度大小問題補(bǔ)充說(shuō)明:(1)行星的軌道都是橢圓,不同行星軌道的半長(zhǎng)軸不同,即各行星的橢圓軌道不同,但太陽(yáng)是所有橢圓軌道的共同焦點(diǎn)。(2)近日點(diǎn)、遠(yuǎn)日點(diǎn)分別是行星距離太陽(yáng)的最近點(diǎn)、最遠(yuǎn)點(diǎn),同一行星在軌道上離太陽(yáng)越近時(shí),速度越大,在近日點(diǎn)速度最大,在遠(yuǎn)日點(diǎn)速度最小。(3)公式

=k不只適用于太陽(yáng),還適用于所有的行星繞著恒星的運(yùn)動(dòng),也適用于衛(wèi)星繞著行星的運(yùn)動(dòng),其中的k只與中心天體有關(guān),與環(huán)繞天體沒有關(guān)系。(4)公式

=k,對(duì)于同一中心天體來(lái)說(shuō),k的數(shù)值相同;對(duì)于不同的中心天體來(lái)說(shuō),k的數(shù)值不同。遷移應(yīng)用例1火星和木星沿各自的橢圓軌道繞太陽(yáng)運(yùn)行,根據(jù)開普勒定律可知(

)A.太陽(yáng)位于木星運(yùn)行軌道的中心B.火星和木星繞太陽(yáng)運(yùn)行速度的大小始終相等C.火星與木星公轉(zhuǎn)周期之比的二次方等于它們軌道半長(zhǎng)軸之比的三次方D.相同時(shí)間內(nèi),火星與太陽(yáng)連線掃過的面積等于木星與太陽(yáng)連線掃過的面積答案

C解析

根據(jù)開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律,火星和木星沿各自的橢圓軌道繞太陽(yáng)運(yùn)行時(shí),太陽(yáng)位于橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;行星繞太陽(yáng)運(yùn)行的軌道不同,周期不同,運(yùn)行速度大小也不同,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;由開普勒第三定律知,選項(xiàng)C正確;火星與太陽(yáng)連線在相同時(shí)間內(nèi)掃過的面積相等,木星與太陽(yáng)連線在相同時(shí)間內(nèi)掃過的面積相等,但這兩個(gè)面積不相等,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。規(guī)律方法

行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)時(shí),太陽(yáng)位于橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。行星靠近太陽(yáng)的過程中,速度增加,在近日點(diǎn)速度最大;行星遠(yuǎn)離太陽(yáng)的時(shí)候,速度減小,在遠(yuǎn)日點(diǎn)速度最小。行星軌道半長(zhǎng)軸的三次方與周期的二次方之比是一個(gè)常量。變式訓(xùn)練1如圖所示是行星m繞恒星M運(yùn)動(dòng)情況的示意圖,下列說(shuō)法正確的是(

)A.速度最大點(diǎn)是B點(diǎn)B.速度最小點(diǎn)是C點(diǎn)C.m從A到B做減速運(yùn)動(dòng)D.m從B到A做減速運(yùn)動(dòng)答案

C解析

由開普勒第二定律可知,在近日點(diǎn)行星運(yùn)動(dòng)速度最大,在遠(yuǎn)日點(diǎn)行星運(yùn)動(dòng)速度最小,因此A、B錯(cuò)誤;行星由A向B運(yùn)動(dòng)的過程中,其速度減小,故C正確,D錯(cuò)誤。探究二天體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律及分析方法情境導(dǎo)引如圖所示是火星和地球繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)的軌道示意圖,觀察圖中地球、火星的位置,請(qǐng)思考:(1)地球和火星,誰(shuí)的公轉(zhuǎn)周期更長(zhǎng)?(2)根據(jù)地球的公轉(zhuǎn)周期計(jì)算火星的公轉(zhuǎn)周期還需要知道什么數(shù)據(jù)?要點(diǎn)提示

(1)根據(jù)開普勒第三定律,因?yàn)榛鹦堑能壍腊霃礁?所以火星的公轉(zhuǎn)周期更長(zhǎng)。(2)根據(jù)

=k,要計(jì)算火星周期,除了要知道地球的公轉(zhuǎn)周期,還要知道地球和火星繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的軌道半徑。知識(shí)歸納1.行星運(yùn)動(dòng)的近似處理行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道十分接近圓,太陽(yáng)處在圓心,行星繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。2.開普勒第三定律的應(yīng)用遷移應(yīng)用例2如圖所示,飛船沿半徑為R的圓周繞地球運(yùn)動(dòng),其周期為T,地球半徑為R0。若飛船要返回地面,可在軌道上某點(diǎn)A處將速率降到適當(dāng)?shù)臄?shù)值,從而使飛船沿著以地心為焦點(diǎn)的橢圓軌道運(yùn)行,橢圓與地球表面在B點(diǎn)相切,求飛船由A點(diǎn)到B點(diǎn)所需要的時(shí)間。答案

C行星的運(yùn)動(dòng)一段宇宙探索歷程1、地心說(shuō)2、日心說(shuō)開普勒三大定律1、軌道定律2、面積定律3、周期定律課堂小結(jié)1.下列說(shuō)法都是“日心說(shuō)”的觀點(diǎn)，現(xiàn)在看來(lái)其中正確的是()A．宇宙的中心是太陽(yáng)，所有行星都在繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)B．地球是繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的普通行星，月球是繞地球旋轉(zhuǎn)的衛(wèi)星，它繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，同時(shí)還跟地球一起繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)C．天體不動(dòng)，因?yàn)榈厍蛎刻熳晕飨驏|轉(zhuǎn)一周，造成天體每天東升西落的現(xiàn)象D．與日地距離相比，恒星離地球十分遙遠(yuǎn)，比日地間距離大得多D當(dāng)堂小練2.關(guān)于行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)