1、第三章第三章 万有引力定律万有引力定律 第一节第一节 认识天体运动认识天体运动 学学 习习 目目 标标 STSE 情情 境境 导导 学学 1.了解地心说和日心了解地心说和日心 说说. 2.理解开普勒第一、理解开普勒第一、 第二、第三定律，并第二、第三定律，并 能应用解决相关问题能应用解决相关问题 （重点、难点）（重点、难点） 行星绕太阳在行星绕太阳在椭椭 圆轨道上运行圆轨道上运行 哥白尼认为地哥白尼认为地球球 和行星和行星绕太绕太阳做阳做 匀速圆周运动匀速圆周运动 知识点一知识点一 从地心说到日心说从地心说到日心说 1.地心说： 古希腊科学家托勒密发展了人们根据日常地心说： 古希腊科学家托勒密
2、发展了人们根据日常 观察和经验得出的观察和经验得出的“地心说地心说” ，认为，认为地球地球是宇宙的中心，是宇宙的中心， 是静止不动的，太阳、月亮及其他行星都绕是静止不动的，太阳、月亮及其他行星都绕地球地球运动运动. 2.日心说：日心说：16 世纪，波兰天文学家世纪，波兰天文学家哥白尼哥白尼经过近经过近 40 年的观察和研究，提出了年的观察和研究，提出了“日心说日心说” ，迈出了人类认识宇，迈出了人类认识宇 宙历程中最艰难而又最重要的一步宙历程中最艰难而又最重要的一步. 知识点二知识点二 开普勒定律开普勒定律 1.开普勒第一定律：开普勒第一定律： 所有行星围绕太阳运行的轨道都所有行星围绕太阳运行
3、的轨道都 是是椭圆椭圆，太阳太阳处在椭圆的一个焦点上处在椭圆的一个焦点上. 2.开普勒第二定律：对任意一个行星来说，它与太阳开普勒第二定律：对任意一个行星来说，它与太阳 的连线在相等时间内的连线在相等时间内扫过相等扫过相等的面积的面积. 3.开普勒第三定律： 所有行星的开普勒第三定律： 所有行星的轨道半长轴轨道半长轴的三次方的三次方 与它与它公转周期公转周期的二次方之比都相等的二次方之比都相等. 若用若用 r 表示椭圆的半长轴，表示椭圆的半长轴，T 表示行星的公转周期，表示行星的公转周期， 根据开普勒第三定律，其关系可表示为根据开普勒第三定律，其关系可表示为 r3 T2 k，比值，比值 k 是
4、是 一个与行星无关而与一个与行星无关而与太阳太阳有关的常量有关的常量.开普勒关于行星运开普勒关于行星运 动的规律也适用于卫星绕行星的运动， 只是动的规律也适用于卫星绕行星的运动， 只是k值值有所不同有所不同. 小试身手小试身手 1.关于日心说被人们所接受的原因是（关于日心说被人们所接受的原因是（ ） A.以地球为中心来研究天体的运动有很多无法解决以地球为中心来研究天体的运动有很多无法解决 的问题的问题 B.以太阳为中心， 许多问题都可以解决， 行星运动的以太阳为中心， 许多问题都可以解决， 行星运动的 描述也变得简单了描述也变得简单了 C.地球是围绕太阳转的地球是围绕太阳转的 D.太阳总是从东
5、面升起，从西面落下太阳总是从东面升起，从西面落下 解析：解析：托勒密的地心说可以解释行星的逆行问题，但托勒密的地心说可以解释行星的逆行问题，但 非常复杂，缺少简洁性，而简洁性是当时人们所追求的非常复杂，缺少简洁性，而简洁性是当时人们所追求的.哥哥 白尼的日心说之所以被当时人们所接受正是因为这一点白尼的日心说之所以被当时人们所接受正是因为这一点. 答案：答案：B 2.关于可能栖息生命的类地行星的运动， 下列说法正关于可能栖息生命的类地行星的运动， 下列说法正 确的是（确的是（ ） A.所有行星都绕某一恒星做匀速圆周运动所有行星都绕某一恒星做匀速圆周运动 B.所有行星都绕某一恒星做椭圆运动， 且轨
6、道都相同所有行星都绕某一恒星做椭圆运动， 且轨道都相同 C.离某一恒星越近的行星，其公转周期越小离某一恒星越近的行星，其公转周期越小 D.离某一恒星越近的行星，其公转周期越大离某一恒星越近的行星，其公转周期越大 解析：解析： 根据开普勒三定律知， 所有行星绕太阳的轨道根据开普勒三定律知， 所有行星绕太阳的轨道 都是椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上，但轨道不同，根都是椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上，但轨道不同，根 据公式据公式 a3 T2 k，半长轴越小，周期越小，把椭圆轨道近似，半长轴越小，周期越小，把椭圆轨道近似 看成圆轨道， 即离某一恒星越近的行星， 其公转周期越小看成圆轨道， 即离某一恒星
7、越近的行星， 其公转周期越小. 答案：答案：C 学习学习 小结小结 1.地心日和日心说内容地心日和日心说内容. 2.开普勒第一定律的内容开普勒第一定律的内容. 3.开普勒第二定律的内容开普勒第二定律的内容. 4.开普勒第三定律的内容开普勒第三定律的内容 探究一探究一 地心说与日心说地心说与日心说 1.在古代，人们对于天体的运动存在着地心说和日心说在古代，人们对于天体的运动存在着地心说和日心说 两种对立的看法两种对立的看法. 2.“地心说地心说”认为地球是宇宙的中心，是静止不动的，认为地球是宇宙的中心，是静止不动的， 太阳、月亮以及其他行星都绕地球运动太阳、月亮以及其他行星都绕地球运动.“日心说
8、日心说”认为太认为太 阳是宇宙的中心， 地球、 月亮以及其他行星都在绕太阳运动阳是宇宙的中心， 地球、 月亮以及其他行星都在绕太阳运动. 3.“地心说地心说”占领统治地位的时间较长占领统治地位的时间较长. 4.“日心说日心说”与与“地心说地心说”争论的结果是争论的结果是“日心说日心说”最最 终战胜了终战胜了“地心说地心说”.真理最终战胜了谬误真理最终战胜了谬误. 【典例【典例 1】 （多选）（多选）下列说法正确的是（下列说法正确的是（ ） A.关于天体的运动，日心说和地心说都是片面的关于天体的运动，日心说和地心说都是片面的 B.地球是一颗绕太阳运动的行星地球是一颗绕太阳运动的行星 C.地球是宇
9、宙的中心，太阳、月球及其他行星都在绕地地球是宇宙的中心，太阳、月球及其他行星都在绕地 球运动球运动 D.太阳是静止不动的，地球和其他行星都在绕太阳转动太阳是静止不动的，地球和其他行星都在绕太阳转动 解析：解析：地心说和日心说是人类对天体运动的初步认地心说和日心说是人类对天体运动的初步认 识，具有片面性，识，具有片面性，A 项说法正确；地球不是宇宙的中心，项说法正确；地球不是宇宙的中心， 地球是一颗绕太阳运动的行星地球是一颗绕太阳运动的行星.地球和其他行星都在绕太地球和其他行星都在绕太 阳转动，而且太阳也是运动的，它属于银河系的一部分，阳转动，而且太阳也是运动的，它属于银河系的一部分， 选项选项
10、 B 正确，正确，C、D 错误错误.故选故选 A、B. 答案：答案：AB 1.（多选）（多选）下列说法中正确的是（下列说法中正确的是（ ） A.地球是宇宙的中心， 太阳、 月亮和其他行星都绕地地球是宇宙的中心， 太阳、 月亮和其他行星都绕地 球运动球运动 B.太阳是静止不动的，地球和其他行星绕太阳运动太阳是静止不动的，地球和其他行星绕太阳运动 C.地球是绕太阳运动的一颗行星地球是绕太阳运动的一颗行星 D.日心说、地心说都是错误的日心说、地心说都是错误的 解析：解析：运动是绝对的，静止是相对的运动是绝对的，静止是相对的.故故 C、D 正确正确. 答案：答案：CD 2.（多选）（多选）16 世纪，
11、哥白尼根据天文观测的大量资料，世纪，哥白尼根据天文观测的大量资料， 经过经过 40 多年的天文观测和潜心研究，提出多年的天文观测和潜心研究，提出“日心说日心说”的如的如 下四个基本论点， 这四个论点目前看存在缺陷的是 （下四个基本论点， 这四个论点目前看存在缺陷的是 （ ） A.宇宙的中心是太阳，所有行星都在绕太阳做匀速圆宇宙的中心是太阳，所有行星都在绕太阳做匀速圆 周运动周运动 B.地球是绕太阳做匀速圆周运动的行星，月球是绕地地球是绕太阳做匀速圆周运动的行星，月球是绕地 球做匀速圆周运动的卫星，它绕地球运动的同时还跟地球球做匀速圆周运动的卫星，它绕地球运动的同时还跟地球 一起绕太阳运动一起绕
12、太阳运动 C.天穹不转动，因为地球每天自西向东自转一周，造天穹不转动，因为地球每天自西向东自转一周，造 成天体每天东升西落的现象成天体每天东升西落的现象 D.与日地距离相比，其他恒星离地球都十分遥远，比与日地距离相比，其他恒星离地球都十分遥远，比 日地间的距离大得多日地间的距离大得多 答案：答案：ABC 探究二探究二 开普勒行星运动定律的开普勒行星运动定律的理解及应用理解及应用 1.从空间分布上认识：行星的轨道都是椭圆，不同行从空间分布上认识：行星的轨道都是椭圆，不同行 星轨道的半长轴不同， 即各行星的椭圆轨道大小不同， 但星轨道的半长轴不同， 即各行星的椭圆轨道大小不同， 但 所有轨道都有一
13、个共同的焦点，太阳在此焦点上所有轨道都有一个共同的焦点，太阳在此焦点上. 2.对速度大小的认识对速度大小的认识. （1）如图所示，如果时间间隔相等，即）如图所示，如果时间间隔相等，即 t2t1t4 t3，由开普勒第二定律，面积，由开普勒第二定律，面积 SASB，可见离太阳越近，可见离太阳越近， 行星在相等时间内经过的弧长越长，即行星的速率越大行星在相等时间内经过的弧长越长，即行星的速率越大. 因此开普勒第二定律又叫面积定律因此开普勒第二定律又叫面积定律. （2） 近日点、 远日点分别是行星距离太阳的最近点、） 近日点、 远日点分别是行星距离太阳的最近点、 最远点， 所以同一行星在近日点速度最大
14、， 在远日点速度最远点， 所以同一行星在近日点速度最大， 在远日点速度 最小最小. 行星运动的速度与它到太阳距离的关系行星运动的速度与它到太阳距离的关系 相同时间内面积：相同时间内面积：SABSCDSEK. A 到到 B 速度变小，速度变小，C 到到 D 速度变大，速度变大，E 到到 K 速度速度 先变大，后变小先变大，后变小. 3.对周期长短的认识对周期长短的认识. （1）行星公转周期跟轨道半长轴之间有依赖关系，）行星公转周期跟轨道半长轴之间有依赖关系， 椭圆轨道半长轴越长的行星，其公转周期越长；反之，其椭圆轨道半长轴越长的行星，其公转周期越长；反之，其 公转周期越短公转周期越短. （2）该
15、定律不仅适用于行星，也适用于其他天体）该定律不仅适用于行星，也适用于其他天体. 例如，绕某一行星运动的不同卫星例如，绕某一行星运动的不同卫星. 【典例【典例 2】 （多选）（多选）下列对于开普勒第三定律下列对于开普勒第三定律 a3 T2 k 的理解，正确的是（的理解，正确的是（ ） A.T 表示行星的自转周期表示行星的自转周期 B.k 是一个仅与中心天体有关的常量是一个仅与中心天体有关的常量 C.该定律既适用于行星绕太阳的运动， 也适用于卫星该定律既适用于行星绕太阳的运动， 也适用于卫星 绕行星的运动绕行星的运动 D.若地球绕太阳运转的半长轴为若地球绕太阳运转的半长轴为 a1，周期为，周期为
16、T1，月，月 球绕地球运转的半长轴为球绕地球运转的半长轴为 a2，周期为，周期为 T2，由开普勒第三，由开普勒第三 定律可得定律可得a 3 1 T2 1 a3 2 T2 2 解析：解析： 答案：答案：BC 开普勒定律的三个注意问题开普勒定律的三个注意问题 1.开普勒三定律是通过对行星运动的观察结果总结开普勒三定律是通过对行星运动的观察结果总结 而得出的规律，它们都是经验定律而得出的规律，它们都是经验定律. 2.开普勒第二定律与第三定律的区别： 前者揭示的是开普勒第二定律与第三定律的区别： 前者揭示的是 同一行星在距太阳不同距离时的运动快慢的规律， 后者揭同一行星在距太阳不同距离时的运动快慢的规
17、律， 后者揭 示的是不同行星运动快慢的规律示的是不同行星运动快慢的规律. 3.对于开普勒第三定律对于开普勒第三定律 r3 T2 k，其中，其中 k 只与中心天体只与中心天体 的质量有关， 与环绕天体质量无关， 即不同行星绕同一中的质量有关， 与环绕天体质量无关， 即不同行星绕同一中 心天体运动的心天体运动的 k 值相等值相等. 3.已知两个行星的质量已知两个行星的质量 m12m2， 公转周期， 公转周期 T12T2， 则它们绕太阳运转轨道的半长轴之比为（则它们绕太阳运转轨道的半长轴之比为（ ） A.a1 a2 1 2 B.a1 a2 2 1 C.a1 a2 34 D.a1 a2 1 3 4 解
18、析：解析：由由a 2 T2 k 知，知， a1 a2 3 T1 T2 2 224，则，则a1 a2 34， 与行星质量无关与行星质量无关. 答案：答案：C 4.某行星和地球绕太阳公转的轨道均可视为圆某行星和地球绕太阳公转的轨道均可视为圆.每过每过 N 年，该行星会运行到日地连线的延长线上，如图所示年，该行星会运行到日地连线的延长线上，如图所示. 该行星与地球的公转半径之比为（该行星与地球的公转半径之比为（ ） A. N N1 2 3 B. N N1 2 3 C. N N1 3 2 D. N N1 3 2 解析：解析： 地球绕太阳公转周期地球绕太阳公转周期 T地 地1 年，年， N 年转年转 N
19、 周，周， 而该行星由于轨道半径大，周期也大，因而该行星而该行星由于轨道半径大，周期也大，因而该行星 N 年年 应转应转 N1 周，故周，故 T行 行 N N1年，又因为行星和地球均绕 年，又因为行星和地球均绕 太阳公转，由开普勒第三定律知太阳公转，由开普勒第三定律知 r3 T2 k，故，故 r行 行 r地 地 T行 行 T地 地 2 3 N N1 2 3. 答案：答案：B 5.太阳系中的八大行星的轨道均可以近似看成圆轨太阳系中的八大行星的轨道均可以近似看成圆轨 道道.如图所示四幅图是用来描述这些行星运动所遵从的某如图所示四幅图是用来描述这些行星运动所遵从的某 一规律的图像一规律的图像.图中坐
20、标系的横轴是图中坐标系的横轴是 lg T T0，纵轴是 ，纵轴是 lg R R0； ； 这里这里 T 和和 R 分别是行星绕太阳运行的周期和相应的圆轨分别是行星绕太阳运行的周期和相应的圆轨 道半径，道半径，T0和和 R0分别是水星绕太阳运行的周期和相应的分别是水星绕太阳运行的周期和相应的 圆轨道半径圆轨道半径.下列四幅图中正确的是（下列四幅图中正确的是（ ） 解析：解析：根据开普勒第三定律根据开普勒第三定律 a3 T2 k 可得可得 R3kT2，R3 0 kT2 0， ， 两式相比后取对数，得两式相比后取对数，得 lgT 2 T2 0 lgR 3 R3 0， ， 整理得整理得 lg R R0 2 3lg T T0，故 ，故 B 正确正确. 答案：答案：B
