1、1行星的运动学习目标思维导图1.了解地心说与日心说的主要内容和代表人物。2.知道人类对行星运动的认识过程。3.理解开普勒三个定律并能用来分析问题。4.体会科学家在宣传和追求科学真理时所表现的坚定信念和献身精神。必备知识自我检测一、两种对立的学说1.地心说: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。代表人物:托勒密。2.日心说:太阳是宇宙的中心,是静止不动的,地球和其他行星都绕太阳运动。代表人物:哥白尼。3.局限性:地心说和日心说都把天体的运动看得很神圣,认为天体的运动必然是最完美、最和谐的匀速圆周运动。必备知识自我检测二、开普勒定律1.开普勒第一定律:所有行星绕太阳运
2、动的轨道都是椭圆,太阳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,它与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相等。3.开普勒第三定律:所有行星的轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等。其表达式为 =k,其中a是椭圆轨道的半长轴,T是行星绕太阳公转的周期,k是一个对所有行星都相同的常量。必备知识自我检测三、行星运动的一般处理方法行星的轨道与圆十分接近,中学阶段按圆轨道来处理,运动规律可描述为:1.行星绕太阳运动的轨道十分接近圆,太阳处在圆心。2.对某一行星来说,它绕太阳做圆周运动的角速度(或线速度大小)不变,即行星做匀速圆周运动。3.所有行星轨道半径的三次方跟它的公
3、转周期的二次方的比值必备知识自我检测1.正误辨析(1)行星绕太阳运动一周的时间内,它离太阳的距离是不变的。()解析:行星绕太阳运动的轨道是椭圆,太阳在椭圆的一个焦点上,所以行星到太阳的距离是变化的。答案:答案:必备知识自我检测(3)开普勒定律除适用于行星绕太阳的运动外,还适用于其他天体绕中心天体的运动。()解析:开普勒定律不仅适用于行星绕太阳的运动,也适用于其他天体绕中心天体的运动,如月球绕地球的运动。答案:(4)开普勒第三定律 =k中的常量k与行星无关,与中心天体也无关。()解析:常量k与行星无关,与中心天体的质量有关。答案:必备知识自我检测2.如图所示,椭圆为地球绕太阳运动的轨道,A、B分
4、别为地球绕太阳运动的近日点和远日点,地球经过这两点时的速率分别为vA和vB;阴影部分为地球与太阳的连线在相等时间内扫过的面积,分别用SA和SB表示,则vAvB、SASB。(均选填“”“=”或“=探究一探究二随堂检测对开普勒定律的认识情境导引如图为行星绕太阳转动的示意图,观察各行星的运动轨迹,它们是规则的圆形吗?它们绕太阳一周的时间分别为,水星约88天、金星225天、地球约365天、火星约687天、木星约11.9年、土星约29.7年、天王星约84.3年、海王星约165.2年,据此猜测行星绕太阳运动的周期与它们到太阳的距离有什么样的定性关系?探究一探究二随堂检测要点提示:行星的运动轨迹不是规则的圆
5、形,是椭圆;离太阳越远的行星绕太阳运动一周的时间越长。探究一探究二随堂检测知识归纳 探究一探究二随堂检测探究一探究二随堂检测探究一探究二随堂检测补充说明: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不同,但太阳是所有椭圆轨道的共同焦点。近日点、远日点分别是行星距离太阳的最近点、最远点,同一行星在轨道上离太阳越近时,速度越大,在近日点速度最大,在远日点速度最小。公式 =k不只适用于太阳,还适用于所有的行星绕着恒星的运动,也适用于卫星绕着行星的运动,其中的k只与中心天体有关,与环绕天体没有关系。比如:月球和其他人造卫星都绕地球的运动,其中常量k只与地球有关。公式 =k,对于同一
6、中心天体来说,k的数值相同;对于不同的中心天体来说,k的数值不同。探究一探究二随堂检测实例引导例1火星和木星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行,根据开普勒定律可知()A.太阳位于木星运行轨道的中心B.火星和木星绕太阳运行速度的大小始终相等C.火星与木星公转周期之比的二次方等于它们轨道半长轴之比的三次方D.相同时间内,火星与太阳连线扫过的面积等于木星与太阳连线扫过的面积探究一探究二随堂检测解析:根据开普勒行星运动定律,火星和木星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行时,太阳位于椭圆的一个焦点上,选项A错误;行星绕太阳运行的轨道不同,周期不同,运行速度大小也不同,选项B错误;由开普勒第三定律知,选项C正确;火星与太阳
7、连线在相同时间内扫过的面积相等,木星与太阳连线在相同时间内扫过的面积相等,但这两个面积不相等,选项D错误。答案:C规律方法规律方法 行星绕太阳运动时,太阳位于椭圆的一个焦点上。行星靠近太阳的过程中都是向心运动,速度增加,在近日点速度最大;行星远离太阳的时候都是离心运动,速度减小,在远日点速度最小。行星轨道半长轴的三次方与周期的二次方之比是一个常量。探究一探究二随堂检测变式训练变式训练1如图所示是行星m绕恒星M运动情况的示意图,下列说法正确的是()A.速度最大点是B点B.速度最小点是C点C.m从A到B做减速运动D.m从B到A做减速运动解析:由开普勒第二定律可知,近日点时行星运动速度最大,因此A、
8、B错误;行星由A向B运动的过程中,其速度减小,故C正确,D错误。答案:C探究一探究二随堂检测天体运动的规律及分析方法情境导引如图是火星和地球绕太阳运转的轨道示意图,观察图中地球、火星的位置,请思考:(1)地球和火星,谁的公转周期更长?(2)根据地球的公转周期计算火星的公转周期还需要知道什么数据?探究一探究二随堂检测要点提示:(1)根据开普勒第三定律,因为火星的轨道半径更大,所以火星的公转周期更长。(2)根据 =k,要计算火星周期,除了要知道地球的公转周期,还要知道地球和火星绕太阳公转的轨道半径。探究一探究二随堂检测知识归纳1.行星运动的近似处理行星绕太阳运动的轨道十分接近圆,太阳处在圆心,行星
9、绕太阳做匀速圆周运动。2.开普勒第三定律的应用(1)行星绕中心天体做椭圆运动时,其周期与轨道半长轴的关系满足:=k。(2)行星绕中心天体做圆周运动时,其周期与轨道半径的关系满足:=k。(3)绕同一中心天体运动的行星,有的轨迹为椭圆,有的轨迹为圆,则满足:探究一探究二随堂检测实例引导例2如图所示,飞船沿半径为R的圆周绕地球运动,其周期为T,地球半径为R0。若飞船要返回地面,可在轨道上某点A处将速率降到适当的数值,从而使飞船沿着以地心为焦点的椭圆轨道运行,椭圆与地球表面在B点相切,求飞船由A点到B点所需要的时间。探究一探究二随堂检测探究一探究二随堂检测变式训练变式训练2如图所示,某人造地球卫星绕地
10、球做匀速圆周运动,其轨道半径为月球绕地球运转半径的 ,设月球绕地球运动的周期为27天,则此卫星的运转周期大约是()C.1天 D.9天答案:C 探究一探究二随堂检测1.(多选)根据德国天文学家开普勒的行星运动三定律,下列说法正确的是()A.所有行星都绕太阳做匀速圆周运动,太阳处在圆心上B.所有行星都绕太阳做椭圆运动,太阳处在椭圆的一个焦点上C.离太阳较远的行星,围绕太阳转一周的时间长D.地球绕太阳运动的速率是不变的解析:所有行星都绕太阳做椭圆轨道运动,太阳处在椭圆的一个焦圆轨道运动,靠近太阳时,速率变大,远离太阳时,速率变小,选项D错误。答案:BC探究一探究二随堂检测2.理论和实践证明,开普勒定
11、律不仅适用于太阳系中的天体运动,而且对一切天体(包括卫星绕行星的运动)都适用。对于开普勒第三A.公式只适用于轨道是椭圆的运动B.式中的k值,对于所有星系中的中心天体都相等C.式中的k值,只与中心天体有关,与绕中心天体旋转的行星(或卫星)无关D.若已知月球与地球之间的距离,根据公式可求出地球与太阳之间的距离探究一探究二随堂检测错误。比例系数k是一个由中心天体决定而与行星无关的常量,但在不同的星系中,k值不同,故选项B错误,C正确。月球绕地球转动的k值与地球绕太阳转动的k值不同,故选项D错误。答案:C探究一探究二随堂检测3.已知两个行星的质量m1=2m2,公转周期T1=2T2,则它们绕太阳运转轨道的半长轴之比为()答案:C
