31天體運動課件2(教科版必修2)

1天體運動1.了解地心說和日心說兩種不同的觀點。2.理解開普勒行星運動三定律，知道行星運動在中學(xué)階段的研究中的近似處理。3.聯(lián)系相關(guān)學(xué)科和生活知識，初步運用開普勒行星運動定律解決一些簡單問題。重點：1.開普勒行星運動三定律的理解。2.中學(xué)階段對行星運動的處理方法。難點：應(yīng)用開普勒行星運動定律分析行星的運動問題。一、兩種對立的學(xué)說學(xué)說代表人物內(nèi)容局限性地心說托勒密_____位于宇宙的中心,是靜止不動的,其他天體圍繞_____轉(zhuǎn)動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_________運動,但計算所得的數(shù)據(jù)和丹麥天文學(xué)家_____的觀測數(shù)據(jù)之間有一個偏差日心說哥白尼_____固定在這個體系的中心,地球和別的行星一樣，圍繞_____運行地球地球太陽太陽勻速圓周第谷【想一想】地心說和日心說是兩種截然不同的觀點,現(xiàn)在看來這兩種觀點哪一種是正確的?提示：兩種觀點受人們意識的限制，是人類發(fā)展到不同歷史時期的產(chǎn)物。無論是地心說還是日心說都保留了勻速圓周運動的特點，兩種觀點都具有歷史局限性，現(xiàn)在看來都是不完全正確的。二、開普勒行星運動定律定律內(nèi)容公式或圖示開普勒第一定律所有的行星圍繞太陽運動的軌道都是_____，太陽處在所有_____的一個_____上開普勒第二定律從太陽到行星的連線在____________內(nèi)掃過___________橢圓橢圓焦點相等的時間相等的面積定律內(nèi)容公式或圖示開普勒第三定律行星軌道_______的三次方與_________的二次方的比值是一個_____公式：____=k,k是一個與行星_____的常量半長軸公轉(zhuǎn)周期常量無關(guān)【判一判】（1）圍繞太陽運動的行星的速率是一成不變的。（）（2）開普勒定律僅適用于行星繞太陽的運動。（）（3）行星軌道的半長軸越長，行星的周期越長。（）提示：（1）根據(jù)開普勒第二定律，行星離太陽近時運動速率大，離太陽遠時速率小,（1）錯誤。（2）開普勒定律不僅適用于行星繞太陽的運動，也適用于其他天體繞中心天體的運動，如衛(wèi)星繞地球的運動，（2）錯誤。（3）根據(jù)開普勒第三定律，行星的半長軸的三次方與周期的二次方成正比，所以（3）正確。認識開普勒三定律【探究導(dǎo)引】水星，西方人叫它墨丘利，墨丘利是羅馬神話中專為眾神傳遞信息的使者。水星是太陽系中運動最快的行星，公轉(zhuǎn)速度為48千米/秒，公轉(zhuǎn)周期約為88天。根據(jù)以上資料，回答以下問題：（1）水星繞太陽的運動是勻速圓周運動嗎?（2）水星和地球相比，誰離太陽的距離更遠一些？（3）圍繞太陽運轉(zhuǎn)的行星，其公轉(zhuǎn)周期由什么決定？【要點整合】定律認識角度理解開普勒第一定律對空間分布的認識各行星的橢圓軌道盡管大小不同，但是太陽是所有軌道的一個共同焦點，所以又稱焦點定律不同行星的軌道是不同的,可能相差很大行星的橢圓軌道很接近圓,半長軸與半短軸接近定律認識角度理解開普勒第二定律對速度大小的認識該定律又叫面積定律，反映了同一行星沿橢圓軌道運動靠近太陽時速度增大,沿橢圓軌道遠離太陽時速度減小近日點、遠日點分別是行星距離太陽的最近點、最遠點，所以近日點速度最大，遠日點速度最小定律認識角度理解開普勒第三定律對周期長短的認識反映了行星公轉(zhuǎn)周期跟軌道半長軸之間的依賴關(guān)系。橢圓軌道半長軸越長的行星,其公轉(zhuǎn)周期越長;反之,其公轉(zhuǎn)周期越短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)星研究行星時，常數(shù)k與行星無關(guān)，只與太陽有關(guān)。研究其他天體時，常數(shù)k與其中心天體有關(guān)【特別提醒】（1）開普勒三定律是對行星繞太陽運動的總結(jié)，實踐表明該定律也適用于其他天體的運動。（2）開普勒第二定律說的是同一行星在距太陽不同距離時的運動快慢的規(guī)律；開普勒第三定律說的是不同行星運動快慢的規(guī)律?！镜淅?】關(guān)于行星的運動，以下說法正確的是（）A.行星在橢圓軌道上繞太陽運動的過程中，其速度與行星和太陽之間的距離有關(guān)，距離小時速度小，距離大時速度大B.所有行星在橢圓軌道上繞太陽運動，太陽在橢圓軌道的一個焦點上C.水星的半長軸最短，所以公轉(zhuǎn)周期最長D.海王星離太陽“最遠”，所以繞太陽運動的公轉(zhuǎn)周期最長【思路點撥】本題可應(yīng)用開普勒行星運動定律對各選項分別加以分析、判斷?！疽?guī)范解答】由開普勒第二定律知行星離太陽距離小時速度大，距離大時速度小，A錯誤；由開普勒第一定律知所有行星繞太陽運動的軌道都是橢圓，太陽處在橢圓的一個焦點上，B正確；海王星的半長軸大于水星的半長軸,由開普勒第三定律可知，半長軸越大，周期越長，故Ｃ錯誤，Ｄ正確。答案：B、D【變式訓(xùn)練】（2012·孝感高一檢測）關(guān)于公式，下列理解正確的是（）A．k是一個與行星無關(guān)的量B.若地球繞太陽運轉(zhuǎn)軌道的半長軸為r地，周期為T地；月球繞地球運轉(zhuǎn)軌道的半長軸為r月，周期為T月，則C.T表示行星運動的自轉(zhuǎn)周期D.T表示行星運動的公轉(zhuǎn)周期【解析】選A、D。公式中的k為一常數(shù)，與中心天體有關(guān)，與行星無關(guān)，所以選項A正確。地球是太陽的行星，月球是地球的衛(wèi)星，中心天體不同,比例常數(shù)不同，所以選項B錯誤。公式中T應(yīng)表示繞中心天體公轉(zhuǎn)的周期，而不是自轉(zhuǎn)周期，所以選項C錯誤，D正確?！咀兪絺溥x】關(guān)于開普勒第二定律，正確的理解是（）A.行星繞太陽運動時，一定是勻速曲線運動B.行星繞太陽運動時，一定是變速曲線運動C.行星繞太陽運動時，由于角速度相等，故在近日點處的線速度小于它在遠日點處的線速度D.行星繞太陽運動時，由于它與太陽的連線在相等的時間內(nèi)掃過的面積相等，故它在近日點的速度大于它在遠日點的速度【解析】選B、D。由于行星與太陽的連線在相等的時間內(nèi)掃過的面積相等，所以相等時間里通過的曲線長度不同，線速度和角速度都不相同。天體運動的規(guī)律及分析方法【探究導(dǎo)引】如圖是太陽系各行星運動的軌道圖，觀察圖片，思考以下問題：（1）為了簡化研究，中學(xué)階段行星運動按什么運動來處理？（2）若將行星運動看做圓周運動，開普勒第三定律應(yīng)該怎樣表述？（3）天體的運動是否遵循牛頓運動定律？【要點整合】1.天體雖做橢圓運動，但它們的軌道一般接近圓。中學(xué)階段我們在處理天體運動問題時，為簡化運算，一般把天體的運動當做圓周運動來研究，并且把它們視為做勻速圓周運動，橢圓的半長軸即為圓半徑2.在處理天體運動時，開普勒第三定律表述為：天體軌道半徑r的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期T的二次方的比值為常數(shù)，即據(jù)此可知，繞同一天體運動的多個天體，軌道半徑r越大的天體，其周期越長3.天體的運動遵循牛頓運動定律及勻速圓周運動規(guī)律，與一般物體的運動在應(yīng)用這兩個規(guī)律上沒有區(qū)別【特別提醒】（1）可用于求解行星的周期、行星的軌道半徑，行星的繞行速度等問題。（2）無論天體做勻速圓周運動，還是做橢圓運動，它總是遵循牛頓運動定律的?！镜淅?】海王星離太陽的距離約是地球離太陽距離的30倍，那么海王星繞太陽的公轉(zhuǎn)周期是多少？（海王星和地球繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道可視為圓形軌道）【思路點撥】解答本題應(yīng)明確以下兩點：【解題流程】設(shè)海王星公轉(zhuǎn)周期為T1,軌道半徑為r1,地球公轉(zhuǎn)周期為T2,軌道半徑為r2.答案：164.3年【總結(jié)提升】開普勒第三定律的應(yīng)用應(yīng)用開普勒第三定律可分析行星的周期、半徑,應(yīng)用時可按以下步驟分析：（1）首先判斷兩個行星的中心天體是否相同，只有對同一個中心天體開普勒第三定律才成立。（2）明確題中給出的周期關(guān)系或半徑關(guān)系。（3）根據(jù)開普勒第三定律列式求解?！咀兪接?xùn)練】兩顆行星的質(zhì)量分別為m1和m2，繞太陽運行的軌道半長軸分別為r1和r2，則它們的公轉(zhuǎn)周期之比為（）A.B.C.D.無法確定【解析】選C。由開普勒第三定律可知：解得故C正確。【溫馨提示】開普勒行星運動定律是行星運動的基本規(guī)律，利用開普勒行星運動定律不僅可以進行定性地分析，還能用于定量地計算天體的軌道問題?！镜淅刻煳膶W(xué)家觀察到哈雷彗星繞太陽運動的周期是75年，離太陽最近時距離太陽8.9×1010m，離太陽最遠時距離不能被測出。試根據(jù)開普勒定律估算這個最遠距離，太陽系的開普勒常數(shù)k=3.354×1018m3/s2。考查內(nèi)容

天體軌道的計算【思路點撥】可按以下流程對本題進行分析：【規(guī)范解答】哈雷彗星運行的半長軸由開普勒第三定律聯(lián)立得代入數(shù)值得答案：5.226×1012m開普勒第二定律的應(yīng)用1.對象的確定開普勒第二定律表明了同一行星在不同位置的運動快慢，而不是不同行星的運動快慢。2.速率的確定應(yīng)用開普勒第二定律可以比較行星運動到不同位置時的速率大小。（1）由于行星與太陽連線在相等時間內(nèi)掃過的面積相等，而相等時間連線掃過的面積與連線的長度（行星到太陽的距離）及行星在垂直連線方向的速率有關(guān)，所以行星到太陽的距離越大，行星的速率越小,反之越大。（2）行星在近日點、遠日點時速度方向與連線垂直，若行星在近日點、遠日點到太陽的距離分別為a、b，取足夠短的時間Δt，由于行星與太陽的連線掃過的面積可看作三角形,由開普勒第二定律應(yīng)有va·Δt·a=vb·Δt·b,分析可得行星在這兩點的速率與行星到太陽的距離成反比?！景咐故尽磕承行茄貦E圓軌道運行，近日點離太陽距離為a，遠日點離太陽距離為b，過近日點時行星的速率為va，則過遠日點時速率為（）【規(guī)范解答】由開普勒第二定律可知太陽和行星的連線在相等的時間里掃過的面積相等。取足夠短的時間Δt，則有：va·Δt·a=vb·Δt·b,所以答案：C【名師點評】行星的速率特點可總結(jié)為：（1）在近日點、遠日點行星的速率與行星到太陽的距離成反比；（2）行星靠近太陽時，速率增大；遠離太陽時，速率減小。1.日心說的代表人物是（）A．托勒密B.哥白尼C.布魯諾D.第谷【解析】選B。托勒密是地心說的代表人物；哥白尼提出了地球和行星都繞太陽運動，是日心說的代表人物；布魯諾、第谷也支持日心說，并為日心說的發(fā)展做出了貢獻。2.下列關(guān)于天體運動的說法正確的是（）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，所有天體都繞太陽運動C.太陽是靜止不動的，地球和其他行星都繞太陽運動D.“地心說”和哥白尼提出的“日心說”現(xiàn)在看來都是不完全正確的【解析】選D?！暗匦恼f”是錯誤的，所以A錯誤。太陽系在銀河系中運動，銀河系也在運動，所以B、C錯誤。從現(xiàn)在的觀點看地心說和日心說都是不完全正確的，都是有其時代局限性的，D正確。3.（2012·海淀區(qū)高一檢測）下列關(guān)于開普勒對行星運動規(guī)律的認識的說法正確的是（）A.所有行星繞太陽運動的軌道都是橢圓B.所有行星繞太陽運動的軌道都是圓C.所有行星的軌道的半長軸的二次方跟公轉(zhuǎn)周期的三次方的比值都相同D.所有行星的公轉(zhuǎn)周期與行星的軌道半徑成正比【解析】選A。由開普勒第一定律知所有行星繞太陽運動的軌道都是橢圓，太陽處在橢圓的一個焦點上，A正確，B錯誤。由開普勒第三定律知所有行星的半長軸的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等，故C、D錯誤。4.（2012·綿陽高一檢測）地球繞太陽的運行軌道是橢圓，因而地球與太陽之間的距離隨季節(jié)變化。北半球冬至這天地球離太陽最近，夏至這天最遠。下列關(guān)于地球在這兩天繞太陽公轉(zhuǎn)速度大小的說法中，正確的是（）