31天體運(yùn)動(dòng)課件2(教科版必修2)

1天體運(yùn)動(dòng)1.了解地心說(shuō)和日心說(shuō)兩種不同的觀點(diǎn)。2.理解開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)三定律，知道行星運(yùn)動(dòng)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(shí)，初步運(yùn)用開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律解決一些簡(jiǎn)單問(wèn)題。重點(diǎn)：1.開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)三定律的理解。2.中學(xué)階段對(duì)行星運(yùn)動(dòng)的處理方法。難點(diǎn)：應(yīng)用開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律分析行星的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題。一、兩種對(duì)立的學(xué)說(shuō)學(xué)說(shuō)代表人物內(nèi)容局限性地心說(shuō)托勒密_____位于宇宙的中心,是靜止不動(dòng)的,其他天體圍繞_____轉(zhuǎn)動(dòng)都把天體的運(yùn)動(dòng)看得很神圣,認(rèn)為天體的運(yùn)動(dòng)必然是最完美、最和諧的_________運(yùn)動(dòng),但計(jì)算所得的數(shù)據(jù)和丹麥天文學(xué)家_____的觀測(cè)數(shù)據(jù)之間有一個(gè)偏差日心說(shuō)哥白尼_____固定在這個(gè)體系的中心,地球和別的行星一樣，圍繞_____運(yùn)行地球地球太陽(yáng)太陽(yáng)勻速圓周第谷【想一想】地心說(shuō)和日心說(shuō)是兩種截然不同的觀點(diǎn),現(xiàn)在看來(lái)這兩種觀點(diǎn)哪一種是正確的?提示：兩種觀點(diǎn)受人們意識(shí)的限制，是人類發(fā)展到不同歷史時(shí)期的產(chǎn)物。無(wú)論是地心說(shuō)還是日心說(shuō)都保留了勻速圓周運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，兩種觀點(diǎn)都具有歷史局限性，現(xiàn)在看來(lái)都是不完全正確的。二、開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律定律內(nèi)容公式或圖示開(kāi)普勒第一定律所有的行星圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道都是_____，太陽(yáng)處在所有_____的一個(gè)_____上開(kāi)普勒第二定律從太陽(yáng)到行星的連線在____________內(nèi)掃過(guò)___________橢圓橢圓焦點(diǎn)相等的時(shí)間相等的面積定律內(nèi)容公式或圖示開(kāi)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(gè)_____公式：____=k,k是一個(gè)與行星_____的常量半長(zhǎng)軸公轉(zhuǎn)周期常量無(wú)關(guān)【判一判】（1）圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的行星的速率是一成不變的。（）（2）開(kāi)普勒定律僅適用于行星繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)。（）（3）行星軌道的半長(zhǎng)軸越長(zhǎng)，行星的周期越長(zhǎng)。（）提示：（1）根據(jù)開(kāi)普勒第二定律，行星離太陽(yáng)近時(shí)運(yùn)動(dòng)速率大，離太陽(yáng)遠(yuǎn)時(shí)速率小,（1）錯(cuò)誤。（2）開(kāi)普勒定律不僅適用于行星繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)，也適用于其他天體繞中心天體的運(yùn)動(dòng)，如衛(wèi)星繞地球的運(yùn)動(dòng)，（2）錯(cuò)誤。（3）根據(jù)開(kāi)普勒第三定律，行星的半長(zhǎng)軸的三次方與周期的二次方成正比，所以（3）正確。認(rèn)識(shí)開(kāi)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(yáng)系中運(yùn)動(dòng)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(wèn)題：（1）水星繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)是勻速圓周運(yùn)動(dòng)嗎?（2）水星和地球相比，誰(shuí)離太陽(yáng)的距離更遠(yuǎn)一些？（3）圍繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)的行星，其公轉(zhuǎn)周期由什么決定？【要點(diǎn)整合】定律認(rèn)識(shí)角度理解開(kāi)普勒第一定律對(duì)空間分布的認(rèn)識(shí)各行星的橢圓軌道盡管大小不同，但是太陽(yáng)是所有軌道的一個(gè)共同焦點(diǎn)，所以又稱焦點(diǎn)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(zhǎng)軸與半短軸接近定律認(rèn)識(shí)角度理解開(kāi)普勒第二定律對(duì)速度大小的認(rèn)識(shí)該定律又叫面積定律，反映了同一行星沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng)靠近太陽(yáng)時(shí)速度增大,沿橢圓軌道遠(yuǎn)離太陽(yáng)時(shí)速度減小近日點(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)，所以近日點(diǎn)速度最大，遠(yuǎn)日點(diǎn)速度最小定律認(rèn)識(shí)角度理解開(kāi)普勒第三定律對(duì)周期長(zhǎng)短的認(rèn)識(shí)反映了行星公轉(zhuǎn)周期跟軌道半長(zhǎng)軸之間的依賴關(guān)系。橢圓軌道半長(zhǎng)軸越長(zhǎng)的行星,其公轉(zhuǎn)周期越長(zhǎng);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(yùn)動(dòng)的不同衛(wèi)星研究行星時(shí)，常數(shù)k與行星無(wú)關(guān)，只與太陽(yáng)有關(guān)。研究其他天體時(shí)，常數(shù)k與其中心天體有關(guān)【特別提醒】（1）開(kāi)普勒三定律是對(duì)行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的總結(jié)，實(shí)踐表明該定律也適用于其他天體的運(yùn)動(dòng)。（2）開(kāi)普勒第二定律說(shuō)的是同一行星在距太陽(yáng)不同距離時(shí)的運(yùn)動(dòng)快慢的規(guī)律；開(kāi)普勒第三定律說(shuō)的是不同行星運(yùn)動(dòng)快慢的規(guī)律?！镜淅?】關(guān)于行星的運(yùn)動(dòng)，以下說(shuō)法正確的是（）A.行星在橢圓軌道上繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，其速度與行星和太陽(yáng)之間的距離有關(guān)，距離小時(shí)速度小，距離大時(shí)速度大B.所有行星在橢圓軌道上繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)，太陽(yáng)在橢圓軌道的一個(gè)焦點(diǎn)上C.水星的半長(zhǎng)軸最短，所以公轉(zhuǎn)周期最長(zhǎng)D.海王星離太陽(yáng)“最遠(yuǎn)”，所以繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的公轉(zhuǎn)周期最長(zhǎng)【思路點(diǎn)撥】本題可應(yīng)用開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律對(duì)各選項(xiàng)分別加以分析、判斷?！疽?guī)范解答】由開(kāi)普勒第二定律知行星離太陽(yáng)距離小時(shí)速度大，距離大時(shí)速度小，A錯(cuò)誤；由開(kāi)普勒第一定律知所有行星繞太陽(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，B正確；海王星的半長(zhǎng)軸大于水星的半長(zhǎng)軸,由開(kāi)普勒第三定律可知，半長(zhǎng)軸越大，周期越長(zhǎng)，故Ｃ錯(cuò)誤，Ｄ正確。答案：B、D【變式訓(xùn)練】（2012·孝感高一檢測(cè)）關(guān)于公式，下列理解正確的是（）A．k是一個(gè)與行星無(wú)關(guān)的量B.若地球繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)軌道的半長(zhǎng)軸為r地，周期為T地；月球繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)軌道的半長(zhǎng)軸為r月，周期為T月，則C.T表示行星運(yùn)動(dòng)的自轉(zhuǎn)周期D.T表示行星運(yùn)動(dòng)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(wú)關(guān)，所以選項(xiàng)A正確。地球是太陽(yáng)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(xiàng)B錯(cuò)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(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確。【變式備選】關(guān)于開(kāi)普勒第二定律，正確的理解是（）A.行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，一定是勻速曲線運(yùn)動(dòng)B.行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，一定是變速曲線運(yùn)動(dòng)C.行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于角速度相等，故在近日點(diǎn)處的線速度小于它在遠(yuǎn)日點(diǎn)處的線速度D.行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于它與太陽(yáng)的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過(guò)的面積相等，故它在近日點(diǎn)的速度大于它在遠(yuǎn)日點(diǎn)的速度【解析】選B、D。由于行星與太陽(yáng)的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過(guò)的面積相等，所以相等時(shí)間里通過(guò)的曲線長(zhǎng)度不同，線速度和角速度都不相同。天體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律及分析方法【探究導(dǎo)引】如圖是太陽(yáng)系各行星運(yùn)動(dòng)的軌道圖，觀察圖片，思考以下問(wèn)題：（1）為了簡(jiǎn)化研究，中學(xué)階段行星運(yùn)動(dòng)按什么運(yùn)動(dòng)來(lái)處理？（2）若將行星運(yùn)動(dòng)看做圓周運(yùn)動(dòng)，開(kāi)普勒第三定律應(yīng)該怎樣表述？（3）天體的運(yùn)動(dòng)是否遵循牛頓運(yùn)動(dòng)定律？【要點(diǎn)整合】1.天體雖做橢圓運(yùn)動(dòng)，但它們的軌道一般接近圓。中學(xué)階段我們?cè)谔幚硖祗w運(yùn)動(dòng)問(wèn)題時(shí)，為簡(jiǎn)化運(yùn)算，一般把天體的運(yùn)動(dòng)當(dāng)做圓周運(yùn)動(dòng)來(lái)研究，并且把它們視為做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，橢圓的半長(zhǎng)軸即為圓半徑2.在處理天體運(yùn)動(dòng)時(shí)，開(kāi)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(yùn)動(dòng)的多個(gè)天體，軌道半徑r越大的天體，其周期越長(zhǎng)3.天體的運(yùn)動(dòng)遵循牛頓運(yùn)動(dòng)定律及勻速圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律，與一般物體的運(yùn)動(dòng)在應(yīng)用這兩個(gè)規(guī)律上沒(méi)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(wèn)題。（2）無(wú)論天體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，還是做橢圓運(yùn)動(dòng)，它總是遵循牛頓運(yùn)動(dòng)定律的?！镜淅?】海王星離太陽(yáng)的距離約是地球離太陽(yáng)距離的30倍，那么海王星繞太陽(yáng)的公轉(zhuǎn)周期是多少？（海王星和地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的軌道可視為圓形軌道）【思路點(diǎn)撥】解答本題應(yīng)明確以下兩點(diǎn)：【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(kāi)普勒第三定律的應(yīng)用應(yīng)用開(kāi)普勒第三定律可分析行星的周期、半徑,應(yīng)用時(shí)可按以下步驟分析：（1）首先判斷兩個(gè)行星的中心天體是否相同，只有對(duì)同一個(gè)中心天體開(kāi)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(kāi)普勒第三定律列式求解?！咀兪接?xùn)練】?jī)深w行星的質(zhì)量分別為m1和m2，繞太陽(yáng)運(yùn)行的軌道半長(zhǎng)軸分別為r1和r2，則它們的公轉(zhuǎn)周期之比為（）A.B.C.D.無(wú)法確定【解析】選C。由開(kāi)普勒第三定律可知：解得故C正確。【溫馨提示】開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律是行星運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律，利用開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律不僅可以進(jìn)行定性地分析，還能用于定量地計(jì)算天體的軌道問(wèn)題。【典例】天文學(xué)家觀察到哈雷彗星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的周期是75年，離太陽(yáng)最近時(shí)距離太陽(yáng)8.9×1010m，離太陽(yáng)最遠(yuǎn)時(shí)距離不能被測(cè)出。試根據(jù)開(kāi)普勒定律估算這個(gè)最遠(yuǎn)距離，太陽(yáng)系的開(kāi)普勒常數(shù)k=3.354×1018m3/s2。考查內(nèi)容

天體軌道的計(jì)算【思路點(diǎn)撥】可按以下流程對(duì)本題進(jìn)行分析：【規(guī)范解答】哈雷彗星運(yùn)行的半長(zhǎng)軸由開(kāi)普勒第三定律聯(lián)立得代入數(shù)值得答案：5.226×1012m開(kāi)普勒第二定律的應(yīng)用1.對(duì)象的確定開(kāi)普勒第二定律表明了同一行星在不同位置的運(yùn)動(dòng)快慢，而不是不同行星的運(yùn)動(dòng)快慢。2.速率的確定應(yīng)用開(kāi)普勒第二定律可以比較行星運(yùn)動(dòng)到不同位置時(shí)的速率大小。（1）由于行星與太陽(yáng)連線在相等時(shí)間內(nèi)掃過(guò)的面積相等，而相等時(shí)間連線掃過(guò)的面積與連線的長(zhǎng)度（行星到太陽(yáng)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(yáng)的距離越大，行星的速率越小,反之越大。（2）行星在近日點(diǎn)、遠(yuǎn)日點(diǎn)時(shí)速度方向與連線垂直，若行星在近日點(diǎn)、遠(yuǎn)日點(diǎn)到太陽(yáng)的距離分別為a、b，取足夠短的時(shí)間Δt，由于行星與太陽(yáng)的連線掃過(guò)的面積可看作三角形,由開(kāi)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(diǎn)的速率與行星到太陽(yáng)的距離成反比?！景咐故尽磕承行茄貦E圓軌道運(yùn)行，近日點(diǎn)離太陽(yáng)距離為a，遠(yuǎn)日點(diǎn)離太陽(yáng)距離為b，過(guò)近日點(diǎn)時(shí)行星的速率為va，則過(guò)遠(yuǎn)日點(diǎn)時(shí)速率為（）【規(guī)范解答】由開(kāi)普勒第二定律可知太陽(yáng)和行星的連線在相等的時(shí)間里掃過(guò)的面積相等。取足夠短的時(shí)間Δt，則有：va·Δt·a=vb·Δt·b,所以答案：C【名師點(diǎn)評(píng)】行星的速率特點(diǎn)可總結(jié)為：（1）在近日點(diǎn)、遠(yuǎn)日點(diǎn)行星的速率與行星到太陽(yáng)的距離成反比；（2）行星靠近太陽(yáng)時(shí)，速率增大；遠(yuǎn)離太陽(yáng)時(shí)，速率減小。1.日心說(shuō)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(shuō)的代表人物；哥白尼提出了地球和行星都繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)，是日心說(shuō)的代表人物；布魯諾、第谷也支持日心說(shuō)，并為日心說(shuō)的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。2.下列關(guān)于天體運(yùn)動(dòng)的說(shuō)法正確的是（）A.地球是宇宙的中心，太陽(yáng)、月亮及其他行星都繞地球運(yùn)動(dòng)B.太陽(yáng)是宇宙的中心，所有天體都繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)C.太陽(yáng)是靜止不動(dòng)的，地球和其他行星都繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)D.“地心說(shuō)”和哥白尼提出的“日心說(shuō)”現(xiàn)在看來(lái)都是不完全正確的【解析】選D?！暗匦恼f(shuō)”是錯(cuò)誤的，所以A錯(cuò)誤。太陽(yáng)系在銀河系中運(yùn)動(dòng)，銀河系也在運(yùn)動(dòng)，所以B、C錯(cuò)誤。從現(xiàn)在的觀點(diǎn)看地心說(shuō)和日心說(shuō)都是不完全正確的，都是有其時(shí)代局限性的，D正確。3.（2012·海淀區(qū)高一檢測(cè)）下列關(guān)于開(kāi)普勒對(duì)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)的說(shuō)法正確的是（）A.所有行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓B.所有行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道都是圓C.所有行星的軌道的半長(zhǎng)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(kāi)普勒第一定律知所有行星繞太陽(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，A正確，B錯(cuò)誤。由開(kāi)普勒第三定律知所有行星的半長(zhǎng)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(cuò)誤。4.（2012·綿陽(yáng)高一檢測(cè)）地球繞太陽(yáng)的運(yùn)行軌道是橢圓，因而地球與太陽(yáng)之間的距離隨季節(jié)變化。北半球冬至這天地球離太陽(yáng)最近，夏至這天最遠(yuǎn)。下列關(guān)于地球在這兩天繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)速度大小的說(shuō)法中，正確的是（）