2020高中物理人教版 必修二 第六章 万有引力与航天 学案 第1节行星的运动 WORD版含答案.docx

1、第1节行星的运动学习目标：1.了解地心说和日心说两种不同观点.2.知道开普勒行星运动定律的内容及物理意义，知道行星运动在中学阶段的近似处理思路.3.联系相关科学和生活知识，初步运用开普勒行星运动定律解决一些简单问题一、两种对立的学说课本导读预习教材第32页“地心说、日心说”部分，请同学们关注以下问题：1两种学说的内容分别是什么？2两种学说的主要对立点在哪里？知识识记地心说日心说代表人物托勒密(古希腊)哥白尼(波兰)内容地球是宇宙的中心，是静止不动的太阳、月亮及其他行星都绕地球运动太阳是宇宙的中心，是静止不动的地球及其他行星都围绕太阳运动局限性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

2、、最和谐的匀速圆周运动，但计算所得的数据和丹麦天文学家第谷的观测数据不符二、开普勒行星运动定律课本导读预习教材第3233页“开普勒行星运动定律”部分，请同学们关注以下问题：1开普勒发现所有行星围绕太阳运行的轨道都是哪种几何图形？2开普勒第二定律又叫什么定律？可以怎么理解行星的运行特点？3开普勒第三定律说明各个行星运行周期与什么有关？知识识记内容图示开普勒第一定律(椭圆定律)所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上说明：不同行星绕太阳运动时的椭圆轨道是不同的开普勒第二定律(面积定律)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相等的面积说明：行星在近日点的速率大于在远日

3、点的速率开普勒第三定律(周期定律)所有行星的轨道的半长轴a的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等说明：k，比值k是一个取决于中心天体的常量三、行星运动的一般处理方法课本导读预习教材第33页“行星运动在中学阶段的研究”部分，请同学们关注以下问题：1为什么我们能把行星的轨道看成圆？2太阳在运动图景的方位是什么？3各个行星近似做什么运动？知识识记行星的轨道与圆十分接近，中学阶段按圆轨道处理，运动规律可描述为：1应用开普勒第一定律：行星绕太阳运动的轨道十分接近圆，太阳处在圆心2应用开普勒第二定律：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应用开普勒第三定

4、律：所有行星轨道半径的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等，表达式为k.1宇宙的中心是太阳，所有行星都在绕太阳做匀速圆周运动()答案2造成天体每天东升西落的原因是天空不转动，只是地球每天自西向东自转一周()答案3与日地距离相比，恒星离地球都十分遥远()答案4围绕太阳运动的行星的速率是一成不变的()答案5开普勒定律仅适用于行星绕太阳的运动()答案6行星轨道的半长轴越长，行星的周期越长()答案7在中学阶段可认为地球围绕太阳做圆周运动()答案要点一对开普勒行星运动定律的理解概念辨析型合作探究如图所示为地球绕太阳运动的示意图及春分、夏至、秋分、冬至时地球所在的位置(1)太阳是否在轨道平面的中心？夏

5、至、冬至时地球到太阳的距离是否相同？(2)一年之内秋冬两季比春夏两季为什么要少几天？提示：(1)地球围绕太阳做椭圆运动，太阳并不在中心，而在一个焦点上；冬至时地球离太阳比夏至时还要近(2)由开普勒第二定律可知，秋冬两季的地球比春夏两季的地球离太阳更近些，从而运动的更快，故秋冬比春夏要少几天知识精要1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，但所有轨道都有一个共同的焦点，太阳在此焦点上因此开普勒第一定律又叫焦点定律2对速度大小的认识(1)如图所示，如果时间间隔相等，即t2t1t4t3，由开普勒第二定律，面积SASB，可见离太阳越近，行星在相等时间内

6、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(2)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，在远日点速度最小(1)相同时间内面积：SABSCDSEK.(2)A到B速度变小，C到D速度变大，E到K速度先变大，后变小3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，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(2)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题组训练1(开普勒第一定律)(多选)下列说法中正确的是()A太阳系中的八大行星有一个共同的轨道焦点B行星的运动方向总是沿着轨道的切线

7、方向C行星的运动方向总是与它和太阳的连线垂直D太阳是静止不动的解析太阳系中八大行星绕太阳运动的轨迹都是椭圆，而大阳位于八大行星椭圆轨道的一个共同焦点上，故A正确；行星的运动轨迹为椭圆，即行星做曲线运动，速度方向沿轨道的切线方向，故B正确；椭圆上某点的切线并不一定垂直于此点与焦点的连线，故C错误；太阳并非静止，它围绕银河系的中心不断转动，故D错误答案AB2(开普勒第二定律)(多选)如图所示是行星m绕恒星M运动的示意图，下列说法正确的是()A速度最大点是A点B速度最大点是C点Cm从A点运动到B点做减速运动Dm从B点运动到A点做减速运动解析由开普勒第二定律可推知，近恒星处行星速度大而远恒星处速度小，

8、故A点速度最大，B点最小，由A点运动到B点速度减小，由B点运动到A点则速度增大，故A、C正确答案AC3(开普勒第三定律)太阳系有八大行星，八大行星离地球的远近不同，绕太阳运转的周期也不相同下列反映周期与轨道半径关系的图像中正确的是()解析由开普勒第三定律知k，所以R3kT2，D正确答案D要点二开普勒定律的推广和应用重难点突破型知识精要1微元法解读开普勒第二定律行星在近日点、远日点时速度方向与连线垂直，若行星在近日点、远日点到太阳的距离分别为a、b，取足够短的时间t，则行星在t时间内可看作匀速直线运动，由SaSb知vatavbtb，可得va.行星到太阳的距离越大，行星的速率越小，反之越大2天体虽

9、做椭圆运动，但它们的轨道十分接近圆为简化运算，一般把天体的运动当成匀速圆周运动来研究，椭圆的半长轴即为圆的半径则天体的运动遵从牛顿运动定律及匀速圆周运动的规律，如vr，Fmamr2等3开普勒三定律是对行星绕太阳运动的总结实践表明该定律也适用于其他天体的运动，如月球绕地球的运动，卫星(或人造卫星)绕行星的运动典例剖析飞船沿半径为R的圆周绕地球运动，其周期为T.如果飞船要返回地面，可在轨道上某点A处，将速率降低到适当数值，从而使飞船沿着以地心为焦点的椭圆轨道运动，椭圆和地球表面在B点相切，如图所示如果地球半径为R0，求飞船由A点运动到B点所需要的时间审题指导分析题图，可以获得以下信息：(1)开普勒

10、第三定律对圆轨道和椭圆轨道都适用(2)椭圆轨道的半长轴大小为.(3)飞船由A运动到B点的时间为其椭圆轨道周期的一半尝试解答飞船沿椭圆轨道返回地面，由题图可知，飞船由A点到B点所需要的时间刚好是沿图中整个椭圆运动周期的一半，椭圆轨道的半长轴为，设飞船沿椭圆轨道运动的周期为T.根据开普勒第三定律有.解得TT.所以飞船由A点到B点所需要的时间为t.答案开普勒第三定律的应用应用开普勒第三定律可分析行星的周期、半径，应用时可按以下步骤分析：(1)首先判断两个行星的中心天体是否相同，只有对同一个中心天体开普勒第三定律才成立(2)明确题中给出的周期关系或半径关系(3)根据开普勒第三定律列式求解易错警示易错点

11、对开普勒行星运动定律理解不透彻而出错刘军同学认为尽管太阳系里所有的行星和行星的卫星环绕的轨道各不相同，但其椭圆轨道半长轴a的三次方跟它公转周期T的二次方之比等于同一个常量k.你认为对吗？错解对错因分析对开普勒第三定律k中的“k”理解不透彻，误认为行星和行星的卫星虽然环绕的中心天体不同，环绕轨道不同，比值仍然相同正确解答开普勒第三定律k中的“k”，并不是一个普适常量对行星绕太阳运转的系统来说，这个常量k仅与太阳的质量有关，而与行星无关，这个规律也可推广到宇宙间其他行星绕某恒星运转的系统，或一些卫星绕某行星运转的系统，这时常量k仅与该系统的中心天体质量有关，而与周围绕行的星体无关也就是说，中心天体

12、不同的系统k值是不同的，在中心天体相同的系统里k值是相同的答案不对对于物理规律的应用，首先要注意物理规律的应用条件，决不能盲目套用公式. 题组训练1(开普勒第三定律的应用)木星的公转周期约为12年，如把地球到太阳的距离作为1天文单位，则木星到太阳的距离约为()A2天文单位 B4天文单位C5.2天文单位 D12天文单位解析木星、地球都环绕太阳按椭圆轨道运动，近似计算时可当成圆轨道处理，因此它们到太阳的距离可当成是绕太阳公转的轨道半径，根据开普勒第三定律得r木r地15.2天文单位答案C2(综合应用)地球到太阳的距离为水星到太阳距离的2.6倍，那么地球和水星绕太阳运转的线速度之比为多少？解析设地球绕太阳的运行周期为T1，水星绕太阳的运行周期为T2，根据开普勒第三定律有因地球和水星绕太阳做匀速圆周运动，故有T1T2由式联立求解得.答案课堂归纲小结知识体系本节小结1德国天文学家开普勒用了20年的时间研究了丹麦天文学家第谷的行星观测记录，发现了行星运动定律2开普勒第一定律指明行星绕太阳的轨道为椭圆轨道，而非圆轨道；第二定律可导出近日点速率大于远日点速率；第三定律指明了行星公转周期与半长轴间的定量关系3近似处理时，可将行星绕太阳运动或卫星绕地球运动看作是匀速圆周运动，且对同一中心天体的行星或卫星，k中的k值均相同.