必修2天体运动

1、第六章、万有引力与航天第六章、万有引力与航天、行星的运动、行星的运动托托 勒勒 密密 地球是世界的中心地球是世界的中心, ,并且静止不并且静止不动动, ,一切行星围绕地球做圆周运动一切行星围绕地球做圆周运动一、天体运动的两种学说一、天体运动的两种学说1.1.地心说地心说主要观点主要观点：代表人物代表人物： 地球地球是是静止不动静止不动的的，地球是，地球是宇宇宙的宙的中心中心，太阳、月亮以及其他行，太阳、月亮以及其他行星都绕地球做圆周运动星都绕地球做圆周运动古希腊天文学家古希腊天文学家托勒密托勒密天天体体运运动动的的两两种种学学说说随着天文观测不断进步，随着天文观测不断进步，“地地心说心说”暴露

2、出许多问题。逐渐暴露出许多问题。逐渐被波兰天文学家哥白尼被波兰天文学家哥白尼(1473-(1473-1543)1543)提出的提出的“日心说日心说”所取所取代。代。波兰天文学家哥白尼经过近四波兰天文学家哥白尼经过近四十年的观测和计算，于十年的观测和计算，于15431543年年出版了出版了“天体运行论天体运行论”正式提正式提出出“日心说日心说”。 太阳太阳是世界的中心是世界的中心, ,并且并且静止不动静止不动, ,一切行星都围绕太阳做一切行星都围绕太阳做圆周运动圆周运动。哥白尼哥白尼2.2.日心说日心说主要观点主要观点：代表人物代表人物： 太阳是太阳是静止不动静止不动的的，太阳太阳是宇是宇宙的宙

3、的中心中心，地球和其他行星都绕太，地球和其他行星都绕太阳做阳做匀速圆周运动匀速圆周运动波兰天文学家波兰天文学家哥白尼哥白尼二、二、开开普普勒勒行行星星运运动动定定律律 古人把天体运动看得十分神圣，他们认为天体的运动不古人把天体运动看得十分神圣，他们认为天体的运动不同于地面上物体的运动，天体做的是最完美、最和谐的匀同于地面上物体的运动，天体做的是最完美、最和谐的匀速圆周运动。速圆周运动。 开普勒的导师第谷，丹麦伟大的天文学家他对天体运动开普勒的导师第谷，丹麦伟大的天文学家他对天体运动的看法与其他古人一样，也认为天体在做匀速圆周运动。的看法与其他古人一样，也认为天体在做匀速圆周运动。并对行星的运动

4、做了长达并对行星的运动做了长达2020多年的观察多年的观察, ,记录了大量的数据记录了大量的数据. .既然行星是绕太阳运动的既然行星是绕太阳运动的, ,那么行星是做什么样的运动呢那么行星是做什么样的运动呢? ? 开普勒是第谷的学生开普勒是第谷的学生, ,第谷去世后他继承了第谷的工作第谷去世后他继承了第谷的工作, ,他他接受日心说观点接受日心说观点, ,并对第谷记录的数据进行了长时间的大量并对第谷记录的数据进行了长时间的大量的数学运算的数学运算, ,总结出了太阳行星的运动规律总结出了太阳行星的运动规律, ,发表了著名的发表了著名的开普勒三定律开普勒三定律. . 所有的行星围绕太阳运动的轨道都是所

5、有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭椭圆圆，太阳处在所有，太阳处在所有椭圆的一个焦点椭圆的一个焦点上。上。1 1、开普勒第一定律开普勒第一定律（轨道定律）（轨道定律）行星轨行星轨道道焦点焦点太阳太阳焦点焦点不同的行星轨道不同不同的行星轨道不同开普勒开普勒开普勒第一定开普勒第一定律律对开普勒第一定律的理解，下列说法正确的是（ ）nA、在行星绕太阳运转一周的时间内、在行星绕太阳运转一周的时间内,它它 离太阳的距离是不变化的离太阳的距离是不变化的 nB、在行星绕太阳运转一周的时间内、在行星绕太阳运转一周的时间内,它它 离太阳的距离是变化的离太阳的距离是变化的 nC、一个行星绕太阳运转的轨道一定是、一个行

6、星绕太阳运转的轨道一定是 在某一固定的平面内在某一固定的平面内 nD、一个行星绕太阳运转的轨道一、一个行星绕太阳运转的轨道一 定不定不 在一个在一个 固定的平面内固定的平面内BC开普勒开普勒开普勒第二定律开普勒第二定律 对于对于每一个行星每一个行星而言，太阳和行星的而言，太阳和行星的连线连线在在相等的时间相等的时间内扫过内扫过相等的面积相等的面积l由此可见：行星在远日点由此可见：行星在远日点a a的速率最小，在近日的速率最小，在近日点点b b的速率最大。的速率最大。、开普勒第二定律开普勒第二定律（面积定律）（面积定律） 如图如图1 1所示，已知行星在所示，已知行星在A A点的速率大于它在点的速

7、率大于它在B B点的速率，试判断太阳是位于图中的点的速率，试判断太阳是位于图中的F F1 1点还是点还是F F2 2点，为什么？点，为什么？A BF1F2图图1开普勒开普勒开普勒第三定开普勒第三定律律所有行星的轨道的所有行星的轨道的半长轴的三次方半长轴的三次方跟跟公转周期的二次方公转周期的二次方的比值（的比值（k）都相等都相等3 3、开普勒第三定律开普勒第三定律（周期定律）（周期定律）行星轨道半长轴的三次方跟公转周行星轨道半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值是一个常数期的二次方的比值是一个常数表达式：表达式：R R3 3T T2 2= k= k半长轴半长轴行星绕太阳公转行星绕太阳公转的周期的

8、周期例例. .有两个人造地球卫星，它有两个人造地球卫星，它们绕地球运转的轨道半径之比们绕地球运转的轨道半径之比是是1 1：2 2，则它们绕地球运转的，则它们绕地球运转的周期之比为周期之比为 。22:1行星行星/卫星卫星半长轴（半长轴（km）周期（天）周期（天）K（m/s）水星5787.97金星108225地球149365火星228687木星7784333土星142610759天王星287030660海王星449860148月球0.384427.3同步卫星0.042413.3610183.3610183.3610183.3610183.3610183.3610183.3710183.371018

9、1.0310131.031013动手算一算动手计算后，你得到了什么？所有行星的半长轴的三次方与周期的平方的比值都相等，月球、卫星的比值也相等K值与环绕天体无关，与中心天体有关关于开普勒第三定律的公式R3 /T2 =k，下列说法中正确的是（ ）nA公式只适用于绕太阳做椭圆轨道运行公式只适用于绕太阳做椭圆轨道运行的行星的行星nB公式适用于所有围绕星球运行的行星公式适用于所有围绕星球运行的行星（或卫星）（或卫星）nC式中的式中的k值，对所有行星（或卫星）值，对所有行星（或卫星）都相等都相等nD式中的式中的k值，对围绕同一中心天体运值，对围绕同一中心天体运行的行星（或卫星）都相同行的行星（或卫星）都相

10、同BD注意注意！ K K是一个常数，它的大小只与是一个常数，它的大小只与中心中心天天体的质量体的质量有关有关，而与，而与行星无关行星无关 如绕太阳运动的八大行星，如绕太阳运动的八大行星，轨道半轨道半长轴的三次方跟公转周期的二次方的长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值是相同的比值是相同的说明： 开普勒定律不仅适用于开普勒定律不仅适用于行星绕太阳行星绕太阳的运动的运动，而且也适用，而且也适用于于卫星绕行星卫星绕行星的的运动运动1.1.行星绕太阳运动的轨道十行星绕太阳运动的轨道十分接近圆，太阳处在分接近圆，太阳处在圆心圆心2. 2. 对于每一个行星而言，太对于每一个行星而言，太阳和行星的联线在相等的

11、时阳和行星的联线在相等的时间内扫过相等的面积间内扫过相等的面积3 3. .所有行星的轨道的半长轴所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等方的比值都相等2.2.对于某一行星来说，它绕对于某一行星来说，它绕太阳做圆周运动的角速度太阳做圆周运动的角速度（或线速度）不变，即行星（或线速度）不变，即行星做做匀速圆周运动匀速圆周运动3.3.所有行星的轨道的所有行星的轨道的半径半径的的三次方跟三次方跟公转周期公转周期的二次方的二次方的比值都相等的比值都相等 即即R R/T/T=k=kkTR232323T月月地地RTR 关于开普勒行星运动的公式：关于开普勒行星运动的公式： 以下理解正确的是：（以下理解正确的是：（ ） A A、k k是一个与行星无关的常量是一个与行星无关的常量 B B、若地球绕太阳运转轨道的半长轴为、若地球绕太阳运转轨道的半长轴为R R地，周期为地，周期为T T地；地；月球绕地球运转轨道的长半轴为月球绕地球运转轨道的长半轴为R R月，周期为月，周期为T T月，则月，则C C、T T表示行星运动的自转周期表示行星运动的自转周期D D、T T表示行星运动的公转周期表示行星运动的公转周期AD 神舟六号沿半径为神舟六号沿半径为R R的圆周绕地球运动，其周的圆周绕地球运动，其周期为期为T T，如果飞船要返回地面，可在轨道上的某一，如果