高中物理教科版第三章万有引力定律天体运动 2023版第3章1．天体运动

1．天体运动学习目标知识脉络1.了解地心说和日心说的内容．2．理解开普勒行星运动三定律的内容．(重点)3．掌握行星运动定律的应用．(重点、难点)4．了解人们对行星运动的认识过程漫长复杂，培养热爱科学，献身真理的精神.日心说eq\x([先填空])1．地心说：古希腊学者托勒密在他的著作《天文学大成》中构建了地心说．该学说认为：宇宙以地球为中心，它是静止不动的，太阳、月亮以及其他行星都绕地球运动．2．日心说：波兰天文学家哥白尼在他的著作《天球运行论》中提出了日心说．他认为太阳是宇宙的中心，地球和其他行星都绕太阳转动．eq\x([再判断])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．(×)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．(×)3．日心说比地心说更科学．(√)eq\x([后思考])哥白尼提出日心说在科学上有什么意义？【提示】日心说的提出使人们从传统的错误观念的束缚中解放出来，开辟了科学的新时代，使古代科学走向了近代的牛顿力学．eq\x([合作探讨])我们日常看到太阳自地球东方升起，又落到西方，也就是说，我们看到的现象似乎是太阳绕地球转，地球是宇宙的中心，是静止不动的．探讨：上述观点正确吗？怎样解释？【提示】上述观点不正确．由于我们生活在地球上，我们选取地球(地面)为参考系来描述太阳的运动，而地球每天自西向东自转一周，因此，我们看到的现象是太阳每天东升西落．如果我们乘坐宇宙飞船来到浩瀚的太空，以太阳为参考系，就会看到地球是围绕太阳转的，而选取银河系为参考系，我们看到太阳也在运动着．eq\x([核心点击])1．地心说符合人们的日常经验，同时也符合势力强大的宗教神学关于地球是宇宙中心的说法，故地心说统治了人们相当长的时间．2．日心说能很容易解释天体的运动，因此日心说逐渐受到人们的重视，到17世纪，就建立了日心说的体系，开辟了科学的新时代，使古代科学走向了近代科学．1．日心说的代表人物是()A．托勒密 B．哥白尼C．布鲁诺 D．第谷【解析】日心说的代表人物是哥白尼，布鲁诺是宣传日心说的代表人物．【答案】B2．(多选)下列说法中正确的是()A．地球是宇宙的中心，太阳、月球及其他行星都绕地球运动B．太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动C．地球是绕太阳运动的一颗行星D．日心说和地心说都是错误的【解析】地心说和日心说都不完善，太阳、地球等天体都是运动的，不可能静止，B错误，D正确；地球是绕太阳运动的一颗普通行星，并非宇宙的中心天体，A错误，C正确．【答案】CD开普勒行星运动规律eq\x([先填空])开普勒三定律定律内容图示开普勒第一定律所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上开普勒第二定律太阳与任何一个行星的连线(矢径)在相等的时间内扫过的面积相等开普勒第三定律行星绕太阳运行轨道半长轴r的立方与其公转周期T的平方成正比，公式：eq\f(r3,T2)＝keq\x([再判断])1．围绕太阳运动的行星的速率是一成不变的．(×)2．开普勒定律仅适用于行星绕太阳的运动．(×)3．行星轨道的半长轴越长，行星的周期越长．(√)eq\x([后思考])如图3­1­1所示，所有行星都绕太阳在椭圆轨道上运行，某一行星绕太阳运动的速率在不同位置都一样大吗？图3­1­1【提示】不一样，在行星距离太阳较近时速率大，在行星距离太阳较远时速率小．eq\x([合作探讨])如图3­1­2所示为地球绕太阳运动的示意图，A、B、C、D分别表示春分、夏至、秋分、冬至时地球所在的位置．探讨1：太阳是否在轨道平面的中心？夏至、冬至时地球到太阳的距离是否相同？图3­1­2【提示】太阳不在轨道平面中心，夏至、冬至地球到太阳的距离不同．探讨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？【提示】根据eq\f(r3,T2)＝k，要计算火星的公转周期还要知道火星轨道半径与地球轨道半径的比值．eq\x([核心点击])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3­1­3所示，如果时间间隔相等，即t2－t1＝t4－t3，由开普勒第二定律，面积SA＝SB，可见离太阳越近，行星在相等时间内经过的弧长越长，即行星的速率越大．图3­1­3(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．3．对周期长短的认识(1)行星公转周期跟轨道半长轴有关，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．(3)研究行星时，常数k与行星无关，只与太阳有关．研究其他天体时，常数k只与其中心天体有关．3．关于开普勒对于行星运动规律的认识，下列说法正确的是()A．所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆B．所有行星绕太阳运动的轨道都是圆C．所有行星的轨道半长轴的二次方跟公转周期的三次方的比值都相同D．所有行星的公转周期与行星的轨道半径成正比【解析】由开普勒第一定律知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，选项A正确，B错误；由开普勒第三定律知所有行星的轨道半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等，选项C、D错误．【答案】A4．某人造地球卫星运行时，其轨道半径为月球轨道半径的eq\f(1,3)，则此卫星运行周期大约是()A．3～5天 B．5～7天C．7～9天 D．大于9天【解析】月球绕地球运行的周期约为27天，根据开普勒第三定律eq\f(r3,T2)＝k，得eq\f(r3,T2)＝eq\f(r\o\al(3,月),T\o\al(2,月))，则T＝eq\f(1,3)×27×eq\r(\f(1,3))(天)≈(天)．【答案】B5．据报道，美国计划于2023年开始每年送15000名游客上太空旅游．如图3­1­4所示，当航天器围绕地球做椭圆运行时，近地点A的速率________(填“大于”“小于”或“等于”)远地点B的速率．图3­1­4【解析】根据开普勒第二定律：对于每一个行星而言，太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积，由此可得知近地点A的速率大于远地点B的速率．【答案】大于应用开普勒定律注意的问题(1)适用对象：开普勒定律不仅适用于行星，也适用于卫星，只不过此时eq\f(r3,T2)＝k，比值k是由中