人教版高中物理必修二 （行星的运动）万有引力与宇宙航行教学课件

7.1行星的运动

1.了解人类对行星运动规律的认识历程2.知道观察是研究行星运动规律的一种重要的方法3.知道如何画椭圆及椭圆的特征4.知道开普勒行星运动定律，知道开普勒行星运动定律的科学价值学习目标了解：古人对天体运动有哪些看法？

地心说和日心说

关注：日心说(1)日心说提出的背景：在当时，哥伦布和麦哲伦的探险航行已经使不少人相信地球并不是一个平台，而是一个球体。(2)哥白尼的推测：是不是地球每天在围绕自己的轴线旋转一周(3)内容：他假设地球并不是宇宙的中心，太阳是静止不动的，地球和其他行星都是围绕着太阳做匀速圆周运动.日心说的局限性：日心说相对地心说能更完美地解释天体的运动，但这两种学说都不完善。因为太阳、地球等天体都是运动的，鉴于当时对自然科学的认识能力，日心说比地心说更先进。天文学家对天体运动进一步的研究1.丹麦天文学家第谷的探索:在哥白尼之后，第谷连续20年对行星的位置进行了较仔细的测量，大大提高了测量的精确程度。在第谷之前，人们测量天体位置的误差大约是10

，第谷把这个不确定性减小到2

。得出行星绕太阳做匀速圆周运动的模型。2.德国物理学家开普勒的研究.总结了他的导师第谷的全部观测资料，在他最初研究时，他得到的结果与第谷的观察数据相不一致，开普勒想,误差可能就是认为行星绕太阳做匀速圆周运动造成的.后来他花了四年时间一遍一遍地进行数学计算，通过计算这一怀疑使他发现了行星运动三大定律.定律：开普勒三定律1.开普勒第一定律（轨道定律）所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上。2.开普勒第二定律（面积定律）对于每一个行星而言，太阳和行星的联线在相等的时间内扫过相等的面积。近

处

快远处慢3.开普勒第三定律（周期定律）所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等。说明：①行星绕太阳的运动都符合上述表达式，如地球和木星都绕太阳转动时有：，比值k是一个与行星本身无关的物理量，只与中心天体有关。②对于同一个行星的不同卫星，它们也符合此运动规律：常考题型题组一

对开普勒行星运动定律的理解题1［2019·四川双流中学高三模拟］［多选］根据开普勒行星运动定律，以下说法中正确的是（）A.行星沿椭圆轨道运动，在远日点的速度最大，近日点的速度最小B.行星沿椭圆轨道运动，在远日点的速度最小，近日点的速度最大C.行星运动的速度大小是不变的D.行星的运动是变速曲线运动【解析】A、C错，B对：在行星运动时，行星和太阳的连线，在相等的时间内，扫过相等的面积，故远日点速度小，近日点速度大。D对：行星运行时速度的大小、方向都在改变，所以是变速曲线运动。【答案】BD【特别提醒】（1）开普勒行星运动定律也适用于其他天体的运动，如月球（或人造卫星）绕地球的运动，卫星绕行星的运动。（2）开普勒第二定律与第三定律的区别：前者揭示的是同一行星在距太阳不同距离时运动快慢的规律，后者揭示的是不同行星运动快慢的规律。题2［2019·东北师大附中高一检测］太阳系有八大行星，八大行星离太阳的远近不同，绕太阳运转的周期也不相同。下列反映公转周期与行星轨道半长轴的关系图像中正确的是（）

A

BC

D

D题3［2019·河北成安一中高一检测］对于开普勒行星运动的规律

=k，以下理解正确的是（）A.k是一个与行星质量有关的量B.若地球绕太阳运转轨道的半长轴为a地，周期为T地；月球绕地球运转轨道的半长轴为a月，周期为T月，则

=

C.T表示行星运动的自转周期D.T表示行星运动的公转周期【特别提醒】（1）天体运动的轨迹一般是椭圆，有些星体（行星、卫星）的轨迹近似为圆，为方便分析，可当作圆轨道处理。（2）在开普勒第三定律中，所有行星绕太阳转动的k值均相同；但对于不同的天体系统k值不相同。k值的大小由系统的中心天体决定。D题4某人造卫星的近地点高度是h1=439km，远地点高度是h2=2384km，则近地点处卫星的速率与远地点处卫星速率的比值是多少（已知R地=6400km）？【解析】如图所示，近地点在B点，远地点在P点，当时间Δt很小时，可认为卫星在B点附近和在P点附近的速率不变。卫星在近地点的速度用v1表示，在远地点的速度用v2表示，由开普勒第二定律得弧SABCF=弧SMPNF，即v1Δt（R地+h1）=v2Δt（R地+h2）所以，代入数据后得≈1.28

题组二开普勒行星运动定律的应用【开普勒第二定律的应用技巧】开普勒第二定律表明同一行星在距太阳不同距离时运动快慢不同。（1）行星与太阳的连线在相等时间内扫过相等的面积，而相等时间内扫过的面积与连线的长度（行星到太阳的距离）及行星在垂直于连线方向的速度大小有关，行星到太阳的距离越大，行星的速度越小，反之越大。（2）行星在近日点和远日点到太阳的距离分别为a、b，取足够短的时间Δt，行星与太阳的连线扫过的面积可近似用

lr表示，由开普勒第二定律有

vaΔt·a=

vbΔt·b，所以

=

，即速率与行星到太阳的距离成反比。题5［2018•全国Ⅲ卷］为了探测引力波，“天琴计划”预计发射地球卫星P，其轨道半径约为地球半径的16倍；另一地球卫星Q的轨道半径约为地球半径的4倍。P与Q的周期之比约为（）A.2∶1 B.4∶1C.8∶1D.16∶1【解析】卫星P、Q均围绕地球做匀速圆周运动，由开普勒第三定律可得

=，解得==，选项C正确。【答案】

C

开普勒第三定律的应用方法1.应用开普勒第三定律求解涉及椭圆轨道、运动周期相关问题的步骤：（1）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能适用；（2）明确题中给出的周期或半径关系；（3）根据开普勒第三定律列式求解。2.如果将椭圆轨道近似按圆轨道处理，那么开普勒第三定律中椭圆的半长轴即近似为圆的半径。题6［2019·福建三明高一检测］如图

所示是行星m绕恒星M运动情况的示意图，下列说法正确的是

（）

A.速度最大点是B点B.速度最小点是C点C.行星m从A到B做减速运动D.行星m从B到A做减速运动C题7

［浙江卷］长期以来“卡戎星（Charon）”被认为是冥王星唯一的卫星，它的公转轨道半径r1=19600km，公转周期T1=6.39天。2005年，天文学家新发现两颗冥王星的小卫星，其中一颗的公转轨道半径r2=48000km，则它的公转周期T2最接近（）A.15天 B.25天 C.35天 D.45天 B内容小结本节学习的是开普勒行星运动的三定律，其中第一定律反映了行星运动的轨迹是椭圆，第二定律描述了对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等时间内扫过相等的面积．行星在近日点的速率最小，在远日点的速率最大，第三定律揭示了轨道半长轴与公转周期的定量关系．在近似计算中可以认为行星都以太阳为圆心做匀速圆周运动行星的运动物理教师

在浩瀚的宇宙中有无数大小不一、形态各异的天体，如月亮、地球、太阳、夜空中的星星。人们对行星运动的认识过程是漫长复杂的，历史上有过不同的看法，科学家对此进行了不懈的探索，通过本节内容的学习，将使我们正确地认识行星的运动。古人对天体运动存在哪些看法?

“地心说”和“日心说”．哥白尼提出的“日心说”能更完美地解释天体的运动．“日心说”认为太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动．下列说法正确的是()A、地球是宇宙的中心，太阳、月亮及其他行星都绕地球运动B、太阳是宇宙的中心，所有天体都绕太阳运动C、太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动D、“地心说”和哥白尼提出的“日心说”现在看来都是不正确的D开普勒行星运动三定律开普勒第一定律：所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上．焦点太阳焦点●开普勒第一定律告诉我们：行星绕太阳运行的轨道严格来说不是圆而是椭圆；太阳不再椭圆的中心，而是在其中的一个焦点上；行星与太阳间的距离是不断变化的。做一做用一条细绳和两图钉来画椭圆．如图所示，把白纸镐在木板上，然后按上图钉．把细绳的两端系在图钉上，用一枝铅笔紧贴着细绳滑动，使绳始终保持张紧状态．铅笔在纸上画出的轨迹就是椭圆，图钉在纸上留下的痕迹叫做椭圆的焦点．开普勒第二定律：对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等时间内扫过相等的面积．行星沿着椭圆轨道运行，太阳位于椭圆的一个焦点上行星在远日点的速率与在近日点的速率谁大？远日点速度慢近日点速度快开普勒第三定律：所有行星的椭圆轨道的半长轴的三次方跟公转周期的平方的比值都相等．表达式：a3T2=k半长轴行星绕太阳公转的周期探究：找规律行星半长轴(x106km)公转周期(地球日)K值水星5787.973.36×1018金星1082253.35×1018地球1493653.31×1018火星2286873.36×1018木星7784333土星142610759天王星286930686海王星449560188同步卫星0.04241月球0.384427.322开普勘定律不仅适用于行星绕大阳运动，也适用于卫星绕着地球转K是一个与行星质量无关的常量，但不是恒量在不同的星系中，K值不相同。K与中心天体有关。行星的椭圆轨道都跟圆近似，因此在中学阶段研究中按圆处理：1、多数大行星绕太阳运动轨道半径十分接近圆，太阳处在圆心上。2、对某一行星来说，它绕太阳做圆周运动的角速度（或线速度）不变。3、所有行星的轨道半径的三次方跟它的公转周期的平方的比值都相等．关于行星的运动，以下说法正确的是（）A、行星轨道的半长轴越长，自转周期就越大B、行星轨道的半长轴越长，公转周期就越大C、水星的半长轴最短，公转周期最大D、冥王星离太阳“最远”，绕太阳运动的公转周期最长BD行星绕恒星的运动轨道如果是圆形，那么运行周期T的平方与轨道半径r的三次方的比为常数，设T2/r3=k,则常数k的大小()A.只与恒星的质量有关B.与恒星的质量及行星的的质量有关C.只与行星的质量有关D.与恒星的质量及行星的的速度有关A冥王星离太阳的距离是地球离太阳的距离的39.6倍，那么冥王星绕太阳的公转周期是多少？（