2020-2021学年人教版高中物理必修2课时学案-第五章-第1节-行星的运动.docx

第1节 行星的运动

学习目标
1.了解人类对行星运动规律的生疏历程。
2.知道开普勒行星运动定律，明确开普勒第三定律中k值的大小只与中心天体有关。
3.体会科学家们实事求是、坚持真理和勇于探究的科学态度和献身精神。
自主学习
1.地心说和日心说的比较

内容
局限性
地心说
是宇宙的中心，是静止不动的，太阳、月球以及其他行星都绕 运动
都把天体的运动看得很神圣，认为天体的运动必定是最完善、最和谐的 运动，但和丹麦天文学家 的观测数据不符
日心说
是宇宙的中心，是静止不动的，地球和其他行星都绕 运动
2.开普勒行星运动定律
(1)开普勒第确定律(椭圆轨道定律)：全部行星绕太阳运动的轨道都是 ，太阳处在椭圆的一个 上。
(2)开普勒其次定律(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 。
(3)开普勒第三定律(周期定律)：全部行星的 跟它的 的比值都相等，即，比值是一个对于全部行星都相同的常量。
3.行星运动的近似处理
(1)行星绕太阳运动的轨道格外接近 ，太阳处在 。
(2)对某一行星来说，它绕太阳做圆周运动的 (或 )不变，即行星做 运动。
(3)全部行星 跟它的 的比值都相等，即。
自我检测
1.（多选）关于行星的运动,下列说法中正确的是（ ）
A.关于行星的运动,早期有“地心说”与“日心说”之争，而“地心说”简洁被人们所接受的缘由之一是相对运动使得人们观看到“太阳东升西落”
B.行星围绕太阳运动的椭圆轨道可近似地看成圆轨道
C.开普勒第三定律，式中的值仅与行星的质量有关
D.开普勒第三定律也适用于其他星系的行星运动

2.（单选）木星绕太阳运动的轨道是椭圆，那么木星在椭圆轨道上运动速度的大小是（ ）
A.恒定不变的 B.近日点大、远日点小
C.近日点小、远日点大 D.无法判定

3.（单选）某一人造卫星绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径为月球轨道半径的，则此卫星运行的周期大约是(d为“天”)（ ）
A.1d~4d B.4d~8d
C.8d~16d D.16d~20d

课内探究
一、“地心说”和“日心说”的进展过程
阅读教材第33页“科学脚印     ”中关于人类对行星运动规律的生疏，回答以下三个问题。
1.在古代，人们对天体的运动的生疏有哪几种学说？各个学说的内容是怎样的？代表人物是谁？

2.哪种学说更先进？用现在的观点，如何生疏这两种学说？

3.是哪位科学家否定了古人认为天体的运动必定是最完善、最和谐的匀速圆周运动并发觉了怎样的规律呢？

二、开普勒行星运动定律

图6-1-1
1.依据教材第35页阅读教材，归纳第谷和开普勒对行星运动规律的贡献。
2.开普勒第确定律及其意义（结合图6-1-1说明）
定律表述：_______________________________________________ 。
意义：开普勒第确定律否定了__________的说法，建立了正确的轨道理论，给出了太阳精确的位置。
说明：该定律又叫 定律,由该定律也可以看出行星与太阳间的距离始终在变化。

图6-1-2
3.开普勒其次定律（结合图6-1-2说明）
定律内容：_______________________________________。
说明：该定律又叫 定律，行星靠近太阳时速度 ，远离太阳时速度 。

图6-1-3
例1 （单选）如图6-1-3所示是行星绕太阳运动状况的示意图，下列说法正确的是（ ）
A.速度最大的点是点
B.速度最小的点是点
C.从到做减速运动
D.从到做减速运动

图6-1-4
4.开普勒第三定律（结合图6-1-4说明）
结论：___________________________________________。
说明：该定律又叫 定律。,为椭圆轨道的 ，为 周期。其中常数与 无关，只与太阳质量有关。
5.多数行星绕太阳运动的轨道与圆格外接近,所以在中学阶段通常将行星的运行轨道按圆轨道处理,假如都按圆轨道处理，那么开普勒三大定律应当如何表述?
结论：（1）开普勒第确定律:行星绕太阳按 轨道运动,太阳处在 。
（2）开普勒其次定律:行星做 运动。
（3）开普勒第三定律:全部行星轨道半径的 跟它 的二次方的比值都相等。
在以后学习、争辩天体运行问题时，如无特殊提示，我们都把它们的运动视为匀速圆周运动。
例2 已知海王星绕太阳运转的平均轨道半径为 m,地球绕太阳公转的平均轨道半径为 m，试估算海王星绕太阳运行的周期。

6.依据下表，选择三个行星计算常量的值；思考：开普勒第三定律中的值如何理解，它由什么因素打算？
行星
平均轨道半径/m
周期/s
水星

结论：比值是一个与 无关的常量,只跟 有关,即由中心天体打算,因此对于绕同一天体运行的行星此比值是 。
7.开普勒三定律是通过争辩行星运动的规律得出的,那么卫星绕行星运动是否也遵守这些规律呢?假如遵守，该如何表述此规律?
结论：___________________________________________________________________。
说明：（1）此时的′中的′是一个与 有关的常量；（2）在处理天体运动的椭圆轨道问题时，通常应用开普勒第三定律。

图6-1-5
例3 飞船沿半径为的圆周绕地球运动,其周期为,假如飞船要返回地面,可以在轨道上的某一点处,将速率降低到适当数值,从而使飞船沿着以地心为焦点的特殊椭圆轨道运动,椭圆和地球表面在点相切,如图6-1-5所示。假如地球半径为,求飞船由点到点所需的时间。

例4 （2021·江苏高考·单选）火星和木星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行,依据开普勒行星运动定律可知( )
A.太阳位于木星运行轨道的中心
B.火星和木星绕太阳运行速度的大小始终相等
C.火星与木星公转周期之比的二次方等于它们轨道半长轴之比的三次方
D.相同时间内,火星与太阳连线扫过的面积等于木星与太阳连线扫过的面积

巩固练习
1.（多选）16世纪，哥白尼依据天文观测的大量资料，经过多年的天文观测和潜心争辩，提出“日心说”的如下四个基本论点，这四个论点就目前来看存在缺陷的是（ ）
A.宇宙的中心是太阳，全部行星都在绕太阳做匀速圆周运动
B.地球是绕太阳做匀速圆周运动的行星，月球是绕地球做匀速圆周运动的卫星，它绕地球运转的同时还跟地球一起绕太阳运动
C.天穹不转动，由于地球每天自西向东自转一周，造成天体每天东升西落的现象
D.与日地距离相比，其他恒星离地球都格外遥远，比日地间的距离大得多

图6-1-6
2.（单选）某行星绕太阳运行的椭圆轨道如图6-1-6所示，和是椭圆的两个焦点，行星在点的速率比在点的速率大，则太阳应位于（ ）
A.点 点
点 D.点

3.有一个名叫谷神的小行星（质量为 kg）,它的轨道半径是地球绕太阳运动的轨道半径的2.77倍,求它绕太阳一周所需要的时间。

沟通争辩
1.有的同学认为：太阳每天东升西落，说明太阳是绕地球运动的，他的观点是否正确？

2.行星绕太阳在椭圆轨道上运行，行星距太阳较近处与距太阳较远处相比较，运动速率何处较大？

自我检测参考答案
1.ABD 2.B 3.B