1行星的运动.ppt

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1、第六章 万有引力与航天1 行星的运动 “日出东方日出东方”“”“日傍西山日傍西山 ” ”，日常生活中我，日常生活中我们总是感觉太阳每天绕地球转一圈，有同学说们总是感觉太阳每天绕地球转一圈，有同学说这种说法是错误的。你如何解释这种现象？这种说法是错误的。你如何解释这种现象？1.1.知道地心说和日心说的基本内容。知道地心说和日心说的基本内容。 2.2.知道开普勒三定律，能用三定律解决问题。知道开普勒三定律，能用三定律解决问题。3.3.了解人类对行星的认识过程是漫长复杂的，是来之了解人类对行星的认识过程是漫长复杂的，是来之不易的。不易的。 ( (重点重点) )一、古代对行星运动规律的认识经历了怎样的

2、过程？一、古代对行星运动规律的认识经历了怎样的过程？ 太阳从东边升起，从西边落下太阳从东边升起，从西边落下 结论结论: : “地心说地心说”地球是静止不动的，是宇宙的中心地球是静止不动的，是宇宙的中心1.1.地心说地心说地地心心说说地球是宇宙的中心，是静止不动的，太地球是宇宙的中心，是静止不动的，太阳、月亮以及其他行星都绕地球运动阳、月亮以及其他行星都绕地球运动. .托托 勒勒 密密代表人物代表人物统治地位统治地位直接经验直接经验宗教神学宗教神学 随着世界航海事业的发展，人们希望借助星星的随着世界航海事业的发展，人们希望借助星星的位置为船队导航，因而对行星的运动观测位置为船队导航，因而对行星的

3、运动观测越来越精确。越来越精确。再再加上第谷等科学家经过长期观测及记录的大量的观加上第谷等科学家经过长期观测及记录的大量的观测数据，用托勒密的测数据，用托勒密的“地心说地心说”模型很难得出完美模型很难得出完美的的解答。解答。 如果把地球从天体运动的中心位置移到一个普通如果把地球从天体运动的中心位置移到一个普通的、绕太阳运动的行星的位置，换一个角度来考虑的、绕太阳运动的行星的位置，换一个角度来考虑天体的运动，许多问题都可以解决，行星运动的描天体的运动，许多问题都可以解决，行星运动的描述也变得述也变得简单了。简单了。 假设地球并不是宇宙的中心，太阳是静止假设地球并不是宇宙的中心，太阳是静止不动的，

4、地球和其他行星都绕不动的，地球和其他行星都绕太阳运动。太阳运动。哥白尼哥白尼代表人物代表人物 “日心说日心说”和宗和宗教的主张是相反教的主张是相反的，为宣传和捍的，为宣传和捍卫这个学说，意卫这个学说，意大利学者布鲁诺大利学者布鲁诺被宗教裁判所活被宗教裁判所活活烧死。伽利略活烧死。伽利略受到残酷的迫害。受到残酷的迫害。真理最终战胜了谬误：真理最终战胜了谬误：“日心说日心说”之所以能够战胜之所以能够战胜“地心说地心说”是因为好多是因为好多“地心说地心说”不能解释的现象不能解释的现象“日心说日心说”则能说明，就则能说明，就是说是说“日心说日心说”比比“地心说地心说”更科学、更接近事实。更科学、更接近

5、事实。例如：若地球不运动，昼夜交替是太阳绕地球运动形例如：若地球不运动，昼夜交替是太阳绕地球运动形成的，那么每天的情况就应是相同，事实上，每天白成的，那么每天的情况就应是相同，事实上，每天白天的长短不同，冷暖不同，而天的长短不同，冷暖不同，而“日心说日心说”则能说明这则能说明这种情况；白昼是地球自转形成的，而四季是地球绕太种情况；白昼是地球自转形成的，而四季是地球绕太阳公转形成的。阳公转形成的。“日心说日心说”也并不是绝对正确的，因为太阳只是太也并不是绝对正确的，因为太阳只是太阳系的一个中心天体，而太阳系只是宇宙中众多星阳系的一个中心天体，而太阳系只是宇宙中众多星系之一，所以太阳并不是宇宙的中

6、心，也不是静止系之一，所以太阳并不是宇宙的中心，也不是静止不动的。不动的。“日心说日心说”只是比只是比“地心说地心说”更准确一些更准确一些罢了。罢了。开普勒开普勒(Johannes Kepler,1571-1630) 德国天文学家德国天文学家二、开普勒三行星运动定律二、开普勒三行星运动定律 第谷第谷 （1546-16011546-1601） 丹麦天文学家丹麦天文学家第谷（丹麦）第谷（丹麦）开普勒（德国）开普勒（德国）四年多的刻苦计算四年多的刻苦计算二十年的精心观测二十年的精心观测否定否定19 19 种假设种假设行星轨道为椭圆行星轨道为椭圆若是匀速圆若是匀速圆周运动周运动8 8分的误差分的误差

7、1 1、开普勒第一定律（椭圆轨道定律）、开普勒第一定律（椭圆轨道定律） 所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳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。处在椭圆的一个焦点上。 思考：思考：第一定律说明了行星运动轨迹的形状第一定律说明了行星运动轨迹的形状, ,不同不同的行星绕太阳运行的椭圆轨道相同吗的行星绕太阳运行的椭圆轨道相同吗? ? 1.1.太阳并不是位于椭太阳并不是位于椭圆中心，而是位于焦圆中心，而是位于焦点处。点处。2.2.不同行星轨道不同，不同行星轨道不同，但所有轨道的焦点重但所有轨道的焦点重合。合。 对于每一个行星而言，太阳和行星的连线在对于每一个行星而言，太阳和行

8、星的连线在相等的时间内扫过相等的面积。相等的时间内扫过相等的面积。2 2、开普勒第二定律（面积定律）、开普勒第二定律（面积定律）3 3、开普勒第三定律（周期定律）、开普勒第三定律（周期定律） 所有行星的椭圆轨道的半长轴的三次方跟其公转所有行星的椭圆轨道的半长轴的三次方跟其公转周期的平方的比值都相等。周期的平方的比值都相等。 若用若用a a表示椭圆轨道的半长轴，表示椭圆轨道的半长轴，T T代表公转周期，代表公转周期，则开普勒第三定律告诉我们：则开普勒第三定律告诉我们：32akT(1)(1)开普勒第三定律揭示了轨道和周期之间的关系，开普勒第三定律揭示了轨道和周期之间的关系，椭圆轨道半长轴越长的行星

9、，其公转周期越大；反之，椭圆轨道半长轴越长的行星，其公转周期越大；反之，半长轴越短，公转周期半长轴越短，公转周期越小。越小。(2)k(2)k值值是一个由被环绕的中心天体本身决定的常是一个由被环绕的中心天体本身决定的常量，也就是说，在中心天体不同的系统量，也就是说，在中心天体不同的系统里里k k值值是不同是不同的，在中心天体相同的系统的，在中心天体相同的系统里里k k值值是是相同的。相同的。【探究归纳探究归纳】（3 3）开普勒行星运动定律的近似处理）开普勒行星运动定律的近似处理 行星绕太阳运动的轨道是圆，太阳处在圆心上。行星绕太阳运动的轨道是圆，太阳处在圆心上。 对某一行星来说，它绕太阳做圆周运

10、动的角速度对某一行星来说，它绕太阳做圆周运动的角速度（或线速度）不变，即行星做匀速圆周运动。（或线速度）不变，即行星做匀速圆周运动。 所有行星的轨道半径的三次方跟它的公转周期的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。平方的比值都相等。 【规律总结规律总结】1.1.开普勒定律不仅适用于行星，也适用于卫星，只开普勒定律不仅适用于行星，也适用于卫星，只不过此时比值不过此时比值k k是由行星质量所决定的另一恒量。是由行星质量所决定的另一恒量。 2.2.行星的轨道都跟圆近似，因此计算时可以认为行行星的轨道都跟圆近似，因此计算时可以认为行星做匀速圆周运动。星做匀速圆周运动。3.3.开普

11、勒定律是总结行星运动的观察结果而归纳出开普勒定律是总结行星运动的观察结果而归纳出来的规律，它们每一条都是经验定律，都是从观察来的规律，它们每一条都是经验定律，都是从观察行星运动所取得的资料中总结出来的。行星运动所取得的资料中总结出来的。【对点训练对点训练1 1】（20132013江苏高考江苏高考) )火星和木星沿各自的火星和木星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行椭圆轨道绕太阳运行, ,根据开普勒行星运动定律可知根据开普勒行星运动定律可知( () )A.A.太阳位于木星运行轨道的中心太阳位于木星运行轨道的中心B.B.火星和木星绕太阳运行速度的大小始终相等火星和木星绕太阳运行速度的大小始终相等C.C.火星

12、与木星公转周期之比的平方等于它们轨道半火星与木星公转周期之比的平方等于它们轨道半长轴之比的立方长轴之比的立方D.D.相同时间内相同时间内, ,火星与太阳连线扫过的面积等于木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星与太阳连线扫过的面积【解析解析】选选C.C.太阳位于木星运行轨道的一个焦点上太阳位于木星运行轨道的一个焦点上,A,A项错误项错误; ;火星与木星轨道不同火星与木星轨道不同, ,在运行时速度不可能始在运行时速度不可能始终相等终相等,B,B项错误项错误;“;“在相等的时间内在相等的时间内, ,行星与太阳连线行星与太阳连线扫过的面积相等扫过的面积相等”是对于同一颗行星而言的是对

13、于同一颗行星而言的, ,不同的行不同的行星星, ,则不具有可比性则不具有可比性,D,D项错误项错误; ;根据开普勒第三定律根据开普勒第三定律, ,对对同一中心天体来说同一中心天体来说, ,行星公转半长轴的三次方与其周期行星公转半长轴的三次方与其周期的平方的比值为一定值的平方的比值为一定值,C,C项正确项正确. .【对点训练对点训练2 2】某行星沿椭圆轨道运行，远日点离太阳某行星沿椭圆轨道运行，远日点离太阳的距离为的距离为 a a，近日点离太阳的距离为，近日点离太阳的距离为 b b，过远日点时行，过远日点时行星的速率为星的速率为 v va a，则过近日点时的速率，则过近日点时的速率 v vb b

14、 为为( )( ) 解题关键：解题关键：1.1.行星运动满足开普勒第二定律行星运动满足开普勒第二定律; ;2.2.行星和太阳的连线在很短时间内扫过的区域行星和太阳的连线在很短时间内扫过的区域可以近似看作三角形，其面积可以按照三角形计算。可以近似看作三角形，其面积可以按照三角形计算。解析：选解析：选C.C.由开普勒第二定律可知，行星与太阳由开普勒第二定律可知，行星与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相等，取的连线在相等的时间内扫过的面积相等，取t t 足够短，所扫过的面积近似看作三角形的面积，足够短，所扫过的面积近似看作三角形的面积，行星行星金星金星地球地球火星火星木星木星公转周期公转周期/ /

15、年年0.6150.6151.01.01.881.8811.8611.86【对点训练对点训练3 3】太阳系八大行星的公转轨道可近似看作圆太阳系八大行星的公转轨道可近似看作圆轨道地球与太阳之间的平均距离约为轨道地球与太阳之间的平均距离约为 1.5 1.5 亿千米，结亿千米，结合下表可知，火星与太阳之间的平均距离约为合下表可知，火星与太阳之间的平均距离约为( ( ）A.1.2 A.1.2 亿千米亿千米 B.2.3 B.2.3 亿千米亿千米C.4.6 C.4.6 亿千米亿千米 D.6.9 D.6.9 亿千米亿千米解析：选解析：选B.B.由题意可知，行星绕太阳运转时，满足由题意可知，行星绕太阳运转时，满

16、足 常数，设地球的公转周期和公转半径分别为常数，设地球的公转周期和公转半径分别为T T1 1、r r1 1，火星绕太阳的公转周期和公转半径分别为火星绕太阳的公转周期和公转半径分别为T T2 2、r r2 2，则，则 代入数据得，代入数据得，r r2 22.32.3亿千米亿千米1. 1. 开普勒第一定律开普勒第一定律 : :所有行星绕太阳运动的轨道都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。是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上。2. 2. 开普勒第二定律开普勒第二定律: : 对任意一个行星来说，它与太阳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。的连线在相等的

17、时间内扫过相等的面积。3. 3. 开普勒第三定律开普勒第三定律: : 所有行星的椭圆轨所有行星的椭圆轨道的道的半长轴半长轴的三次方跟的三次方跟公转周期公转周期的平方的平方的比值的比值都相等。都相等。 k k 的大小与行星无关的大小与行星无关. .短轴短轴长轴长轴32akTa1 1下列说法正确的是下列说法正确的是 ( )( )A.A.地球是宇宙的中心，太阳、月亮及其他行星都绕地地球是宇宙的中心，太阳、月亮及其他行星都绕地球运动球运动B.B.太阳是宇宙的中心，所有天体都绕太阳运动太阳是宇宙的中心，所有天体都绕太阳运动C.C.太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动太阳是静止不动的，地球和其他行

18、星都绕太阳运动D.“D.“地心说地心说”和哥白尼提出的和哥白尼提出的“日心说日心说”现在看来都现在看来都是不正确的是不正确的D D2. 2. 太阳系的几个行星中，与太阳之间的平均距离越太阳系的几个行星中，与太阳之间的平均距离越大的行星，它绕太阳公转一周所用的时间（大的行星，它绕太阳公转一周所用的时间（ ）A.A.越长越长 B.B.越短越短 C.C.相等相等 D.D.无法判断无法判断A A3.“3.“神舟十号神舟十号”沿半径为沿半径为R R的圆周轨道绕地球运动，其周的圆周轨道绕地球运动，其周期为期为T T，如果飞船要返回地面，可在轨道上的某一点，如果飞船要返回地面，可在轨道上的某一点A A处将处

19、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，椭圆和地球表面在殊椭圆轨道运动，椭圆和地球表面在B B点相切，如图所示，点相切，如图所示，如果地球半径为如果地球半径为R R0 0，求飞船由，求飞船由A A点运动到点运动到B B点所需的时间。点所需的时间。答案：答案：00T(RR )RR4R2RR R R R0 0A AB B R R解题关键：解题关键：1.1.飞船绕地球运动也满足开普勒飞船绕地球运动也满足开普勒行星运动定律；行星运动定律；2.2.若轨道为圆形，其半径就等于若轨道为圆形，其半径就等于半长轴，沿椭圆运动时的半长轴半长轴，沿椭圆运动时的半长轴为为ABAB长度的一半。长度的一半。不能忍受批评，就无法尝试新事物。