《行星的運動》萬有引力與宇宙航行PPT課件
第一部分內容：必備知識·素養奠基
一、兩種學說
【思考】人類對天體的運動看法存在著地心說和日心說,兩種學說的基本觀點分別是什么?
提示:地心說認為地球是靜止不動的;日心說認為太陽是靜止不動的。
1.地心說:_____是宇宙的中心,是靜止不動的,太陽、月亮以及其他行星都繞_____運動。
2.日心說:_____是靜止不動的,地球和其他行星都繞太陽運動。
二、開普勒定律
【思考】“銀燭秋光冷畫屏,輕羅小扇撲流螢。天階夜色涼如水,臥看牽?？椗?。”詩中,牽牛星和織女星的運動遵循一定的規律嗎?
提示:遵循一定規律。
1.開普勒第一定律:
(1)內容:所有行星繞太陽運動的軌道都是橢圓,太陽處在橢圓的一個_____上。
(2)圖示:
2.開普勒第二定律:
(1)內容:對任意一個行星來說,它與太陽的連線在相等的時間內掃過的面積_____。
(2)圖示:
3.開普勒第三定律:
(1)所有行星軌道的半長軸的三次方跟它的公轉周期的二次方的比值_____。
(2)表達式:___=k(用a代表橢圓軌道的半長軸,T代表公轉周期)
(3)圖示:
(4)比值k
關于比值k的說法正確的是:_______
①k的大小與太陽無關
②k的大小與行星無關
③k的大小與行星有關
④k的大小與太陽有關
⑤k的大小與行星的線速度大小有關
⑥k的大小與行星的角速度無關
三、行星的運動的近似處理
【思考】 行星的軌道與圓十分接近,在中學階段的研究中能否可以按圓軌道處理?
提示:可以。
1.行星繞太陽運動的軌道十分接近圓,_____處在圓心。
2.對于某一行星來說,它繞太陽做圓周運動的角速度(或線速度)不變,即行星做_________運動。
3.所有行星軌道半徑r的三次方跟它的公轉周期T的二次方的比值都相等,即___=k。
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行星的運動PPT，第二部分內容：關鍵能力·素養形成
一 開普勒定律的分析
1.開普勒第一定律:
(1)說明:盡管各行星的軌道大小不同,但它們的共同規律是所有行星都沿橢圓軌道繞太陽運動,太陽則位于所有橢圓的一個公共焦點上,如圖所示。
(2)意義:否定了行星圓形軌道的說法,建立了正確的軌道理論,給出了太陽的準確位置。
2.開普勒第二定律:
(1)說明:行星靠近太陽時速度增大,遠離太陽時速度減小。近日點速度最大,遠日點速度最小,如圖所示。
(2)意義:描述了行星在其軌道上運行時,線速度的大小不斷變化,并闡明了速度大小變化的數量關系。
3.開普勒第三定律:
(1)說明:揭示了周期與軌道半長軸之間的關系,橢圓軌道半徑越長的行星,其公轉周期越大;橢圓軌道半徑越短的行星,其公轉周期越小。
(2)意義:表達式 =k中的k值與行星無關,只與太陽有關。不同星系具有不同的常數,且常數由中心天體決定。
【思考·討論】
地球繞太陽公轉形成了四季交替現象,地球繞太陽運動遵循開普勒行星運動定律嗎?(科學思維)
提示:遵循。
【典例示范】(多選)如圖所示,“嫦娥三號”繞月球沿橢圓軌道運行,繞行方向為逆時針方向,A、B分別為近月點和遠月點,C是軌道上到A、B距離相等的點,則下列說法正確的是( )
A.“嫦娥三號”從A點到B點運行速率逐漸增大
B.“嫦娥三號”從A點到B點運行速率逐漸減小
C.“嫦娥三號”從A點到C點的運行時間等于四分之一周期
D.“嫦娥三號”從A點到C點的運行時間小于四分之一周期
【解析】選B、D。根據開普勒第二定律可知,“嫦娥三號”從A點到B點運行速率逐漸減小,選項A錯誤,B正確;“嫦娥三號”從A點到C點運行的平均速率大于從C點到B點運行的平均速率,可知從A點到C點運行時間小于四分之一周期,選項C錯誤,D正確。
【素養訓練】
1.開普勒分別于1609年和1619年發表了他發現的行星運動規律,后人稱之為開普勒行星運動定律。關于開普勒行星運動定律,下列說法正確的是( )
A.所有行星繞太陽運動的軌道都是圓,太陽處在圓心上
B.對任何一顆行星來說,離太陽越近,運行速率就越大
C.行星公轉周期與行星的質量有關
D.所有行星的軌道的半長軸與公轉周期成正比
【解析】選B。根據開普勒第一定律:所有的行星圍繞太陽運動的軌道都是橢圓,太陽處在所有橢圓的一個焦點上,故A錯誤;根據開普勒第二定律:對任意一個行星來說,它與太陽的連線在相等的時間內掃過的面積相等,所以對任何一顆行星來說,離太陽越近,運行速率就越大,故B正確;開普勒第三定律中的公式 =k,可知半長軸的三次方與公轉周期的二次方成正比,式中的k只與中心天體的質量有關,與行星質量無關,故C、D錯誤。
2.(多選)哈雷彗星繞太陽運動的軌道是比較扁的橢圓,下列說法中正確的是( )
A.彗星在近日點的速率大于在遠日點的速率
B.彗星在近日點的角速度大于在遠日點的角速度
C.彗星在近日點的向心加速度大于在遠日點的向心加速度
D.若彗星周期為76年,則它的半長軸是地球公轉半徑的76倍
二 開普勒定律的應用
1.適用范圍:
(1)既適用于做橢圓運動的天體,也適用于做圓周運動的天體。
(2)既適用于繞太陽運動的天體,也適用于繞其他中心天體運動的天體。
2.意義:開普勒關于行星運動的確切描述,不僅使人們在解決行星的運動學問題上有了依據,更澄清了人們對天體運動神秘、模糊的認識,同時也推動了對天體動力學問題的研究。
3.近似處理:由于行星的橢圓軌道都跟圓近似,在近似計算中,可以認為,行星都以太陽為圓心做勻速圓周運動。
【典例示范】
太陽系八大行星公轉軌道可近似看作圓軌道,“行星公轉周期的平方”與“行星與太陽的平均距離的三次方”成正比。地球與太陽之間平均距離約為1.5億千米,結合下表可知,火星與太陽之間的平均距離約為( )
A.1.2億千米 B.2.3億千米
C.4.6億千米 D.6.9億千米
【素養訓練】
1.(2018·全國卷Ⅲ) 為了探測引力波,“天琴計劃”預計發射地球衛星P,其軌道半徑約為地球半徑的16倍,另一地球衛星Q的軌道半徑約為地球半徑的4倍,P與Q的周期之比約為 ( )
A.2∶1 B.4∶1
C.8∶1 D.16∶1
2.土星直徑為119 300 km,是太陽系統中第二大行星,自轉周期只需10 h 39 min,公轉周期為29.4年,距離太陽1.432×109 km。土星最引人注目的是繞著赤道的巨大光環。在地球上人們只需要一架小型望遠鏡就能清楚地看到光環,環的外沿直徑約為274 000 km。請由上面提供的信息,估算地球距太陽有多遠。(保留3位有效數字)
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