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人教版（2019）高中物理必修第二冊
第七章 萬有引力與宇宙航行
7.1 行星的運動
授課人：揚帆起航
CONTENTS
01
地心說
02
日心說
03
開普勒三定律
04
目錄
典型例題
典型例題
一、形似沙漏的五彩星云 這是一團距離地球3000光年的星云，學名為Mz3。與其它星云有所不同的是：該星云看上去就像是一只“沙漏”，中間窄，兩頭寬(平常發現的其它星云通常為圓形)。星云兩頭不時冒出泡泡。這種現象令天文學家驚奇不已。
“最酷最炫”的太空圖片1
二、讓無數人傾倒的獅子座流星雨
　　11月顯身的獅子座流星雨讓無數人為之傾倒。這次流星雨多而密，天文迷借此機會許完了整個世際的心愿。
“最酷最炫”的太空圖片2
三、絢爛、神秘的極光
　　由于太陽活動頻繁，美國北部幾個州的居民難得地見到了平常只出現在南北極的美麗極光。極光絢爛、神秘，那些希望遠離人類喧囂的天文迷恨不得乘極光離開地球。
“最酷最炫”的太空圖片3
四、怒氣沖沖的太陽
　　千萬別去惹“太陽公公”，他煩著呢。太陽風暴平均11年爆發一次，太陽釋放出能量最旺的耀斑，太陽風暴圖片的確很美，但千萬別跑到操場上看太陽、找耀斑，因為“太陽公公”怒氣未消，他灼熱的“目光”會讓你的眼睛很受傷。
“最酷最炫”的太空圖片４
五、飽經風霜的“愛神”小行星
　　既然被取名為“Eros”，“愛神”小行星在人們的心中是一個漂亮、干凈的形象。但登陸“愛神”的Shoemaker號探測器發回的照片卻告訴我們，情況并非如此。照片顯示，行星表面布滿了坑洞——這些坑洞是由火山爆發以及小行星相撞形成。
“最酷最炫”的太空圖片５
六、火星上的日出美景
　　來看看日出美景。這可不是普通的日出景色，而是火星上的日出景色。天文藝術家利用電腦軟件和有關數據創作了這幅圖片，圖中顯示的是“火星大峽谷”的3D外形結構，有人認為“火星大峽谷”是由冰川或水流腐蝕形成。
“最酷最炫”的太空圖片６
太陽系示意圖
中國古人對天體運動的看法及發展過程
中國古人根據有限范圍內的觀察（如日月星辰東升西落、遠處天壤相接等），得出“天圓地方”之類的想法。
蓋天說（ “天圓地方” －孔方兄）
張衡
渾天說（東漢）
東漢時期的天文學家張衡提出“渾天”說，認為天就像一個大雞蛋，地球就是其中的蛋黃。
渾天儀
　　認為天是一個圓球，地則位于這個圓球的中間。天在不停地旋轉，日月星辰隨天運轉，轉到地平線之下就看不見了，這種見解比蓋天說更合理地解釋了天體的出沒。
01
地心說
萬有引力與宇宙航行
地心說是長期盛行于古代歐洲的宇宙學說。它最初由古希臘學者歐多克斯在公元前三世紀提出，后來經托勒密（90-168）進一步發展而逐漸建立和完善起來。
由于地球的自轉，我們在地球上看到天上的星星，感覺上都是繞地球運動，太陽與月亮也一樣，這樣人們就很容易得出，地球是宇宙的中心，太陽、月亮及所有的星星都是繞地球轉動的。這就是地心說。
1、地心說(Geocentric Universe)
托 勒 密
地
心
說
地球是宇宙的中心,并且靜止不動,一切行星圍繞地球做圓周運動
02
日心說
萬有引力與宇宙航行
隨著天文觀測不斷進步，“地心說”暴露出許多問題。逐漸被波蘭天文學家哥白尼(1473-1543)提出的“日心說”所取代。
波蘭天文學家哥白尼經過近四十年的觀測和計算，于1543年出版了“天體運行論”正式提出“日心說”。
2、日心說(heliocentric theory)
日
心
說
太陽是宇宙的中心,并且靜止不動,一切行星都圍繞太陽做圓周運動。
哥白尼
“日心說”的傳播
1592年羅馬鮮花廣場 布魯諾為真理獻身
（意大利哲學家布魯諾因維護“日心說”被教會燒死）
　　1608年，荷蘭人李波爾賽在一次偶然的機會中發明了望遠鏡。伽利略在得知這一消息后，立刻親自動手制作了第一架天文望遠鏡，并不斷加以改進。伽利略利用他的望遠鏡發現了月球表面的環形山、金星月相、木星的衛星、太陽黑子，發現了茫茫銀河由無數個恒星所組成。他個人極力支持哥白尼的日心說，著有《關于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》。
意大利:物理學家、天文學家
伽利略
因贊成“日心說”伽利略受到教廷的審判
■第谷的天文學觀測
哥白尼的宇宙體系動搖了基督教宇宙體系的根基，但它并沒有在天文測算的精確度上有多大的提高。近代早期最重要的觀測工作是由丹麥的第谷（1546-1601）進行的。
仙后座的新星爆發
德國的物理學家開普勒繼承和總結了他的導師
第谷的全部觀測資料及觀測數據，也是以行星
繞太陽做勻速圓周運動的模型來思考和計算的
，因為不管是“地心說”還是“日心說”，都
把天體運動看得很神圣，認為天體運動必然是
最完美、最和諧的勻速圓周運動。但結果總是
與第谷的觀測數據有8′的角度誤差.當時公認
的第谷的觀測誤差不超過2′,開普勒想，天體
運動很可能不是勻速圓周運動.在這個大膽思
路下，開普勒又經過四年多的刻苦計算，先后
否定了19種設想，最后終于計算出行星是繞太
陽運動的，并且運動軌跡為橢圓，證明了哥白
尼的“日心說”是正確的.并總結為行星運動
三定律。
■開普勒的天文學觀測
03
開普勒三定律
萬有引力與宇宙航行
開普勒
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
軌道定律
1、太陽并不是位于橢圓中心，而是位于焦點處，多數行星的軌道十分的接近圓。
2、不同行星繞太陽運行時的橢圓軌道不同，但太陽處在所有橢圓軌道的一個共同焦點上。
注意：
行星軌道
焦點
太陽
焦點
●
探究橢圓軌道特征：
圖釘
圖釘
F1
F2
P
O
做一做：
A
B
C
D
做一做
o
焦點
焦點
半長軸a
橢圓上某點到兩個焦點的距離之和與橢圓上另一點到兩焦點的距離之和有什么關系
保證橢圓的周長不變,當橢圓的形狀變圓時,兩焦點間的距離會如何變化 半長軸a的長度呢
想一想
開普勒行星運動定律
開普勒（德國）
1571年---1630年
第二定律
對于每一個行星而言，太陽和行星的連線在相等的時間內掃過的面積相等
面積定律
試比較近日點和遠日點地球的速度大小？
M
N
R1
R2
思考:如何求出近日點和遠日點地球的速度大小的比值？
★同一行星在近日點的速率大于遠日點的速率。
D
例題講解
開普勒
開普勒第三定律
C
太陽
半長軸a
半短軸
A
B
行星
周期定律
所有行星的軌道的半長軸的三次方跟公轉周期的二次方的比值都相等。
比值k是一個與環繞天體（行星）無關的物理量，只由中心天體質量決定。
注意：
3、中心天體相同的系統里k值是相同的，中心天體不同的系統里k值不同。
1、第三定律不僅適用于行星繞太陽轉，也適用于衛星繞行星轉。對于同一個行星的不同衛星，它們也符合 ， 與k是不同量。
2、所有行星繞太陽運行時都符合 。例如：地球和木星都繞太陽運動，則有：
太陽系中行星
所有繞恒星運動的行星
繞地球運動的衛星
k水=3.36×1018
K金=3.35×1018
K地=3.31×1018
K火=3.36×1018
a3/T2=k
開普勒第三定律（周期定律）
開普勒定律的得出為牛頓發現萬有引力定律打下了堅實的基礎
可知: k的大小與行星無關，只與太陽有關。
行星的軌道與圓十分接近，在中學階段的研究中我們按圓軌道處理，即：
1．行星繞太陽運動的軌道十分接近圓，太陽處在_____。
2．對某一行星來說，它繞太陽做圓周運動的角速度(或線速度)________，即行星做__________運動。
行星運動的一般處理方法
圓心
不變
勻速圓周
立方
平方
行 星 軌道半長軸 a(106km) 軌道半短軸
b(106km)
水星 57.9 56.7
金星 108.2 108.1
地球 149.6 149.5
火星 227.9 226.9
木星 778.3 777.4
土星 1427.0 1424.8
八大行星軌道數據表
2、金星與地球都在繞太陽運轉,那么金星上的一天肯定比24小時短嗎
1、海王星離太陽“最遠”，繞太陽運動的公轉周期最長，對嗎？
3、實際上，多數行星的軌道與圓十分接近，那么開普勒三定律又當如何表述呢？
觀察八大行星圖后請思考:
年份 春分 夏至 秋分 冬至
2004 3/20 6/21 9/23 12/21
2005 3/20 6/21 9/23 12/21
2006 3/21 6/21 9/23 12/21
四季的時間是不相等的
秋冬兩季比春夏兩季時間短
春92天
夏94天
秋89天
冬90天
[應用]太陽的運行在夏季較慢而在冬季稍快。
春92天
夏94天
秋89天
冬90天
1、開普勒第一定律（軌道定律）
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。
2、開普勒第二定律（面積定律）
　對于任意一個行星來說，太陽和行星的連線在相等的時間內掃過相等的面積。
3、開普勒第三定律（周期定律）
所有行星的軌道的半長軸的三次方跟公轉周期的二次方的比值都相等。
k 的大小與行星無關，只與 中心天體質量有關。
小 結
4
典型例題
萬有引力與宇宙航行
判斷題(正確的打“√”，錯誤的打“×”)
(1)宇宙的中心是太陽，所有行星都在繞太陽做勻速圓周運動．( )
(2)開普勒定律僅適用于行星繞太陽的運動．( )
(3)所有行星繞太陽運轉的周期都是相等的． ( )
(4)在中學階段可認為地球圍繞太陽做圓周運動． ( )
(5)行星的軌道半徑和公轉周期成正比． ( )
(6)公式 中的a可認為是行星的軌道半徑．( )
(7)造成天體每天東升西落的原因是天空不轉動，只是地球每天自西向東自轉一周． ( )
(8)圍繞太陽運動的行星的速率是一成不變的． ( )
(9)在中學階段可認為地球圍繞太陽做圓周運動． ( )　
×
×
×
×
×
×
√
√
√
1、關于行星繞太陽運動的下列說法中正確的是（ ）
A、所有行星都在同一橢圓軌道上繞太陽運動。
B、行星繞太陽運動時太陽位于行星軌道的中心處。
C、離太陽越近的行星運動周期越長。
D、所有行星的軌道的半長軸的三次方跟公轉周期
的二次方的比值都相等。
D
例題分析
2、關于開普勒定律，下列說法正確的是（ ）
A.開普勒定律是根據長時間連續不斷的、對行星位置觀測記錄的大量數據，進行計算分析后獲得的結論
B.根據開普勒第二定律，行星在橢圓軌道上繞太陽運動的過程中，其速度隨行星與太陽之間距離的變化而變化，距離小時速度大，距離大時速度小
C.行星繞太陽運動的軌道，可以近似看做為圓，即可以認為行星繞太陽做勻速圓周運動
D.開普勒定律，只適用于太陽系，對其他恒星系不適用；行星的衛星（包括人造衛星）繞行星的運動，是不遵循開普勒定律的
ABC
3、地球繞太陽的運行軌道是橢圓，因而地球與太陽之間的距離隨季節變化。冬至這天地球離太陽最近，夏至最遠。下列關于地球在這兩天繞太陽公轉速度大小的說法中，正確的是 （ ）
A．地球公轉速度是不變的
B．冬至這天地球公轉速度大
C．夏至這天地球公轉速度大
D．無法確定
B
4、行星繞恒星的運動軌道如果是圓形，那么運行周期T的平方與軌道半徑r的三次方的比為常數，設T2/r3=k,則常數k的大小( )
A . 只與恒星的質量有關
B. 與恒星的質量及行星的的質量有關
C. 只與行星的質量有關
D. 與恒星的質量及行星的的速度有關
小結： R3/T2=k，無論是對于不同行星繞太陽轉還是對于不同衛星繞同一個行星轉，都是合適的，只是k值不同，k與行星或衛星無關，僅與中心天體有關。
A
5、已知木星繞太陽的公轉周期是地球繞太陽公轉周期的12倍，則木星軌道半長軸是地球軌道半長軸的多少倍？
根據開普勒第三定律有
6.如圖所示，某人造地球衛星繞地球做勻速圓周運動，其軌道半徑為月球繞地球運轉半徑的1/9，設月球繞地球運動的周期為27天，則此衛星的運轉周期大約是(　　)天
A.１/9 B.1/3 C.1 D.9
【答案】　C
【解析】由于r衛＝r月/9,T月＝27天
由開普勒第三定律可
得T衛＝1天，故選項C正確。
7.如圖所示，某行星沿橢圓軌道運行，遠日點離太陽的距離為a，近日點離太陽的距離為b，過遠日點時行星的速率為va，則過近日點時行星的速率為(　　)
50
C

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