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新人教版高中物理
必修第二冊
第七章
萬有引力與宇宙航行
第一節(jié)
行星的運動
新知導(dǎo)入
自遠古以來，當(dāng)人們仰望星空時，天空中壯麗璀璨的景象便吸引了他們的注意。智慧的頭腦開始探索星體運動的奧秘。
新知導(dǎo)入
人們對行星運動的認(rèn)識過程是漫長復(fù)雜的，歷史上有過不同的看法，科學(xué)家對此進行了不懈的探索，通過本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，將使我們正確地認(rèn)識行星的運動。
問題：不同行星都在各自的軌道上繞太陽運行，行星運行的軌道有怎樣的特點？行星繞太陽運行的周期與距離太陽的遠近是否存在某種關(guān)系？
新知講解
1．地心說
（1）代表人物：托勒密
（2）觀點：
地球是宇宙的中心，是靜止不動的，太陽、月亮以及其他行星都繞地球運動。
2、日心說
（1）代表人物：哥白尼
一、地心說和日心說
新知講解
思考討論：我們知道“日心說”
比“地心說”要準(zhǔn)確一些，那么日心說是不是完全正確？
日心說也并不是完全正確的，因為太陽只是太陽系的一個中心天體，而太陽系只是宇宙中眾多星系之一，所以太陽并不是宇宙的中心，也不是靜止不動的。
（2）觀點：太陽是靜止不動的，地球和其他行星都在繞太陽做勻速圓周運動。
新知講解
3、古人的觀點
天體的運動是最完美最和諧的勻速圓周運動。
行星運動果真如此嗎？
新知講解
二、開普勒定律
丹麥天才的觀測家第谷經(jīng)過二十年的精心觀測，把他以前人們測量天體位置的誤差大約是
10′，第谷把這個不確定性減小到
2′。若理論和實際測量數(shù)據(jù)之間誤差超過2′就有可能存在問題。
1、丹麥天才的觀測家第谷
新知講解
思考討論：為什么開普勒對天體做勻速圓周運動產(chǎn)生懷疑?
因為開普勒用天體做勻速圓周運動的觀點所得的結(jié)論和第谷所觀察的數(shù)據(jù)存在至少8′的角度誤差,但當(dāng)時公認(rèn)觀測數(shù)據(jù)的誤差不超過2′,也就是說，這6′的誤差產(chǎn)生的原因可能是對天體運動的觀點存在問題,因此產(chǎn)生了對天體運動是勻速圓周運動這一觀點的懷疑。只有假設(shè)行星繞太陽運動的軌道不是圓，而是橢圓，才能解釋這種差別。
新知講解
2、開普勒第一定律
（1）內(nèi)容：所有行星繞太陽的軌道都是橢圓，太陽處在橢圓的一個焦點上。
F2
F1
地球
太陽
新知講解
（2）對開普勒第一定律的理解
①行星繞太陽運行的軌道嚴(yán)格來說不是圓而是橢圓
；
②太陽不在橢圓的中心，而是在其中一個焦點上
；
③行星與太陽間的距離是不斷變化的。
繪制橢圓
做一做
實驗器材：細繩、圖釘、白紙、木板。
實驗步驟（1）把白紙鋪在木板上，然后按上圖釘。
新知講解
（2）把細繩的兩端系在圖釘上。
（3）用一支鉛筆緊貼著細繩滑動，使繩始終保持張緊狀態(tài)。
（4）畫出的軌跡就是橢圓，圖釘在紙上留下的痕跡叫作橢圓的焦點。
焦點
半長軸a
細繩
焦點
O
新知講解
思考：保持繩長不變，當(dāng)兩焦點不斷靠近時，橢圓形狀如何變化？
焦點重合時，半長軸轉(zhuǎn)變?yōu)槭裁矗?br/>當(dāng)兩焦點不斷靠近時橢圓形狀逐漸趨近于圓，焦點重合時，半長軸轉(zhuǎn)變圓的半徑。
例1：關(guān)于開普勒第一定律，下列說法不正確的是(
)
A．它的發(fā)現(xiàn)是建立在天文學(xué)家第谷的觀測數(shù)據(jù)之上
B．該定律中的“所有行星”是指除太陽外太陽系的所有天體
C．開普勒假設(shè)天體不是做勻速圓周運動是發(fā)現(xiàn)該定律的原因之一
D．開普勒執(zhí)著于計算和觀測數(shù)據(jù)之間的差別是發(fā)現(xiàn)該定律的原因之一
解析：開普勒第一定律中的“所有行星”并不包括太陽系中行星的衛(wèi)星，例如月球。
B
典型例題
新知講解
3．開普勒第二定律（面積定律）
：
（1）內(nèi)容：對于每一個行星，太陽和行星的聯(lián)線在相等的時間內(nèi)掃過的面積相等。
F2
F1
第二定律
A
B
C
D
E
G
（2）對開普勒第二定律的理解
當(dāng)行星離太陽較近的時候，運行的速度較大，而離太陽較遠的時候速度較小。
典型例題
例題2：某行星繞太陽運行的橢圓軌道如圖所示,F1和F2是橢圓軌道的兩個焦點,行星在A點的速率比在B點的大,則太陽位于(　　)
F2
B.
A
C.
F1
D.
B
A
B
F1
F2
A
【解析】根據(jù)開普勒第二定律，可知太陽和行星的連線在相等時間內(nèi)掃過相等的面積,因為行星在A點的速率比在B點大,所以太陽位于F2點。
新知講解
F2
F1
地球
4．開普勒第三定律（周期定律）
（1）內(nèi)容：所有行星的軌道的半長軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等。
半長軸a
若用
a
代表橢圓軌道的半長軸，T
代表公轉(zhuǎn)周期，開普勒第三定律
a3
T2
=k
5、關(guān)于開普勒定律的幾點說明
①開普勒定律不僅適用于行星，也適用于衛(wèi)星，只不過此時比值
k
是由行星質(zhì)量所決定的另一恒量。
②行星的軌道都跟圓近似，因此計算時可以認(rèn)為行星是做勻速圓周運動。
新知講解
（3）比值k是與行星無關(guān)而只與圍繞的中心天體的質(zhì)量有關(guān)的常量所以比值
k
是一個對所有行星都相同的常量。
新知講解
6、開普勒三定律近似處理
（1）行星繞太陽運動的軌道十分接近圓，太陽處在圓心。
（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）不變，即行星做勻速圓周運動。
（3）所有行星軌道半徑
r
的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期
T
的二次方的比值都相等，即
r3/T2
＝k。
例題3：已知兩行星繞太陽運動的半長軸之比為b,則它們的公轉(zhuǎn)周期之比為________。
典型例題
?
?
新知講解
7、太陽系八大行星的軌道示意圖
109km
109km
180°
270°
90°
0°
180°
270°
90°
0°
木星
火星
地球
水星
金星
海王星
天王星
土星
木星
火星
地球
新知講解
1、閱讀課文科學(xué)漫步了解人類對行星運動規(guī)律的認(rèn)識。
2、開普勒發(fā)表了行星運動的三個定律的意義
他所發(fā)現(xiàn)的三個定律蘊涵著極其重大的“天機”，那就是萬有引力的規(guī)律。開普勒觀念的基礎(chǔ)是日心說。從表面上看，日心說與地心說不過是參考系的改變。其實，這是一次真正的科學(xué)革命，因為它使人們的世界觀發(fā)生了重大變革。宇宙中心的轉(zhuǎn)變暗示了宇宙可能根本沒有中心！
課堂練習(xí)
1.關(guān)于行星繞太陽運動,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.
所有行星的軌道半長軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等
D
課堂練習(xí)
2、關(guān)于開普勒第三定律的公式
是,下列說法中正確的是(　　)
A.
公式只適用于繞太陽做橢圓軌道運行的行星?????????????
?B.
公式適用于所有圍繞星球運行的行星(或衛(wèi)星)?????????????
?C.
式中的是k值，對所有行星(或衛(wèi)星)都相等?????????????
?D.
式中的是k值,對圍繞不同星球運行的行星(或衛(wèi)星)都相同???????????
B
課堂練習(xí)
3.下列說法正確的是
(
)
A.
地球是宇宙的中心，太陽、月亮及其他行星都繞地球運動
B.
太陽是靜止不動的，地和其他行星都繞太陽運動
C.
地球是繞太陽運動的一顆行星
D.
日心說和地心說都是正確的
C
課堂練習(xí)
4.
下列關(guān)于天體運動說法正確的是(　　)
A.
地球是宇宙的中心,太陽、月亮及其他行星都繞地球運動
B.
太陽是宇宙的中心,所有天體都繞太陽運動
C.
太陽是靜止不動的,地球和其他行星都繞太陽運動
D.
“地心說”和“日心說”現(xiàn)在看來都是不正確的
D
拓展提高
1、某人造地球衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動,其軌道半徑為月球繞地球做圓周運動軌道半徑的1/3,則此衛(wèi)星的運轉(zhuǎn)周期是(　　)
1~4天
B.
4~8天
C.
8~16天
D.
大于16天
B
拓展提高
2.關(guān)于行星運動，以下說法正確的是
(
)
A.行星軌道的半長軸越長,自轉(zhuǎn)周期越大.
B.行星軌道的半長軸越長,公轉(zhuǎn)周期越大.
C.水星的半長軸最短,公轉(zhuǎn)周期最大.
D.冥王星離太陽”最遠”,繞太陽運動的公轉(zhuǎn)周期最長.
BD
3、某行星沿橢圓軌道運行，近日點離太陽距離為a，遠日點離太陽的距離為b，過近日點時行星的速率為Va，則過遠日點時的速率Vb為(
)
拓展提高
?
C
課堂總結(jié)
1、開普勒第一定律：所有行星繞太陽的軌道都是橢圓，太陽處在橢圓的一個焦點上。
2、開普勒第二定律（面積定律）
：對于每一個行星，太陽和行星的聯(lián)線在相等的時間內(nèi)掃過的面積相等。
3、開普勒第三定律（周期定律）
a3
T2
=k
k
是一個對所有行星都相同的常量。

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