必修二-61-行星的运动-课件(新课)

6.1 6.1 行星的运动行星的运动太阳太阳思考：思考：行星按照怎样的规律运动呢？行星按照怎样的规律运动呢？2 2、“地心说地心说”和和“日心说日心说”的观点、代的观点、代 表人物分别是什么？表人物分别是什么？1 1、古代人对天体运动存在哪些看法？、古代人对天体运动存在哪些看法？预习课本，回答问题：预习课本，回答问题：1、地心说地心说代表人物：代表人物：托勒密托勒密观点：观点：地球是宇宙的中心，是静止不动的，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。太阳、月亮以及其他行星都绕地球运动。一、人们对行星运动的认识发展过程一、人们对行星运动的认识发展过程2、日心说、日心说代表人物：代表人物：哥白尼哥白尼观点：观点：太阳才是宇宙的中心，太阳是静止不动的，太阳才是宇宙的中心，太阳是静止不动的，地球和其他行星都是围绕太阳做匀速圆周运动。一年地球和其他行星都是围绕太阳做匀速圆周运动。一年的周期是地球绕太阳公转一周的反映。的周期是地球绕太阳公转一周的反映。一、人们对行星运动的认识发展过程一、人们对行星运动的认识发展过程 丹麦伟大的天文学家第谷连续丹麦伟大的天文学家第谷连续2020年对行星的位年对行星的位置进行观测并记录了精确的数据。置进行观测并记录了精确的数据。德国天文学家开普勒（德国天文学家开普勒（1571-16301571-1630）在最初研究他的）在最初研究他的导师家第谷（导师家第谷（1546-16011546-1601）所记录的数据时，也是以行星）所记录的数据时，也是以行星绕太阳做匀速圆周运动的模型来思考问题的，但是所得结绕太阳做匀速圆周运动的模型来思考问题的，但是所得结果却与第谷的观测数据果却与第谷的观测数据至少有至少有8 8分的角度误差分的角度误差。当时公认当时公认的第谷的观测误差不超过的第谷的观测误差不超过2 2分，开普勒想，这不容忽视的分，开普勒想，这不容忽视的8 8分也许是分也许是因为人们认为行星绕太阳做匀速圆周运动所造成因为人们认为行星绕太阳做匀速圆周运动所造成的的。至此，人们长期以来视为真理的观念。至此，人们长期以来视为真理的观念天体做匀速天体做匀速圆周运动，第一次受到了怀疑。后来开普勒又仔细研究了圆周运动，第一次受到了怀疑。后来开普勒又仔细研究了第谷的观测资料，经过四年多的刻苦计算先后否定了第谷的观测资料，经过四年多的刻苦计算先后否定了1919种种设想，最后终于发现了天体运行的规律设想，最后终于发现了天体运行的规律开普勒三大定律开普勒三大定律。3、对天体运动的进一步研究、对天体运动的进一步研究(1)天才观察者：天才观察者：第谷第谷布拉赫布拉赫第第第第 谷（丹麦）谷（丹麦）谷（丹麦）谷（丹麦）哥白尼的宇宙体系动摇了基督教宇宙体系的根哥白尼的宇宙体系动摇了基督教宇宙体系的根基，但它并没有在天文测算的精确度上有多大的提基，但它并没有在天文测算的精确度上有多大的提高。近代早期最重要的观测工作是由丹麦的第谷高。近代早期最重要的观测工作是由丹麦的第谷（1546-16011546-1601）进行的，他成功的把观测误差缩小到）进行的，他成功的把观测误差缩小到2 2分。分。一、人们对行星运动的认识发展过程一、人们对行星运动的认识发展过程 1609年开普勒在新天文学一书中公布了开普勒第一、第二定律，1619年又公布了开普勒第三定律。(2)真理超出希望真理超出希望 开普勒开普勒（1571-16301571-1630）是继哥白）是继哥白尼之后第一个站出来捍卫太阳中心尼之后第一个站出来捍卫太阳中心说并在天文学方面有突破性成就的说并在天文学方面有突破性成就的人物。人物。一、人们对行星运动的认识发展过程一、人们对行星运动的认识发展过程 所有的行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太所有的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。阳处在椭圆的一个焦点上。1、开普勒第一定律二、开普勒三定律二、开普勒三定律（1）椭圆）椭圆：平面内与两个定点平面内与两个定点F1、F2的距离之和等于常数的距离之和等于常数（大于（大于|F1F2|）的点的轨迹叫做）的点的轨迹叫做椭圆椭圆，这两个定点叫做椭圆的，这两个定点叫做椭圆的焦点，焦点，两焦点间的距离叫做两焦点间的距离叫做焦距焦距。半长轴半长轴：|0A1|=|0A2|半短轴：半短轴：|0B1|=|0B2|焦点：焦点：F1、F2焦距：焦距：|F1F2|（2）当焦距长度变化时，曲线会变成什么形状？）当焦距长度变化时，曲线会变成什么形状？（3）当两焦点重合时，曲线会变成什么形状？）当两焦点重合时，曲线会变成什么形状？1、开普勒第一定律、开普勒第一定律 对于任意一个行星来说，它与太阳的连线在对于任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间内扫过相等的面积。相等的时间内扫过相等的面积。2、开普勒第二定律二、开普勒三定律二、开普勒三定律由扇形面积由扇形面积 由上可知，在由上可知，在S相同，时间相同，时间t也相同时，半径也相同时，半径r越小，越小，则速度则速度v越大。越大。你能分析近日点与远日点速度大小关系吗？2、开普勒第二定律、开普勒第二定律 行星运动绕太阳运动的轨道是什行星运动绕太阳运动的轨道是什么形状？么形状？地球地球圆？圆？探究活动二探究活动二2、开普勒第二定律、开普勒第二定律结论：秋冬两季比春夏两季时间短结论：秋冬两季比春夏两季时间短请计算一下春夏秋冬的时间请计算一下春夏秋冬的时间年份春分夏至秋分冬至20063/216/219/2312/2220073/216/229/2312/2220083/206/219/2212/2120093/206/219/2312/222、开普勒第二定律、开普勒第二定律年年 份份春春 分分夏夏 至至秋秋 分分冬冬 至至2008 3月20日6月21日9月22日 12月22日2009 3月20日6月21日9月23日 12月22日2010 3月21日6月21日9月23日 12月22日表一：各年四节气具体日期统计表分析数据，你得到了什么？春天：92天 夏天：94天 秋天：84天 冬天：90天 四季的时间是不相等的 地球绕太阳的运动并不是完美的匀速圆周运动二、行星的运动二、行星的运动 原原因因分分析析：假假设设地地球球绕绕太太阳阳的的运运动动是是一一个个椭椭圆圆运运动动,太太阳阳在在焦焦点点上上,根根据据曲曲线线运运动动的的特特点点，得得在在秋秋分分到到冬冬至至再再到到春春分分的的时时间间比比从从春春分分到到夏夏至至再再到到秋秋分分的的时时间间短短，所以秋冬两季比春夏两季要短。所以秋冬两季比春夏两季要短。2、开普勒第二定律、开普勒第二定律 所有行星的轨道的半长轴的三次方跟它的所有行星的轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等。公转周期的二次方的比值都相等。太阳行星FaOa：半长轴T：公转周期3、开普勒第三定律二、开普勒三定律二、开普勒三定律行星行星/卫星卫星半长轴（半长轴（km）周期（天）周期（天）K（m/s）水星5787.97金星108225地球149365火星228687木星7784333土星142610759天王星287030660海王星449860148月球0.384427.3同步卫星0.042413.3610183.3610183.3610183.3610183.3610183.3610183.3710183.3710181.0310131.031013动手算一算动手计算后，你得到了什么？所有行星的半长轴的三次方与周期的平方的比值都相等，月球、卫星的比值也相等K值与环绕天体无关，与中心天体有关（1 1 1 1）开普勒定律不仅适用于行星，也）开普勒定律不仅适用于行星，也）开普勒定律不仅适用于行星，也）开普勒定律不仅适用于行星，也适用于卫适用于卫适用于卫适用于卫 星星星星，只不过此时只不过此时只不过此时只不过此时比值比值比值比值 k k 是由中心天体所是由中心天体所是由中心天体所是由中心天体所 决定的决定的决定的决定的另一恒量另一恒量另一恒量另一恒量。（2 2 2 2）开普勒定律是总结行星运动的观察结果而）开普勒定律是总结行星运动的观察结果而）开普勒定律是总结行星运动的观察结果而）开普勒定律是总结行星运动的观察结果而 总结归纳出来的规律，它们总结归纳出来的规律，它们总结归纳出来的规律，它们总结归纳出来的规律，它们每一条都是经每一条都是经每一条都是经每一条都是经 验定律验定律验定律验定律。3、开普勒第三定律、开普勒第三定律 什么情况下椭圆可以与圆很什么情况下椭圆可以与圆很接近接近？回忆思考：回忆思考：行星的轨道与圆十分接近，在高中我们行星的轨道与圆十分接近，在高中我们一般按一般按圆圆处理，因此：处理，因此：、行星围绕太阳运动的轨道可以认为是圆，太阳处在圆心。、行星围绕太阳运动的轨道可以认为是圆，太阳处在圆心。、行星绕太阳做匀速圆周运动。、行星绕太阳做匀速圆周运动。、所有行星的轨道半径的三次方跟公转周期的二次方的比、所有行星的轨道半径的三次方跟公转周期的二次方的比 值都相等。值都相等。总体来说，就是变速椭圆运动作为匀速圆总体来说，就是变速椭圆运动作为匀速圆 周运动处理，对应的半长轴即为圆的半径周运动处理，对应的半长轴即为圆的半径。三、行星运动近似处理方法三、行星运动近似处理方法 明确明确日心说与地心说的代表人物与主要观点日心说与地心说的代表人物与主要观点 明确明确第一定律反映了行星运动的轨迹是椭圆第一定律反映了行星运动的轨迹是椭圆 第二定律描述了行星在近日点的速率最大，在第二定律描述了行星在近日点的速率最大，在远日点的速率最小。远日点的速率最小。第三定律揭示了轨道半长轴与公转周期的定量第三定律揭示了轨道半长轴与公转周期的定量关系。关系。在近似计算在近似计算中可以认为行星都以太阳为圆心做匀速中可以认为行星都以太阳为圆心做匀速圆周运动。圆周运动。小结小结作业v问题与练习：1、2、3、4第二课时v复习回顾例例1.1.有两个人造地球卫星，它们绕地球运转有两个人造地球卫星，它们绕地球运转的轨道半径之比是的轨道半径之比是1 1：2 2，则它们绕地球运转，则它们绕地球运转的周期之比为的周期之比为 。【解】：设两人造地球卫星的轨道半径分别为设两人造地球卫星的轨道半径分别为r1、r2，周期，周期分别为分别为T1、T2，且，且r1 ：r2 1 ：2，则根据开普勒第，则根据开普勒第三定律三定律所以所以比值法比值法处理天体运动处理天体运动例例2.关于行星绕太阳运动的下列说法中正确的是：（）A.所所有有行行星星都都在在同同一一椭椭圆圆轨轨道道上上绕绕太太阳阳运运动动B.行行星星轨轨道道的的半半长长轴轴越越长长，自自转转周周期期越越大大 C.行行星星轨轨道道的的半半长长轴轴越越长长，公公转转周周期期越越大大D.水水星星离离太太阳阳“最最 近近”，公公转转周周期期最最短短C D典例典例2宇宙飞船围绕太阳在近似圆形的轨道上运动，若轨道半宇宙飞船围绕太阳在近似圆形的轨道上运动，若轨道半径是地球轨道半径的径是地球轨道半径的9倍，则宇宙飞船绕太阳运行的周期是倍，则宇宙飞船绕太阳运行的周期是 （）A3年年 B9年年 C27年年 D81年年典例典例1.太阳系中有八大行星，请你将它们绕太阳运太阳系中有八大行星，请你将它们绕太阳运动的周期由小到大依次排序动的周期由小到大依次排序典例典例3.木星绕太阳转动的周期为地球绕太阳的转动的周期的木星绕太阳转动的周期为地球绕太阳的转动的周期的12倍，则木星绕太阳运行的轨道半长轴约为地球绕太阳运行倍，则木星绕太阳运行的轨道半长轴约为地球绕太阳运行轨道半长轴的轨道半长轴的 倍倍.C5.24v 课堂训练课堂训练v 1下列说法正确的是()v A地球是宇宙的中心，太阳、月亮及其他行星都绕地球运动v B.太阳是宇宙的中心，所有天体都绕太阳运动v C.太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动v D“地心说”和哥白尼提出的“日心说”现在看来都是不正确的v 分析；“地心说”是错误的，所以A不正确太阳系在银河系中运动，银河系也在运动，所以，B、C不正确，D正确 2、神舟六号沿半径为神舟六号沿半径为R的圆周绕地球运动，其的圆周绕地球运动，其周期为周期为T，如果飞船要返回地面，可在轨道上的某，如果飞船要返回地面，可在轨道上的某一点一点A处，将速率降低到适当数值，从而使飞船沿处，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，椭圆和地着以地心为焦点的特殊椭圆轨道运动，椭圆和地球表面在球表面在B点相切，如图所示，如果地球半径为点相切，如图所示，如果地球半径为R，求飞船由，求飞船由A点到点到B点所需的时间。点所需的时间。R R0AB课堂训练课堂训练解题要点：（1）使用开普勒第三定解决问题时切记k是由中心天 体决定的常数与环绕天体无关，与环绕天体的 半径无关，如果轨道为圆，则R为转动半径，如 果轨道为椭圆则R应为半长轴。（2）要准确分析计算出飞船在椭圆轨道上运行时半 长轴的大小。（3）注意A点到B点的时间和周期的关系。