第六章萬有引力與航天第一節(jié)行星的運動第六章萬有引力與航天第一節(jié)行星的運動

第一節(jié)行星的運動學習目標：（1）知道地心說和日心說的基本內(nèi)容；（2）知道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焦點上；（3）知道所有行星的軌道的半長軸的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等，且這個比值與行星的質(zhì)量無關(guān)，但與太陽的質(zhì)量有關(guān)；（4）理解人們對行星運動的認識過程是漫長復(fù)雜的，真理是來之不易的。導(dǎo)入導(dǎo)學第一節(jié)行星的運動導(dǎo)入導(dǎo)學星空……星空……教學課件61行星的運動公開課用匯總太陽太水星平均日距57910000km（0.38AU）直徑4878km質(zhì)量3.30×1023kg密度5.43gm/cm重力0.376G公轉(zhuǎn)87.97地球日自轉(zhuǎn)58.65地球日水平均日距57910000km（0.38AU）金星平均日距108200000km（0.72AU）直徑12103.6km質(zhì)量4.869×102?kg密度5.24gm/cm重力0.903G公轉(zhuǎn)224.7地球日自轉(zhuǎn)243地球日金平均日距108200000km（0.72AU）平均日距149600000km（1AU）直徑12756.3km質(zhì)量5.965×102?kg密度5.52gm/cm重力1G(9.8m/s2)公轉(zhuǎn)365.2422地球日自轉(zhuǎn)0.9973地球日地球平均日距149600000km（1AU）地球火星平均日距227940000km（1.52AU）直徑6794km質(zhì)量6.4219×1023kg密度3.94gm/cm重力0.38G公轉(zhuǎn)686.98地球日自轉(zhuǎn)1.026地球日火平均日距227940000km（1.52AU）木星平均日距778330000km（5.20AU）直徑142984km質(zhì)量1.900×102?kg密度1.31gm/cm重力2.34G公轉(zhuǎn)11.86地球年自轉(zhuǎn)0.414地球日木平均日距778330000km（5.20AU）平均日距142940萬km（9.54AU）直徑120536km（equatorial）質(zhì)量5.688×102?kg密度0.69gm/cm重力1.16G公轉(zhuǎn)29.46地球年自轉(zhuǎn)0.436地球日

土星平均日距142940萬km（9.54AU）土星天王星平均日距287099萬km（19.218AU）直徑51120km（equatorial）質(zhì)量8.686×102?kg密度1.28gm/cm重力1.15G公轉(zhuǎn)84.81地球年自轉(zhuǎn)0.72地球日天王星平均日距287099萬km（19.218AU）海王星平均日距450400萬km（30.06AU）直徑49528km（equatorial）質(zhì)量1.0247×102?kg海王星平均日距450400萬km（30.06AU）地心說：地球位于宇宙的中心，它是靜止不動的，太陽、月亮和行星都繞地球運動。代表人物:.日心說：宇宙的中心是太陽。行星和地球繞太陽做勻速圓周運動，只有月亮環(huán)繞地球運行。由于地球的自轉(zhuǎn)，我們看到了太陽、月亮和眾星每天由東向西的運動。代表人物：

。

自主學思哥白尼托勒密地心說：地球位于宇宙的中心，它是靜止不動的，太陽、月亮和行星第谷認為，要創(chuàng)立一個滿意的星體運行理論，必須精確掌握星體的運行位置，在他以前，人們測量天體位置的誤差約為10”,第谷把這個不確定性減小到2”。開普勒用圓周運動模型對火星軌道的研究中，七十余次嘗試所得的結(jié)果都與第谷的觀測數(shù)據(jù)有至少8'的角度偏差。猜想

。他經(jīng)過多年的嘗試性計算，終于發(fā)現(xiàn)并先后發(fā)表了行星運動的三個定律自主學思行星的運動并非勻速圓周運動第谷認為，要創(chuàng)立一個滿意的星體運行理論，必須精確掌握星體的運開普勒第一定律（軌道定律）

所有的行星圍繞太陽運動的軌道都是

，太陽處在

的一個焦點上。

開普勒第二定律：（面積定律）太陽和行星的連線在

的時間內(nèi)掃過的面積

。開普勒第三定律（周期定律）所有行星的軌道的

的三次方跟的

二次方的比值都相等．自主學思橢圓橢圓相等相等公轉(zhuǎn)周期半長軸開普勒第一定律（軌道定律）自主學思橢圓橢圓相等相等公轉(zhuǎn)周期半常見的一些天體運動的周期。地球繞太陽的周期：T=.月亮繞地球的周期:T=

。地球的自轉(zhuǎn)周期：

。自主學思1年（約365天）27天（約1月）24小時常見的一些天體運動的周期。自主學思1年（約365天）27天（■1、地心說(GeocentricUniverse)地心說認為：地球位于宇宙的中心。，它是靜止不動的，太陽、月亮和行星都繞地球運動。地球■1、地心說(GeocentricUniverse)地心說■2、日心說(SolarcentricUniverse)日心說代表人：哥白尼

16世紀，波蘭天文學家哥白尼根據(jù)天文觀測的大量資料經(jīng)過40多年的天文觀測和潛心研究，提出“日心體系”宇宙圖景。日心說認為：

宇宙的中心是太陽。行星和地球繞太陽做勻速圓周運動，只有月亮環(huán)繞地球運行。由于地球的自轉(zhuǎn)，我們看到了太陽、月亮和眾星每天由東向西的運動?！?、日心說(SolarcentricUniverse)日哥白尼的《天體運行論》及其使用過的觀測、計算儀器復(fù)制品■日心說(SolarcentricUniverse)哥白尼的《天體運行論》及其使用過的觀測、計算儀器復(fù)制品■日心1：地心說和日心說是兩種截然不同的觀點，現(xiàn)在看來這兩種觀點哪一種是正確的？兩種觀點受人們意識的限制，是人類發(fā)展到不同歷史時期的產(chǎn)物．兩種觀點都具有歷史局限性，現(xiàn)在看來都是不完全正確的．合作學習1：地心說和日心說是兩種截然不同的觀點，現(xiàn)在看來這兩種觀點哪銀河系銀河系■第谷的天文學觀測第谷（丹麥偉大的天文學家）第谷星第谷認為，要創(chuàng)立一個滿意的星體運行理論，必須精確掌握星體的運行位置。在他以前,人們測量天體位置的誤差大約是10‘,第谷通過連續(xù)２０年對行星的觀察，把這個不確定性減小到2’。他編制的星體位置圖表，至今仍有使用價值。第谷被后人譽為“星學之王”，并把天上的一顆恒星命名為“第谷星”?！龅诠鹊奶煳膶W觀測第谷（丹麥偉大的天文學家）第谷星第谷認

開普勒出身貧寒，4歲時患天花損壞了視力，一只手落下殘疾。他在用圓周運動模型對火星軌道的研究中，七十余次嘗試所得的結(jié)果都與第谷的觀測數(shù)據(jù)有至少8'的角度偏差。開普勒對第谷數(shù)據(jù)的精確性深信不疑，猜想行星的運動并非勻速圓周運動。人們長期以來視為真理的觀念第一次受到了懷疑。此后，他經(jīng)過多年的嘗試性計算，終于發(fā)現(xiàn)并先后發(fā)表了行星運動的三個定律。他也獲得了“天空立法者”的光榮稱號。開普勒■開普勒-----天空立法者開普勒出身貧寒，4歲時患天花損壞了視力，一只手■二、開普勒行星運動定律開普勒第一定律（軌道定律）所有的行星圍繞太陽運動的軌道都是橢圓，太陽處在橢圓的一個焦點上。

焦點■二、開普勒行星運動定律開普勒第一定律（軌道定律）焦點2.開普勒第二定律：（面積定律）太陽和行星的連線在相等的時間內(nèi)掃過的面積相等。S1S2S1S2=2.開普勒第二定律：（面積定律）S1S2S1S2=若tAB=tCD=tEK，則sAB=sCD=sEK

SEKABCDEKSABSCD近日點遠日點

可見，行星在遠日點的速率最小，在近日點的速率最大．

合作探究2、行星在遠日點、遠日點的速率比較若tAB=tCD=tEK，則sAB=sCD=s３．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(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等．a(chǎn)FF地球３．開普勒第三定律（周期定律）aFF地球合作學習3、繼美國發(fā)射可重復(fù)使用的運載火箭后，印度稱正在設(shè)計可重復(fù)使用的宇宙飛船，預(yù)計將在2030年發(fā)射成功，這項技術(shù)將使印度在太空領(lǐng)域占有優(yōu)勢。假設(shè)某飛船沿半徑為R的圓周繞地球運行，其周期為T，地球半徑為R0。該飛船要返回地面時，可在軌道上某點A處將速率降到適當數(shù)值，從而沿著以地心為焦點的橢圓軌道運動，橢圓與地球表面的B點相切，如下圖所示。求該飛船由A點運動到B點所需的時間。合作學習3、繼美國發(fā)射可重復(fù)使用的運載火箭后，印度稱正在設(shè)計合作學習根據(jù)題意得橢圓軌道的半長軸r=，根據(jù)開普勒第三定律得，=，解得飛船沿橢圓軌道運動的周期T′=，則飛船由A點到B點的運動時間t=T/2=。

合作學習根據(jù)題意得橢圓軌道的半長軸r=1.開普勒第一定律說明了不同行星繞太陽運動時的橢圓軌道是不同的，在行星的軌道上出現(xiàn)了近日點和遠日點．2開普勒第二定律說明行星在近日點的速率大于在遠日點的速率，從近日點向遠日點運動時速率變小，從遠日點向近日點運動時速率變大．3．開普勒第三定律的表達式為a3/T2＝k，它反映了行星的公轉(zhuǎn)周期跟軌道半長軸之間的依存關(guān)系．橢圓軌道半長軸越長的行星，其公轉(zhuǎn)周期越大；反之，其公轉(zhuǎn)周期越?。?.開普勒第三定律不僅適用于行星繞太陽的運轉(zhuǎn)，也適用于衛(wèi)星繞行星的運轉(zhuǎn)．k僅與該系統(tǒng)的中心天體質(zhì)量有關(guān)，而與周圍繞行的星體無關(guān)．也就是說，中心天體不同的系統(tǒng)k值是不同的，在中心天體相同的系統(tǒng)里k值是相同的．精品精講1.開普勒第一定律說明了不同行星繞太陽運動時的橢圓軌道是不同

5、在中學階段，行星軌道我們按圓軌道處理。行星繞太陽運動的軌道十分接近圓，太陽處在圓心。對某一行星來說，它圍繞太陽做圓周運動的角速度（或線速度）大小不變，即行星做勻速圓周運動。所有行星軌道的半徑的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等，即a3/T2＝k精品精講5、在中學階段，行星軌道我們按圓軌道處理。精品精講1．下列說法中正確的是 (

)．A．地球是宇宙的中心，太陽、月亮和其他行星都繞地球運動B．太陽是靜止不動的，地球和其他行星繞太陽運動C．地球是繞太陽運動的一顆行星D．日心說和地心說都正確反映了天體運動規(guī)律C當堂檢測1．下列說法中正確的是 ()．C當堂檢測2、(少答案解析)某一人造衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動，其軌道半徑為月球繞地球軌道半徑的1/3，則此衛(wèi)星運行的周期大約是（）

A、1~4d之間B、4~8d之間

C、8~16d之間D、16~20d之間B根據(jù)開普勒第三定律可得：，即有，又，天，所以天=5.2天，故B項正確。綜上所述，本題正確答案為B。2、(少答案解析)某一人造衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動，其軌道半3、假設(shè)地球和火星都繞太陽做勻速圓周運動，已知地球到太陽的距離小于火星到太陽的距離，那么（

）。A:地球公轉(zhuǎn)周期大于火星的公轉(zhuǎn)周期B:地球公轉(zhuǎn)的線速度小于火星公轉(zhuǎn)的線速度C:地球公轉(zhuǎn)的加速度小于火星公轉(zhuǎn)的加速度D:地球公轉(zhuǎn)的角速度大于火星公轉(zhuǎn)的角速度D3、假設(shè)地球和火星都繞太陽做勻速圓周運動，已知地球到太陽的距4、地球和木星繞太陽運行的軌道都可以看作是圓形的。已知木星的軌道半徑約為地球軌道半徑的5.2倍，則木星與地球繞太陽運行的線速度之比約為（

)A:0.19B:0.44C:2.3D:5.24、地球和木星繞太陽運行的軌道都可以看作是圓形的。已知木星的第六章萬有引力與航天第一節(jié)行星的運動第六章萬有引力與航天第一節(jié)行星的運動

第一節(jié)行星的運動學習目標：（1）知道地心說和日心說的基本內(nèi)容；（2）知道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焦點上；（3）知道所有行星的軌道的半長軸的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等，且這個比值與行星的質(zhì)量無關(guān)，但與太陽的質(zhì)量有關(guān)；（4）理解人們對行星運動的認識過程是漫長復(fù)雜的，真理是來之不易的。導(dǎo)入導(dǎo)學第一節(jié)行星的運動導(dǎo)入導(dǎo)學星空……星空……教學課件61行星的運動公開課用匯總太陽太水星平均日距57910000km（0.38AU）直徑4878km質(zhì)量3.30×1023kg密度5.43gm/cm重力0.376G公轉(zhuǎn)87.97地球日自轉(zhuǎn)58.65地球日水平均日距57910000km（0.38AU）金星平均日距108200000km（0.72AU）直徑12103.6km質(zhì)量4.869×102?kg密度5.24gm/cm重力0.903G公轉(zhuǎn)224.7地球日自轉(zhuǎn)243地球日金平均日距108200000km（0.72AU）平均日距149600000km（1AU）直徑12756.3km質(zhì)量5.965×102?kg密度5.52gm/cm重力1G(9.8m/s2)公轉(zhuǎn)365.2422地球日自轉(zhuǎn)0.9973地球日地球平均日距149600000km（1AU）地球火星平均日距227940000km（1.52AU）直徑6794km質(zhì)量6.4219×1023kg密度3.94gm/cm重力0.38G公轉(zhuǎn)686.98地球日自轉(zhuǎn)1.026地球日火平均日距227940000km（1.52AU）木星平均日距778330000km（5.20AU）直徑142984km質(zhì)量1.900×102?kg密度1.31gm/cm重力2.34G公轉(zhuǎn)11.86地球年自轉(zhuǎn)0.414地球日木平均日距778330000km（5.20AU）平均日距142940萬km（9.54AU）直徑120536km（equatorial）質(zhì)量5.688×102?kg密度0.69gm/cm重力1.16G公轉(zhuǎn)29.46地球年自轉(zhuǎn)0.436地球日

土星平均日距142940萬km（9.54AU）土星天王星平均日距287099萬km（19.218AU）直徑51120km（equatorial）質(zhì)量8.686×102?kg密度1.28gm/cm重力1.15G公轉(zhuǎn)84.81地球年自轉(zhuǎn)0.72地球日天王星平均日距287099萬km（19.218AU）海王星平均日距450400萬km（30.06AU）直徑49528km（equatorial）質(zhì)量1.0247×102?kg海王星平均日距450400萬km（30.06AU）地心說：地球位于宇宙的中心，它是靜止不動的，太陽、月亮和行星都繞地球運動。代表人物:.日心說：宇宙的中心是太陽。行星和地球繞太陽做勻速圓周運動，只有月亮環(huán)繞地球運行。由于地球的自轉(zhuǎn)，我們看到了太陽、月亮和眾星每天由東向西的運動。代表人物：

。

自主學思哥白尼托勒密地心說：地球位于宇宙的中心，它是靜止不動的，太陽、月亮和行星第谷認為，要創(chuàng)立一個滿意的星體運行理論，必須精確掌握星體的運行位置，在他以前，人們測量天體位置的誤差約為10”,第谷把這個不確定性減小到2”。開普勒用圓周運動模型對火星軌道的研究中，七十余次嘗試所得的結(jié)果都與第谷的觀測數(shù)據(jù)有至少8'的角度偏差。猜想

。他經(jīng)過多年的嘗試性計算，終于發(fā)現(xiàn)并先后發(fā)表了行星運動的三個定律自主學思行星的運動并非勻速圓周運動第谷認為，要創(chuàng)立一個滿意的星體運行理論，必須精確掌握星體的運開普勒第一定律（軌道定律）

所有的行星圍繞太陽運動的軌道都是

，太陽處在

的一個焦點上。

開普勒第二定律：（面積定律）太陽和行星的連線在

的時間內(nèi)掃過的面積

。開普勒第三定律（周期定律）所有行星的軌道的

的三次方跟的

二次方的比值都相等．自主學思橢圓橢圓相等相等公轉(zhuǎn)周期半長軸開普勒第一定律（軌道定律）自主學思橢圓橢圓相等相等公轉(zhuǎn)周期半常見的一些天體運動的周期。地球繞太陽的周期：T=.月亮繞地球的周期:T=

。地球的自轉(zhuǎn)周期：

。自主學思1年（約365天）27天（約1月）24小時常見的一些天體運動的周期。自主學思1年（約365天）27天（■1、地心說(GeocentricUniverse)地心說認為：地球位于宇宙的中心。，它是靜止不動的，太陽、月亮和行星都繞地球運動。地球■1、地心說(GeocentricUniverse)地心說■2、日心說(SolarcentricUniverse)日心說代表人：哥白尼

16世紀，波蘭天文學家哥白尼根據(jù)天文觀測的大量資料經(jīng)過40多年的天文觀測和潛心研究，提出“日心體系”宇宙圖景。日心說認為：

宇宙的中心是太陽。行星和地球繞太陽做勻速圓周運動，只有月亮環(huán)繞地球運行。由于地球的自轉(zhuǎn)，我們看到了太陽、月亮和眾星每天由東向西的運動?！?、日心說(SolarcentricUniverse)日哥白尼的《天體運行論》及其使用過的觀測、計算儀器復(fù)制品■日心說(SolarcentricUniverse)哥白尼的《天體運行論》及其使用過的觀測、計算儀器復(fù)制品■日心1：地心說和日心說是兩種截然不同的觀點，現(xiàn)在看來這兩種觀點哪一種是正確的？兩種觀點受人們意識的限制，是人類發(fā)展到不同歷史時期的產(chǎn)物．兩種觀點都具有歷史局限性，現(xiàn)在看來都是不完全正確的．合作學習1：地心說和日心說是兩種截然不同的觀點，現(xiàn)在看來這兩種觀點哪銀河系銀河系■第谷的天文學觀測第谷（丹麥偉大的天文學家）第谷星第谷認為，要創(chuàng)立一個滿意的星體運行理論，必須精確掌握星體的運行位置。在他以前,人們測量天體位置的誤差大約是10‘,第谷通過連續(xù)２０年對行星的觀察，把這個不確定性減小到2’。他編制的星體位置圖表，至今仍有使用價值。第谷被后人譽為“星學之王”，并把天上的一顆恒星命名為“第谷星”?！龅诠鹊奶煳膶W觀測第谷（丹麥偉大的天文學家）第谷星第谷認

開普勒出身貧寒，4歲時患天花損壞了視力，一只手落下殘疾。他在用圓周運動模型對火星軌道的研究中，七十余次嘗試所得的結(jié)果都與第谷的觀測數(shù)據(jù)有至少8'的角度偏差。開普勒對第谷數(shù)據(jù)的精確性深信不疑，猜想行星的運動并非勻速圓周運動。人們長期以來視為真理的觀念第一次受到了懷疑。此后，他經(jīng)過多年的嘗試性計算，終于發(fā)現(xiàn)并先后發(fā)表了行星運動的三個定律。他也獲得了“天空立法者”的光榮稱號。開普勒■開普勒-----天空立法者開普勒出身貧寒，4歲時患天花損壞了視力，一只手■二、開普勒行星運動定律開普勒第一定律（軌道定律）所有的行星圍繞太陽運動的軌道都是橢圓，太陽處在橢圓的一個焦點上。

焦點■二、開普勒行星運動定律開普勒第一定律（軌道定律）焦點2.開普勒第二定律：（面積定律）太陽和行星的連線在相等的時間內(nèi)掃過的面積相等。S1S2S1S2=2.開普勒第二定律：（面積定律）S1S2S1S2=若tAB=tCD=tEK，則sAB=sCD=sEK

SEKABCDEKSABSCD近日點遠日點

可見，行星在遠日點的速率最小，在近日點的速率最大．

合作探究2、行星在遠日點、遠日點的速率比較若tAB=tCD=tEK，則sAB=sCD=s３．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(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等．a(chǎn)FF地球３．開普勒第三定律（周期定律）aFF地球合作學習3、繼美國發(fā)射可重復(fù)使用的運載火箭后，印度稱正在設(shè)計可重復(fù)使用的宇宙飛船，預(yù)計將在2030年發(fā)射成功，這項技術(shù)將使印度在太空領(lǐng)域占有優(yōu)勢。假設(shè)某飛船沿半徑為R的圓周繞地球運行，其周期為T，地球半徑為R0。該飛船要返回地面時，可在軌道上某點A處將速率降到適當數(shù)值，從而沿著以地心為焦點的橢圓軌道運動，橢圓與地球表面的B點相切，如下圖所示。求該飛船由A點運動到B點所需的時間。合作學習3、繼美國發(fā)射可重復(fù)使用的運載火箭后，印度稱正在設(shè)計合作學習根據(jù)題意得橢圓軌道的半長軸r=，根據(jù)開普勒第三定律得，=，解得飛船沿橢圓軌道運動的周期T′=，則飛船由A點到B點的運動時間t=T/2=。

合作學習根據(jù)題意得橢圓軌道的半長軸r=1.開普勒第一定律說明了不同行星繞太陽運動時的橢圓軌道是不同的，在行星的軌道上出現(xiàn)了近日點和遠日點．2開普勒第二定律說明行星在近日點的速率大于在遠日點的速率，從近日點向遠日點運動時速率變小，從遠日點向近日點運動時速率變大．3．開普勒第三定律的表達式為a3/T2＝k，它反映了行星的公轉(zhuǎn)周期跟軌道半長軸之間的依存關(guān)系．橢圓軌道半長軸越長的