高中物理必修二演講者：曹雄3.1天體運(yùn)動目錄一、一段探索歷程二、開普勒定律【PART.01】一、一段探索歷程一段探索歷程人類對太空的探索01中國古代人們對太空的遐想：天問遂古之初,誰傳道之?上下未形,何由考之?……..夜光何德,死則又育?厥利維何,而顧菟在腹?……..關(guān)于遠(yuǎn)古最開始的一些情況,是怎么樣演變流傳下來的呢?像那種天地尚未形成的景象，又是根據(jù)什么去考察出來的?月亮有何德行為何死而復(fù)生?月中黑影難道是兔子在腹中?一段探索歷程人類對太空的探索01浩瀚的宇宙，群星璀璨，自古以來就吸引著人們探索其中的奧秘。是什么力量使它們?nèi)绱撕椭C而又有規(guī)律的運(yùn)動著呢？太陽系銀河系一段探索歷程人類對太空的探索01今天，我們利用著這些規(guī)律，創(chuàng)造了一個個令人矚目的成就！中國的航天事業(yè)一段探索歷程人類對太空的探索01

是什么規(guī)律如此強(qiáng)大？讓我們一起來追溯它的發(fā)現(xiàn)歷程吧！一段探索歷程兩種學(xué)說的碰撞02地心說日心說一段探索歷程兩種學(xué)說的碰撞02代表人物：托勒密地球是宇宙的中心,并且靜止不動,一切行星圍繞地球做圓周運(yùn)動。地心說一段探索歷程兩種學(xué)說的碰撞02代表人物：哥白尼太陽是宇宙的中心,并且靜止不動,一切行星都圍繞太陽運(yùn)動。日心說一段探索歷程兩種學(xué)說的碰撞02關(guān)注：日心說(1)日心說提出的背景：在當(dāng)時，哥倫布和麥哲倫的探險航行已經(jīng)使不少人相信地球并不是一個平臺，而是一個球體。(2)哥白尼的推測：是不是地球每天在圍繞自己的軸線旋轉(zhuǎn)一周(3)內(nèi)容：他假設(shè)地球并不是宇宙的中心，太陽是靜止不動的，地球和其他行星都是圍繞著太陽做勻速圓周運(yùn)動.一段探索歷程兩種學(xué)說的碰撞02“日心說”相對“地心說”能更完美地解釋天體的運(yùn)動，但它并沒有在天文測算的精確度上有多大的提高。其后，許多天文學(xué)家對天體運(yùn)動進(jìn)行不斷的探索、完善，建立了最初的天體運(yùn)動理論。近代早期最重要的觀測工作是由丹麥的第谷進(jìn)行的。一段探索歷程觀測大師——第谷03哥白尼之后，第谷連續(xù)20年對行星的位置進(jìn)行了較仔細(xì)的測量，大大提高了測量的精確程度。在第谷之前，人們測量天體位置的誤差大約是10ˊ，第谷把這個不確定性減小到2ˊ。得出行星繞太陽做勻速圓周運(yùn)動的模型。第谷（1546-1601）“日心說”最終戰(zhàn)勝“地心說”的科學(xué)功臣。一段探索歷程觀測大師——第谷03古人都把天體的運(yùn)動看的很神圣，認(rèn)為天體的運(yùn)動必然是最完美、最和諧的勻速圓周運(yùn)動。行星的運(yùn)動果真如此嗎？一段探索歷程時代天才——開普勒04德國的物理學(xué)家開普勒繼承和總結(jié)了他的導(dǎo)師第谷的全部觀測資料及數(shù)據(jù)，他得到的結(jié)果與第谷的觀察數(shù)據(jù)相差8ˊ，而當(dāng)時第谷公認(rèn)的誤差為2ˊ。開普勒經(jīng)過20年的研究和四年多的刻苦計算，先后否定了19種設(shè)想，最后終于計算出行星繞太陽運(yùn)動的軌跡為橢圓，并總結(jié)為行星運(yùn)動三大定律。一段探索歷程視頻欣賞05【PART.02】二、開普勒定律開普勒定律開普勒第一定律01

所有的行星圍繞太陽運(yùn)動的軌道都是橢圓，太陽處在所有橢圓的一個焦點上。

說明：1.太陽并不是位于橢圓中心，而是位于焦點處。2.不同行星運(yùn)行軌道是不同的。開普勒第一定律也常說成軌道定律開普勒第二定律02

對于任意一個行星而言，它和太陽的連線在相等的時間內(nèi)掃過相等的面積。說明：行星在近日點速率大于遠(yuǎn)日點速率。開普勒第二定律也常說成面積定律開普勒定律開普勒第二定律02春夏兩季（186天）比秋冬兩季（179天）要長。你認(rèn)為春夏兩季的時間長還是秋冬兩季的時間長？開普勒定律開普勒第三定律03

所有行星軌道的半長軸的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比都相等。猜想：a3/T2=k，你能猜出k可能跟誰有關(guān)嗎?行星？太陽？開普勒第三定律也常說成周期定律開普勒定律開普勒第三定律03行星/衛(wèi)星半長軸（106km）周期（天）k（m3/s2）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同步衛(wèi)星0.042413.36×10183.36×10183.36×10183.36×10183.36×10183.36×10183.37×10183.37×10181.03×10131.03×1013結(jié)論：開普勒第三定律也適用于太陽系以外的其他環(huán)繞系統(tǒng)，不同的環(huán)繞系統(tǒng)，k值不同。k值與環(huán)繞天體無關(guān)，由中心天體決定。開普勒定律行星運(yùn)動的近似處理方法04實際上，行星的軌道與圓十分接近（圖7.1-3），在中學(xué)階段的研究中我們可按圓軌道處理。開普勒定律課堂練習(xí)06課堂小結(jié)05行星的運(yùn)動兩種學(xué)說地心說日心說三大定律軌道定律面積定律周期定律四大人物托勒密哥白尼第谷開普勒開普勒定律課堂練習(xí)06

【參考答案】C課堂練習(xí)06【練習(xí)2】（多選）哈雷彗星繞太陽運(yùn)動的軌道是比較扁的橢圓，下列說法正確的是（

）A．彗星在近日點的速率大于在遠(yuǎn)日點的速率B．彗星在近日點的角速度大于在遠(yuǎn)日點的角速度C．若彗星的周期為76年，則它的半長軸是地球公轉(zhuǎn)半徑的

倍D．若彗星周期為76年，則它的半長軸是地球公轉(zhuǎn)半徑的76倍【參考答案】ABC課堂練習(xí)06【練習(xí)3】如圖所示，B為繞地球沿橢圓軌道運(yùn)行的衛(wèi)星，橢圓的半長軸為a，運(yùn)行周期為TB；C為繞地球沿圓周運(yùn)動的衛(wèi)星，圓周的半徑為r，運(yùn)行周期為TC。下列說法或關(guān)系式中正確的是（）A．地球位于B衛(wèi)星軌道的一個焦點上，位于C衛(wèi)星軌道的圓心上B．衛(wèi)星B和衛(wèi)星C運(yùn)動的速度大小均不變C．

，該比值的大小與地球有關(guān)D．

，該比值的大小不僅與地球有關(guān)，還與太陽有關(guān)【參考答案】A課堂練習(xí)06【練習(xí)4】假如某天地球加速繞太陽做橢圓軌道運(yùn)動，地球到太陽的最近距離仍為R（R為加速前地球繞太陽做圓周運(yùn)動時與太陽間的距離），地球的公轉(zhuǎn)周期變?yōu)?年，則在該軌道上地球距太陽的最遠(yuǎn)距離為（

）A．2R B．4R C．7R D．8R【參考答案】C課堂練習(xí)06【練習(xí)5】開普勒定律指出，行星繞太陽運(yùn)行的軌道都是橢圓。太陽與這些橢圓的關(guān)系是（）A．太陽處在所有橢圓的中心上B．在相等時間內(nèi)，太陽與每一顆行星的連線掃過相等的面積C．所有行星軌道半長軸的三次方與公轉(zhuǎn)周期二次方的比值都相等，且該比值與太陽無關(guān)D．所有行星軌道半長軸的三次方與公轉(zhuǎn)周期二次方的比值都相等，且該比值與行星無關(guān)【參考答案】D課堂練習(xí)06【練習(xí)6】北京冬奧會開幕式24節(jié)氣倒計時驚艷全球，如圖是地球沿橢圓軌道繞太陽運(yùn)行所處不同位置對應(yīng)的節(jié)氣，下列說法正確的