物理 第六章 万有引力与航天 第一节 行星的运动 新人教版必修2.ppt

第第 一一 节节 行星的运动行星的运动 (一一)古人对天体运动的看法及发展过程古人对天体运动的看法及发展过程阅读课文一、二自然段阅读课文一、二自然段,同时思考下面几同时思考下面几个问题个问题:1、古代人们对天体运动存在哪些看法、古代人们对天体运动存在哪些看法?2、、什什么么是是“地地心心说说”,什什么么是是“日日心心说说”?3、哪种学说占统治地位的时间较长、哪种学说占统治地位的时间较长?4、两种学说争论的结果是什么、两种学说争论的结果是什么?第第 一一 节节 行星的运动行星的运动 1 1、古代人们对天体运动存在哪些看法、古代人们对天体运动存在哪些看法? ?地心说和日心说两种对立的看法地心说和日心说两种对立的看法2 2、什么是、什么是““地心说地心说””？？托勒密于公元二世纪，提出了托勒密于公元二世纪，提出了自己的宇宙结构学说，即自己的宇宙结构学说，即“地地心说心说”地心说地心说”认为地球是宇宙的中认为地球是宇宙的中心心,是静止不动的是静止不动的,太阳、月亮太阳、月亮以及其他行星都绕地球运动以及其他行星都绕地球运动;地心说直到地心说直到16世纪才被哥白尼世纪才被哥白尼推翻。

推翻托 勒 密第第 一一 节节 行星的运动行星的运动 什么是什么是““日心说日心说””? ?哥白尼在哥白尼在1616世纪提出了日心说世纪提出了日心说日心说认为太阳是静止不动日心说认为太阳是静止不动的，地球的，地球,月亮月亮和其他行星都绕和其他行星都绕太阳运动太阳运动1543 1543 年哥白尼的年哥白尼的《《天体运行天体运行论论》》 出版，书中详细描述了出版，书中详细描述了日心说理论日心说理论哥 白 尼第第 一一 节节 行星的运动行星的运动 3 3、哪种学说占统治地位的时间较长、哪种学说占统治地位的时间较长? ?“地心说地心说” 4 4、两种学说争论的结果是什么、两种学说争论的结果是什么? ?“日心说日心说”最终战胜了最终战胜了“地心说地心说”真理最终战胜了谬误真理最终战胜了谬误讨论讨论: :1 1、、““地心说地心说””为什么能占领较长的统治时间为什么能占领较长的统治时间? ?由于它比较符合人们的日常经验由于它比较符合人们的日常经验, ,如如: :太阳从东边太阳从东边升起升起, ,从西边落下从西边落下; ;同时它也符合当时在政治上占同时它也符合当时在政治上占统治地位的宗教神学观点。

统治地位的宗教神学观点2 2、俗话说、俗话说““眼见为实眼见为实””, ,这种说法是否绝对正确这种说法是否绝对正确? ?试举例由由于于““日日心心说说””最最终终战战胜胜了了““地地心心说说””, ,虽虽然然““地地心说心说””符合人们的经验符合人们的经验, ,但它还是错误的进而说明但它还是错误的进而说明““眼眼见为实见为实””的说法并非绝对正确例如的说法并非绝对正确例如: :我们乘车时我们乘车时观察到树木在向后运动观察到树木在向后运动, ,而事实上并没有动而事实上并没有动( (相对相对于地面于地面) )第第 一一 节节 行星的运动行星的运动 3 3、、““日日心心说说””为为什什么么能能战战胜胜““地地心心说说””? ?试试举例说明举例说明因因为为好好多多““地地心心说说””不不能能解解释释的的现现象象““日日心心说说””则则能能说说明明, ,也也就就是是说说,“,“日日心心说说””比比““地心地心说说””更更科科学学、、更更接接近近事事实实例例如如: :若若地地球球不不动动, ,昼夜交替是太阳绕地球运动形成的昼夜交替是太阳绕地球运动形成的那么那么, ,每天的情况就应是相同的每天的情况就应是相同的, ,而事实上而事实上, ,每每天天白白天天的的长长短短不不同同, ,冷冷暖暖不不同同。

而而““日日心心说说””则则能能说说明明这这种种情情况况: :白白昼昼是是地地球球自自转转形形成的成的, ,而而四季四季是地球绕太阳是地球绕太阳公转公转形成的第第 一一 节节 行星的运动行星的运动 4 4、、““日心说日心说””的观点是否正确的观点是否正确? ?从目前科研结果和我们所掌握的知识来从目前科研结果和我们所掌握的知识来看看,“,“日日心心说说””也也并并不不是是绝绝对对正正确确的的, ,因因为为太太阳只是太阳系的一个中心天体阳只是太阳系的一个中心天体, ,而太阳系而太阳系只是宇宙中众多星系之一只是宇宙中众多星系之一, ,所以太阳并不所以太阳并不是宇宙的中心是宇宙的中心, ,也不是静止不动的也不是静止不动的日心日心说说””只只是是与与““地地心心说说””相相比比更更准准确确一一些些罢罢了第第 一一 节节 行星的运动行星的运动 ( (二二) )开普勒对行星运动的研究开普勒对行星运动的研究阅读课文三、四、五自然段阅读课文三、四、五自然段, ,同时回答下列同时回答下列问题问题: :1 1、古人认为天体做什么运动、古人认为天体做什么运动? ?2 2、开普勒的导师是谁、开普勒的导师是谁, ,他认为天体做什么他认为天体做什么样的运动样的运动? ?3 3、开普勒开始认为天体做何运动、开普勒开始认为天体做何运动? ?4 4、开普勒后来认为天体做何运动、开普勒后来认为天体做何运动? ?第第 一一 节节 行星的运动行星的运动 1 1、古人认为天体做什么运动、古人认为天体做什么运动? ?古人古人把天体的运动看得十分神圣把天体的运动看得十分神圣, ,他们他们认为认为天体的运动不同于地面物体的运动天体的运动不同于地面物体的运动, ,天体做天体做的是最完美、最和谐的匀速圆周运动。

的是最完美、最和谐的匀速圆周运动2 2、开普勒的导师是谁、开普勒的导师是谁, ,他认为天体做什么他认为天体做什么样的运动样的运动? ?丹麦伟大的天文学家第谷丹麦伟大的天文学家第谷他对天体运动的看法与其他古人一样他对天体运动的看法与其他古人一样, ,也认也认为天体在做匀速圆周运动为天体在做匀速圆周运动第第 一一 节节 行星的运动行星的运动 3 3、开普勒、开普勒开始开始认为天体做何运动认为天体做何运动? ?开普勒开始受世俗及导师的影响开普勒开始受世俗及导师的影响, ,也认为天也认为天体在做匀速圆周运动体在做匀速圆周运动4 4、开普勒、开普勒后来后来认为天体做何运动认为天体做何运动? ?他在应用上述观点对天体运动进行观测时发现了问题他在应用上述观点对天体运动进行观测时发现了问题, ,经过刻苦计算经过刻苦计算, ,最终认为最终认为: :所有行星围绕太阳运转的轨道都是椭圆所有行星围绕太阳运转的轨道都是椭圆, ,太阳处在所有太阳处在所有椭圆的一个焦点上椭圆的一个焦点上所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等即的比值都相等。

即: :比值比值k k是一个与行星无关的常量是一个与行星无关的常量第第 一一 节节 行星的运动行星的运动 1 1、开普勒为什么要怀疑他的导师第谷的观、开普勒为什么要怀疑他的导师第谷的观点点? ?2 2、他是怎样总结出行星运动规律的、他是怎样总结出行星运动规律的? ?3 3、常量比值、常量比值k k与行星无关与行星无关, ,你能猜想出他跟你能猜想出他跟谁有关吗谁有关吗? ?分组讨论分组讨论, ,并根据课文、动画所提供的线索并根据课文、动画所提供的线索得出答案得出答案1 1、开普勒为什么要怀疑他的导师第谷的观点、开普勒为什么要怀疑他的导师第谷的观点? ?开普勒在应用第谷的观点对天体运动进行思考时开普勒在应用第谷的观点对天体运动进行思考时所得到的结果与第谷观测的数据存在至少所得到的结果与第谷观测的数据存在至少8′8′的的角度误差，但当时公认观测数据的误差不超过角度误差，但当时公认观测数据的误差不超过2′2′，这也就是说，这也就是说, ,用匀速圆周观点来解释天体运用匀速圆周观点来解释天体运动最少会带来动最少会带来6′6′的角度误差的角度误差. .而造成这一误差的而造成这一误差的可能原因是对天体运动的观点存在问题可能原因是对天体运动的观点存在问题, ,因此产因此产生了对天体运动是匀速圆周运动这一观点的怀疑。

生了对天体运动是匀速圆周运动这一观点的怀疑2 2、他是怎样总结出行星运动规律的、他是怎样总结出行星运动规律的? ?开普勒发现这一问题后并未放弃开普勒发现这一问题后并未放弃, ,而是经过四年而是经过四年多的刻苦计算多的刻苦计算, ,否定了否定了1919种设想后终于总结出了种设想后终于总结出了行星的运动规律行星的运动规律第第 一一 节节 行星的运动行星的运动 3 3、常量比值、常量比值k k与行星无关与行星无关, ,你能猜想出他跟你能猜想出他跟谁有关吗谁有关吗? ?根据开普勒第三定律知根据开普勒第三定律知: :所有行星绕太阳运所有行星绕太阳运动半长轴的三次方跟公转周期二次方的比值动半长轴的三次方跟公转周期二次方的比值是是一一个个常常数数k,k,可可以以猜猜想想, ,这这个个““k”k”一一定定与与运运动动系统的物体有关因为所有行星都相同系统的物体有关因为所有行星都相同, ,而而各行星是不一样的各行星是不一样的, ,故跟行星无关故跟行星无关, ,而在运动而在运动系中除了行星就是中心天体系中除了行星就是中心天体————太阳太阳, ,故这故这一一常数常数““k”k”一定与中心天体一定与中心天体————太阳有关。

太阳有关 开普勒第三定律：所有行星的轨道的半长开普勒第三定律：所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等RFF地球比值比值k是与行星是与行星无关的恒量无关的恒量第第 一一 节节 行星的运动行星的运动 第第 一一 节节 行星的运动行星的运动 开普勒的第二定律：开普勒的第二定律：行星在绕太阳运动时行星在绕太阳运动时, ,行星与太阳的连线在相同行星与太阳的连线在相同时间里扫过的面积是相等的时间里扫过的面积是相等的, ,这就是开普勒第二这就是开普勒第二定律FF从第二定律中可知从第二定律中可知: :行星在绕太阳运动时行星在绕太阳运动时, ,在各在各点的速率大小是不相同的点的速率大小是不相同的, ,远日点远日点时的时的速率最小速率最小; ;近日近日点点时的时的速率最大速率最大　　需要注意：（需要注意：（1）开普勒定律不仅适用于行）开普勒定律不仅适用于行星，也适用于卫星，只不过此时比值星，也适用于卫星，只不过此时比值 k 是由行星是由行星质量所决定的另一恒量质量所决定的另一恒量2）行星的轨道都跟圆近似，因此计算时可以）行星的轨道都跟圆近似，因此计算时可以认为行星是做匀速圆周运动。

认为行星是做匀速圆周运动3 3）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，它们每一条都是经验定总结归纳出来的规律，它们每一条都是经验定律，都是从观察行星运动所取得的资料中总结出律，都是从观察行星运动所取得的资料中总结出来的 思考题：思考题： 1 1、在太阳系中、在太阳系中, ,有八大行星围绕太阳运行有八大行星围绕太阳运行, ,按照按照距太阳的距离排列距太阳的距离排列, ,由近及远依次是由近及远依次是: :水星、金星、水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星那地球、火星、木星、土星、天王星、海王星那么它们绕太阳运行的周期最短的是么它们绕太阳运行的周期最短的是__________2 2、关于行星运动、关于行星运动, ,以下说法正确的是以下说法正确的是( )( )A A、、行星轨道的半长轴越长行星轨道的半长轴越长, ,自转周期越大自转周期越大B B、、行星轨道的半长轴越长行星轨道的半长轴越长, ,公转周期越大公转周期越大C C、、水星的半长轴最短水星的半长轴最短, ,公转周期最大公转周期最大D D、、冥冥王王星星离离太太阳阳““最最远远””, ,绕绕太太阳阳运运动动的的公公转转周周期期最长最长。

水星水星B B、、D D第第 一一 节节 行星的运动行星的运动3 3、地球绕太阳运行的半长轴为、地球绕太阳运行的半长轴为1.50×101.50×101111 m,m,周期为周期为365365天天; ;月球绕地球运行的轨道半月球绕地球运行的轨道半长轴为长轴为3.82×103.82×108 8 m, m,周期为周期为27.327.3天天, ,则对于则对于绕绕 太太 阳阳 运运 行行 的的 行行 星星 , , R R3 3/T/T2 2的的 值值 为为_____m_____m3 3/s/s2 2; ;对于绕地球运行的卫星对于绕地球运行的卫星, , R R3 3/T/T2 2的值为的值为________ m________ m3 3/s/s2 22.5×102.5×102828 7.5×10 7.5×1022224 4、古代人们把天体的运动看得都很神圣、古代人们把天体的运动看得都很神圣, ,认为天认为天体的运动必然是完美、和谐的体的运动必然是完美、和谐的__________运动运动, ,后来后来__________仔细研究了第谷的观测资料仔细研究了第谷的观测资料, ,经过经过4 4年的刻年的刻苦计算苦计算, ,最后终于发现最后终于发现: :所有的行星绕太阳运动的所有的行星绕太阳运动的轨道都是轨道都是_____,_____,太阳处在太阳处在____________位置上位置上, ,所有行所有行星轨道的星轨道的______________跟跟______________的比值都相等。

的比值都相等5 5、关于行星绕太阳运动的下列说法中正确的是、关于行星绕太阳运动的下列说法中正确的是( )( )A.A.所有行星都在同一椭圆轨道上绕太阳运动所有行星都在同一椭圆轨道上绕太阳运动B.B.行星绕太阳运动时行星绕太阳运动时, ,太阳位于行星轨道的中心处太阳位于行星轨道的中心处C.C.离太阳越近的行星运动周期越长离太阳越近的行星运动周期越长D.D.所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等的二次方的比值都相等第第 一一 节节 行星的运动行星的运动小结：小结：本节是本章的开首篇本节是本章的开首篇, ,所述天体运动的描述所述天体运动的描述及其理论的发展过程及其理论的发展过程, ,是后续几节的基础和是后续几节的基础和理论依据理论依据, ,学习时重点掌握开普勒关于行星学习时重点掌握开普勒关于行星运动的理论描述运动的理论描述, ,深刻领会本节体现出的物深刻领会本节体现出的物理研究方法理研究方法, ,例如例如观察、实验、提出假说、观察、实验、提出假说、数学推理、建立模型数学推理、建立模型等方法等方法, ,逐步培养起自逐步培养起自己的学习、研究能力。

己的学习、研究能力第第 一一 节节 行星的运动行星的运动一、一、“地心说地心说”和和“日心说日心说”的发展过程的发展过程二、开普勒行星运动规律二、开普勒行星运动规律 1、开普勒第一定律：、开普勒第一定律：所有的行星围绕太阳运动所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆的轨道都是椭圆,太阳处在所有椭圆的一个焦点上太阳处在所有椭圆的一个焦点上 2、开普勒第二定律：、开普勒第二定律：行星绕太阳运动时，行星行星绕太阳运动时，行星与太阳的连线在相等时间里扫过相等的面积与太阳的连线在相等时间里扫过相等的面积行星绕太阳运时，在各点的速率大小是不相同的，行星绕太阳运时，在各点的速率大小是不相同的，远日点时的速率最小；近日点时的速率最大远日点时的速率最小；近日点时的速率最大2、开普勒第三定律：、开普勒第三定律：所有行星的轨道的半长轴的所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等三次方跟公转周期的二次方的比值都相等数学表达式：数学表达式： = K R:椭圆的半长轴椭圆的半长轴 T:公转周公转周期期 K:常量常量第第 一一 节节 行星的运动行星的运动1、目前的航天飞机的飞行轨道都是近地、目前的航天飞机的飞行轨道都是近地轨道轨道,一般在地球上空一般在地球上空300~700 km飞行飞行,绕绕地地球球飞飞行行一一周周的的时时间间为为90 min左左右右.这这样样,航航天天飞飞机机里里的的飞飞行行员员在在24 h内内可可以以看看见见日日出出日落的次数为日落的次数为( )A、、0.38B、、1C、、2.7 D、、162、、木星绕太阳转动的周期为地球绕太阳转木星绕太阳转动的周期为地球绕太阳转动周期的动周期的12倍，则木星绕太阳运行的轨道倍，则木星绕太阳运行的轨道半半长长轴轴约约为为地地球球绕绕太太阳阳运运行行轨轨道道半半长长轴轴的的________倍倍.第第 一一 节节 行星的运动行星的运动3、月球环绕地球运动的轨道半径约为、月球环绕地球运动的轨道半径约为地球半径的地球半径的60倍倍,运行周期约为运行周期约为27天天,应应用开普勒定律计算用开普勒定律计算:在赤道平面内离地在赤道平面内离地面多少高度面多少高度,人造地球卫星可以随地球人造地球卫星可以随地球一起转动一起转动,就像停留在天空中不动一样就像停留在天空中不动一样?。