高一物理培優(yōu)人教版必修2課件 第六章第一節(jié)《行星的運動》

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歡迎進入物理課堂 第六章萬有引力與航天 本章循著人類對自然規(guī)律認識的歷史進程 先由天文學(xué)家對天體運動的觀測入手 介紹了太陽與行星間的引力規(guī)律 最終得出了萬有引力定律 隨后對萬有引力理論在天體運動和航天事業(yè)方面的應(yīng)用 做了些定量分析和科學(xué)展望 萬有引力定律并非是 萬能 的 本章簡介了經(jīng)典力學(xué)的局限性 本章著重從物理學(xué)史的角度介紹了物理規(guī)律的建立和發(fā)展 萬有引力定律是在哥白尼 伽利略 開普勒等人的天文學(xué)研究成果的基礎(chǔ)上 由牛頓運用動力學(xué)原理而發(fā)現(xiàn)的重要定律 它不僅能解釋重力產(chǎn)生的原因 也能夠解釋行星和衛(wèi)星的運動規(guī)律 它是天文學(xué)上研究各種天體運動規(guī)律的依據(jù) 天體運動部分與圓周運動的知識聯(lián)系緊密 學(xué)好本章知識既可以鞏固圓周運動的知識 又可以為進一步深入學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ) 本章是高考的重點 近幾年的高考考查人造衛(wèi)星 神舟飛船 探月工程等有關(guān)萬有引力的題目年年都有 考查的題型有選擇題 計算題等 預(yù)計今后的高考 本章仍是考查的熱點之一 第一節(jié)行星的運動 學(xué)習(xí)目標 1 知道地心說和日心說的基本內(nèi)容及發(fā)展過程 2 知道開普勒行星運動定律及建立過程 3 能夠運用開普勒行星運動定律公式解決有關(guān)行星運動問題 重點難點 開普勒行星運動定律及應(yīng)用 易錯問題 誤認為開普勒第三定律中的k是普適恒量 基礎(chǔ)知識梳理 一 地心說與日心說1 地心說 是宇宙的中心 且是靜止不動的 太陽 月亮以及其他行星都繞 運動 地球 地球 2 日心說 是宇宙的中心 且是靜止不動的 地球和其他行星都繞 運動 3 兩種學(xué)說的局限性兩種學(xué)說都把天體的運動看得很神圣 認為天體的運動必然是最完美 最和諧的 運動 而這和丹麥天文學(xué)家 的觀測數(shù)據(jù)不符 太陽 太陽 勻速圓周 第谷 二 開普勒行星運動定律1 開普勒第一定律所有行星繞太陽運動的軌道都是 太陽處在橢圓的一個 因此第一定律也叫軌道定律 橢圓 焦點 2 開普勒第二定律太陽與任何一個行星的連線在相等的時間內(nèi)掃過的 相等 因此第二定律也叫面積定律 面積 3 開普勒第三定律行星繞太陽運行軌道半長軸a的 與其公轉(zhuǎn)周期T的 成正比 即 k k是一個與行星 的常量 因此第三定律也叫周期定律 三次方 二次方 無關(guān) 三 行星運動的近似處理1 大多數(shù)行星繞太陽運動的軌道十分接近圓 太陽處在 2 對某一行星來說 它繞太陽做圓周運動的 或線速度 不變 即行星做 運動 圓心 角速度 勻速圓周 3 所有行星軌道半徑的 跟它的公轉(zhuǎn)周期的 的比值都相等 表達式 三次方 二次方 核心要點突破 一 對開普勒定律的認識1 從空間分布認識行星的軌道都是橢圓 所有橢圓有一個共同的焦點 太陽就在此焦點上 因此在行星的軌道上出現(xiàn)了近日點和遠日點 如圖6 1 1所示 圖6 1 1 2 從速度大小認識由開普勒第二定律可知 行星從近日點向遠日點運動時 其速率減小 由遠日點向近日點運動時其速率增大 如圖6 1 2所示 圖6 1 2 3 對的認識第三定律反映了行星公轉(zhuǎn)周期跟軌道半長軸之間的依賴關(guān)系 橢圓軌道半長軸越長的行星 其公轉(zhuǎn)周期越大 二 對開普勒定律的理解1 開普勒行星運動定律是由行星繞太陽運動總結(jié)出的定律 實踐證明此定律也同樣適用于其他的天體系統(tǒng) 例如 地 月系統(tǒng)中月球繞地球轉(zhuǎn)動 衛(wèi)星繞地球轉(zhuǎn)動也符合該定律 2 在開普勒第三定律中 在同一天體系統(tǒng)中 k值相等 但在不同的天體系統(tǒng)中 k值不相同 k值的大小由系統(tǒng)的中心天體決定 3 開普勒第三定律也適用于圓形軌道 即對圓周運動的天體 其半長軸即為軌道半徑 周期與半徑的關(guān)系為 特別提醒1 行星繞太陽的運動不是勻速圓周運動 所以行星的速度方向并不總是垂直于行星和太陽的連線 但行星繞太陽運動一周的時間仍為一個周期 此周期不能用勻速圓周運動求解 而應(yīng)根據(jù)開普勒定律對不同運動應(yīng)用其相應(yīng)的運動規(guī)律去判斷和求解 做橢圓運動的衛(wèi)星也可用此規(guī)律求解 2 在同一天體系統(tǒng)中 如果已知某一 行星 的公轉(zhuǎn)周期而求其軌道半徑時 可通過另一已知軌道半徑和周期的 行星 利用開普勒第三定律解答 課堂互動講練 某行星沿橢圓軌道運行 遠日點離太陽的距離為a 近日點離太陽的距離為b 過遠日點時行星的速率為va 則過近日點時的速率為 解析 如圖6 1 3所示 A B分別表示遠日點 近日點 由開普勒第二定律知 太陽和行星的連線在相等的時間里掃過的面積相等 取足夠短的時間 t 則有 va t a vb t b 所以 圖6 1 3 答案 C 點評 把握開普勒第二定律中太陽和行星的連線在相等的時間里掃過相等的面積是解題的關(guān)鍵 1 2010年廣東高一檢測 如圖6 1 4所示是行星m繞恒星M運動的情況示意圖 則下列說法正確的是 A 速度最大點是B點B 速度最小點是C點C m從A到B做減速運動D m從B到A做減速運動 圖6 1 4 解析 選C 因恒星M與行星m的連線在相同時間內(nèi)掃過的面積相同 又因BM最長 故B點是軌道上的最遠點 所以速度最小 所以m從A到B做減速運動 而從B到A做加速運動 故C選項正確 有一個名叫谷神的小行星 質(zhì)量為m 1 00 1021kg 它的軌道半徑是地球繞太陽運動半徑的2 77倍 求谷神星繞太陽一周所需要的時間 解析 設(shè)地球的軌道半徑為R0 則谷神星繞太陽運行的軌道半徑為Rn 2 77R0又知地球繞太陽運行周期為T0 365天據(jù)得 谷神星繞太陽的運行周期 答案 1683天或1 45 108s 點評 在應(yīng)用時須注意 1 搞清行星的軌道是橢圓軌道還是圓形軌道 2 T為天體圍繞中心天體公轉(zhuǎn)的周期而非自轉(zhuǎn)周期 3 必須是圍繞同一中心天體運轉(zhuǎn) 2 月球環(huán)繞地球運動的軌道半徑約為地球半徑的60倍 運行周期約為27天 應(yīng)用開普勒定律計算 在赤道平面內(nèi)離地面多高 人造地球衛(wèi)星可隨地球一起轉(zhuǎn)動 就像停留在天空中不動一樣 已知R地 6 4 103km 解析 設(shè)人造地球衛(wèi)星軌道半徑為R 周期為T 由題意知月球軌道半徑為60R地 周期為T0 則有得 衛(wèi)星離地高度H R R地 5 67R地 5 67 6400km 3 63 104km答案 3 63 104km 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全