2020年初高中物理衔接教材专题讲座第13讲行星的运动

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1、一、学习目标：1、知道地心说和日心说的基本内容；2、知道所有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；3、知道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，且这个比值与行星的质量无关，但与太阳的质量有关；二、学习要点：开普勒三定律衔接点1日心说【基础知识梳理】（1）古人对天体运动存在哪些看法？（“地心说”和“日心说”）（2）什么是“地心说”？什么是“日心说”？（”地心说”认为地球是宇宙的中心，是静止不动的，大阳、月亮以及其他行星都绕地球运动， “日心说”则认为太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动。“地心说的代表人物：托勒密(古希腊)“地心说符合人们的直

2、接经验，同时也符合势力强大的宗教神学关于地球是宇宙中心的认识，故地心说一度占据了统治地位。）（3）“日心说”战胜了“地心说”，最终被接受：“日心说”战胜了“地心说”，最终真理战胜了谬误， “地心说”遭遇的尴尬和“日心说的成功之处？（地心说所描述的天体的运动不仅复杂而且问题很多，如果把地球从天体运动的中心位置移到一个普通的、绕太阳运动的位置，换一个角度来考虑天体的运动，许多问题都可以解决，行星运动的描述也变得筒单了。）（4）“日心说”代表人物：哥白尼，“日心说”能更完美地解释天体的运动。【典例引路剖析】【例题1】日心说的代表人物是 （ ）A. 托勒密 B. 哥白尼C. 布鲁诺 D. 第谷【答案】

3、 B【例题2】探索宇宙的奥秘，一直是人类孜孜不倦的追求下列关于宇宙及星体运动的说法正确的是 （ ）A. 地球是宇宙的中心，太阳、月亮及其他行星都绕地球运动B. 太阳是宇宙的中心，地球和其他行星都绕太阳运动C. 地球是绕太阳运动的一颗行星D. 地心说是正确的，日心说是错误的【答案】 C【解析】开普勒定律可知，所有行星绕太阳做椭圆运动，太阳不是宇宙的中心，也不是静止的，太阳围绕银河系中心旋转而银河系不过是宇宙中千亿个星系中微不足道的一个，C正确【变式训练】1、下列说法中正确的是 （ ）A. 地球和太阳都不是宇宙的中心B. 太阳和月亮都绕地球运动C. 地球是绕太阳运动的一颗行星，而且是唯一的行星D.

4、 日心说正确反映了天体运动规律【答案】 A点睛：此题只要了解天体运动的相关知识，知道日心说和地心说以及开普勒关于天体运动的三个定律，便可以轻松解决2、人类认识行星运动规律的曲折过程给我们的启示:从地心说的直接经验开始，到日心说的转变，不是简单的参考系的变化，而是人类思想的一次重大解放，从此人类的视野超越了地球,走向了宇宙。关于科学家和他们的贡献，下列说法中与物理学的发展历史不相符合的是 （ ）A. 腊科学家托勒密提出了地心说:认为地球是静止不动的，太阳、月亮和星星从人类头顶飞过，地球是宇宙的中心B. 波兰天文学家哥白尼，发表著作天体运行论提出日心说，预示了地心宇宙论的终结C. 德国天文学家开普

5、勒对他的导师第谷观测的行星数据进行了多年研究,得出了开普勒三大行星运动定律D. 波兰天文学家哥白尼，提出了日心说，为此被宗教裁判所烧死在罗马的鲜花广场，为科学付出了生命的代价【答案】 D衔接点2 开普勒一定律【基础知识梳理】第一定律：所有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。这一定律说明了行星运动轨迹的形状，不同的行星绕大阳运行时椭圆轨道相同吗？（不同）衔接点3 开普勒二定律【基础知识梳理】第二定律：对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等时间内扫过相等的面积。如图所示，行星沿着椭圆轨道运行，太阳位于椭圆的一个焦点上，如果时间间隔相等，即t2-t1=t4-t3，那么面积A=面

6、积B。由此可见，行星在远日点a的速率最小，在近日点b的速率最大。【典例引路剖析】【例题1】某行星绕太阳运行的椭圆轨道如图所示，F1和F2是椭圆轨道的两个焦点，行星在A点的速率比在B点的大，则太阳是位于 （ ）A. B B. F1 C. A D. F2【答案】 D【解析】根据开普勒第二定律，对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等时间内扫过相等的面积如果时间间隔相等，即t2-t1=t4-t3，那么面积A=面积B，由题可知，行星在A点的速率比在B点的大，则弧长t1t2弧长t3t4，即A为近日点，B为远日点，太阳位于F2，故D正确，ABC错误故选D衔接点4开普勒三定律【基础知识梳理】第三定律：所有行

7、星的椭圆轨道的半长轴的三次方跟公转周期的平方的比值都相等。由于行星的椭圆轨道都跟圆近似，在近似计算中，可以认为行星都以太阳为圆心做匀速圆周运动，在这种情况下，若用R代表轨道半径，T代表公转周期，开普勒第三定律可以用下面的公式表示：(比值k是一个与行星无关的恒量，只与太阳有关。)名师点睛：（1）开普勘定律不仅适用于行星绕大阳运动，也适用于卫星绕着地球转，不过比例式 中的k是不同的，与中心天体有关。（2）开普勒定律是总结行星运动的现察结果而总结归纳出来的规律。它们每一条都是经验定律，都是从行星运动所取得的资料中总结出来的规律。开普勒定律只涉及运动学、几何学方面的内容。【典例引路剖析】【例题1】关于

8、开普勒行星运动的公式，以下理解不正确的是 （ ）A. k是一个与行星有关的常数B. k是一个与恒星有关的常数C. T表示行星运动的公转周期D. R表示轨道的半长轴【答案】 A【例题2】开普勒分别于1609年和1619年发表了行星运动规律，后人称之为开普勒行星运动定律。关于开普勒行星运动定律，下列说法正确的是 （ ）A. 所有行星绕太阳运动都在同一椭圆轨道上B. 所有行星的轨道的半长轴的二次方跟公转周期的三次方的比值都相等C. 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D. 开普勒独立完成了观测行星运行数据、整理，观测数据、发现行星运动规律等全部工作【答案】 C【解析】根据第一

9、定律：所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，所有行星绕太阳运动不在同一椭圆轨道上，太阳处在所有椭圆的一个焦点上，A错误；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，故B错误C正确；开普勒整理第谷的观测数据后，发现了行星运动的规律，D错误【变式训练】1、理论和实践证明，开普勒定律不仅适用于太阳系中的天体运动，而且对一切天体(包括卫星绕行星的运动)都适用。下列对于开普勒第三定律公式的说法正确的是 （ ）A. 公式只适用于轨道是椭圆的运动B. 式中的K值，对于所有行星(或卫星）都相等C. 若已知月球与地球之间的距离，根据公式可求出地球与太阳之间的距离D. 式中的K值，只与中心天体有

10、关，与绕中心天体旋转的行星（或卫星）无关【答案】 D点睛：此题需要掌握：开普勒运动定律不仅适用于椭圆运动，也适用于圆周运动，不仅适用于行星绕太阳的运动，也适用于卫星绕行星的运动式中的k是与中心星体的质量有关的。2、太阳系中的八大行星的轨道均可以近似看成圆轨道。用R（单位为AU）和T（单位为年）分别表示行星绕太阳公转的圆轨道半径和相应的周期，已知R地=1AU、T地=1年，八大行星的坐标（lgT，lgR）分布在下列哪个坐标系的直线上 （ ）A. B. C. D. 【答案】 A点睛：解决本题的关键掌握开普勒第三定律，并能灵活运用，对于图线问题，一般的解题思路是先得出两个物理量之间的函数关系，从而确定

11、正确图线【提升练习】1、某行星沿椭圆轨道运动，近日点离太阳距离为a，远日点离太阳距离为b，该行星过近日点时的速率为va，则过远日点时速率vb为 （ ）A. B. va C. D. va【答案】 C【解析】取极短时间t，根据开普勒第二定律得avat=bt, 得到，故选C点睛：本题考查对开普勒第二定律的理解和应用能力在极短时间内，行星与太阳连线扫过的范围近似为三角形2、火星和木星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行，根据开普勒行星运动定律可知 （ ）A. 太阳位于木星运行轨道的中心B. 火星和木星绕太阳运行速度的大小始终相等C. 火星与木星公转周期之比的平方等于它们轨道半长轴之比的立方D. 相同时间内，火星

12、与太阳连线扫过的面积等于木星与太阳连线扫过的面积【答案】 C【解析】太阳位于木星运行轨道的焦点位置，选项A错误；根据开普勒行星运动第二定律可知，木星和火星绕太阳运行速度的大小不是始终相等，离太阳较近点速度较大，较远点的速度较小，选项B错误；根据开普勒行星运动第三定律可知， 木星与火星公转周期之比的平方等于它们轨道半长轴之比的立方，选项C正确；根据开普勒行星运动第二定律可知，相同时间内，火星与太阳连线扫过的面积相等，但是不等于木星与太阳连线扫过面积，选项D错误；故选C.3、一恒星系统中，行星a绕恒星做圆周运动的公转周期是0.6年，行星b绕恒星做圆周运动的公转周期是1.9年，根据所学知识比较两行星

13、到恒星的距离关系 （ ）A. 行星a距离恒星近B. 行星b距离恒星近C. 行星a和行星b到恒星的距离一样D. 条件不足，无法比较【答案】 A【解析】试题分析：根据开普勒第三定律可知故选A。考点：开普勒三定律。【名师点睛】掌握开普勒三定律，可以了解行星运动的规律，包括轨道及快慢。4、从天文望远镜中观察到银河系中有两颗行星绕某恒星运行，两行星的轨道均为椭圆，观察测量到它们的运转周期之比为8：1，则它们椭圆轨道的半长轴之比为 （ ）A. 2：1 B. 4：1 C. 8：1 D. 1：4【答案】 B5、下列说法正确的是 （ ）A. 所有行星都在同一个椭圆轨道上绕太阳运动B. 行星绕太阳时太阳位于行星轨

14、道的中心处C. 离太阳越近的行星的运动周期越长D. 所有行星的轨道半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等【答案】 D【解析】试题分析：开普勒第一定律是太阳系中的所有行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上第二定律是在相等的时间内，太阳和行星的连线在相等时间内扫过的面积相等开普勒第三定律中的公式可知半长轴的三次方跟公转转周期二次方的比值相等根据开普勒第一定律，所有行星绕太阳的轨道都是椭圆的，但不是所有行星在同一椭圆轨道上，太阳处于椭圆的焦点上，故AB错误；根据开普勒第三定律中的公式，离太阳越近，周期越短，半长轴的三次方与公转周期的二次方成正比，故C错误D正确6、一行星从近日点向远日点运行时 （ ）A. 近日点速度大 B. 远日点速度大C. 一样大 D. 无法判断【答案】 A【解析】从近日点向远日点运动过程中需要克服引力做功，故动能减小，即速度减小，所以近日点速度大，A正确7、两颗行星的质量分别为m1和m2，绕太阳运行的轨道半长轴分别为r1和r2，则它们的公转周期之比为 （ ）A. B. C. D. 无法确定【答案】 C8、（多选）对于开普勒三大定律下列说法中正确的是 （ ）A. 所有行星绕太阳的轨道都是椭圆的，太阳