《（沪科版）高中物理 5.1从托勒密到开普勒》ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《（沪科版）高中物理 5.1从托勒密到开普勒》ppt课件（21页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第 5章 万有引力与航天 托勒密到开普勒 情境导入 课程目标 1 . 了解人类对行星运动规律的认识历程。 2 . 知道开普勒行星运动定律 ,知道行星运动在中学阶段的近似处理。 3 . 联系相关学科和生活知识 ,初步运用开普勒行星运动定律解决一些简单问题。 4 . 体会科学家实事求是、尊重客观 事实、不迷信权威、敢于坚持真理和勇于探索的科学态度和精神。 一 二 三 一、托勒密集古代天文学研究之大成 公元 15 0 年 ,托勒密构筑了宇宙 “ 地心体系 ” 的九重天模型 , 他的这个模型能够预报相当长时间内的 行星位置 、 日食 和 月食 的发生等。 一 二 三 二、哥白尼迎来了科学的春天 1 .
2、 波兰天文学家哥白尼认为 太阳 是宇宙的中心 ,地球和其他行星都绕太阳 做匀速圆周运动。 2 . 哥白尼运用他的模型 ,不仅算出了每颗行星绕太阳运行的 周期 , 而且第一次算出了每颗行星到太阳的 距离 。 思考 地心说和日心说是两种截然不同的观点 , 现在看来这两种观点哪一种是正确的 ? 提示 :两种观点是人类发展到不同历史时期的产物 ,两种观点都具有历史局限性 ,现在看来都是不完全正确的。 一 二 三 三、开普勒提出行星运动三定律 定律 内容 公式或图示 开普勒第一定律 ( 轨道定律 ) 所有行星围绕太阳运动的轨道都是 椭圆 ,太阳处于所有 椭圆 的一个公共焦点 上 开普勒第二定律 ( 面积
3、定律 ) 对于每一颗行星而言 ,太阳和行星的连线在 相等的时间 内扫过 相等的面积 开普勒第三定律 ( 周期定律 ) 所有行星轨道的 半长轴的三次方与 公转周期的二次方 的比值都相等 公式 :32=k 。式中 k 是与行星无关 的常量 探究点一 探究点二 探究一对开普勒定律的进一步认识 问题导引如图是火星冲日年份示意图 ,观察图中地球、火星的位置 ,思考地球和火星谁的公转周期更长。 提示 :由图可知 ,地球到太阳的距离小于火星到太阳的距离 ,根据开普勒第三定律可得 :火星的公转周期更长一些。 探究点一 探究点二 名师精讲定律 认识角度 阐述 理解 开普勒第一定律 对空间分布的认识 所有行星的轨
4、道都是椭圆 ,所有椭圆有一个共同的焦点 ,太阳就在此焦点上 各行星的椭圆轨道尽管大小不同 , 但是太阳总处在所有轨道的一个共同焦点上 不同行星轨道的半长轴是不同的 , 可能相差很大 行星的椭圆轨道都很接近圆 , 中学阶段在分析处理天体运动问题时 ,可以将行星轨道作为圆来处理 探究点一 探究点二 开普勒第二定律 对速度大小的认识 行星靠近太阳时速度大 , 远离太阳时速度小。第二定律又叫面积定律 如图所示 ,行星沿椭圆轨道运行 ,太阳位于一个椭圆的焦点上 ,如果时间间隔相等 , 即 t1=么面积 B。由此可见 ,行星在远日点的速率最小 ,在近日点的速率最大 该定律反映出同一行星在远日点速率小于近日
5、点速率 开普勒第三定律 对32=认识 半长轴是椭圆长轴的一半 ,不等于太阳到远日点的距离。 T 是公转周期 , 不要误认为是自转周期 高中阶段 ,如果将行星轨道看作圆 , 则 R 为圆的半径 该定律不仅适用于行星 ,也适用于其他天体。例如 , 绕某一行星运动的不同卫星 研究行星运动时 , 常数 k 与行星无关 , 只与太阳有关。研究其他天体时 , 常数 k 与其中心天体有关 探究点一 探究点二 警示 开普勒三定律是行星绕太阳运动规律的总结 ,实践表明该定律也适用于其他天体的运动。 探究点一 探究点二 【例题 1 】 ( 多选 ) 关于行星的运动 , 以下说法正确的是 ( ) A . 行星在椭圆
6、轨道上绕太阳运动的过程中 ,其速度与行 星和太阳之间的距离有关 ,距离小时速度小 ,距离大时速度大 B. 所有行星在椭圆轨道上绕太阳运动 ,太阳在椭圆轨道的一个焦点上 C. 水星的半长轴最短 ,所以公转周期最长 D. 海王星离太阳 “ 最远 ” 所以绕太阳运动的公转周期最长 点拨 :本题可应用开普勒行星运动定律对各选项分别加以分析、判断。 解析 :由开普勒第二定律知行星离太阳距离小时速度大 ,距离大时速度小 , A 错误 ;由开普勒第一定律知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 , B 正确 ;海王星的半长轴大于水星的半长轴 ,由开普勒第三定律可知 ,半长轴越长 ,周期
7、越长 ,故 C 错误 , D 正确。 答案 : 题后反思 记住并理解开普勒三定律的内容 ,可以很容易解答本题。 探究点一 探究点二 探究二天体运动的规律及分析方法 问题导引我们惊叹星空的玄妙 ( 如图所示 ), 我们期望破译日月星辰运动的奥秘。你知道太阳系八大行星绕太阳 “ 旋转 ” 时遵循怎样的规律吗 ? 提示 :开普勒行星运动三大定律。 探究点一 探究点二 名师精讲1 . 天体虽做椭圆运动 , 但它们的轨道一般接近圆。中学阶段我们在处理天体运动问题时 , 一般把天体的运动当作圆周运动来研究 ,并且把它们视为匀速圆周运动 , 椭圆的半长轴即为圆半径。 2 . 在处 理天体运动时 , 开普勒第
8、三定律表述为 : 天体轨道半径 R 的三次方跟它的公转周期 T 的二次方的比值为常数 , 即32=k ,据此可知 , 绕同一天体运动的多个天体 , 运动半径 R 越大的天体 , 其周期越长。 3 . 天体的运动遵循牛顿运动定律及匀速圆周运动的规律 ,它的运动与一般物体的运动在本质规律上没有区别。 警示 ( 1 )32=k 可用于求解行星的周期、行星的轨道半径 ,行星的绕行速度等问题。 ( 2 ) 无论天体做匀速圆周运动 ,还是做椭圆运动 ,它总是遵循牛顿运动定律的。 探究点一 探究点二 【例题 2 】 飞船沿 半径为 R 的圆周轨道绕地球运动 , 其周期为 T 。如果飞船要返回地面 ,可在轨道
9、上的某一点 A 处 ,将速率降低到适当数值 , 从而使飞船沿着以地心为焦点的椭圆轨道运动 ,椭圆和地球表面在 B 点相切 , 如图所示。如果地球半径为 R 0 , 求飞船由 A 点到 点拨 :开普勒第三定律虽然是根据行星绕太阳的运动规律总结出来的 ,但也适用于卫星、飞船等绕行星的运动。飞船绕地球做圆周运动的半长轴即为圆的半径。 探究点一 探究点二 解析 :由题意得 ,飞船椭圆轨道的半长轴为 + 02。 设飞船沿椭圆轨道运动的周期为 T ,则根据开普勒第三定律得 : 32=( + 02)3 2求得 T =T ( + 02 )3=( + 0) + 02 所以 ,飞船由 A 点到 B 点所需的时间为
10、 t= 2=( + 0) + 02 。 答案 :( + 0) + 02 探究点一 探究点二 题后反思 开普勒行星运动定律是行星运动的基本规律 ,利用开普勒行 星运动定律不仅可以进行定性分析 ,还可以用于定量地计算天体运动的轨道问题。 触类旁通 若飞船在 B 点再减速 ,它绕地球表面做圆周运动 ,求此时飞船的周期。 答案 : 033 T 1 2 3 4 5 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 解析 :托勒密是地心说的代表人物 ;哥白尼提出了地球和行星都绕太阳运动 ,是日心说的代表人物 ;布鲁诺、第谷也支持日心说 ,并为日心说的发展作出了贡献
11、。 答案 : B 1 2 3 4 5 2 . 关于行星绕太阳运动 ,下列说法中正确 的是 ( ) A . 所有行星都在同一椭圆轨道上绕太阳运动 B. 行星绕太阳运动时太阳位于行星轨道的中心处 C. 离太阳越近的行星运动周期越长 D. 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 解析 :由开普勒第三定律知 ,所有行星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 ,而各个行星的公转周期不同 ,故它们的轨道半长轴不同 , A 、 C 错 , D 对 ;由开普勒第一定律知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 , B 错。 答案 : D 1 2 3 4 5
12、 3 . 宇宙飞船围绕太阳在近似圆形的轨道上运动 ,若轨道半径是地球轨 道半径的 9 倍 , 则宇宙飞船绕太阳运行的周期是 ( ) A . 3 年 B . 9 年 C . 27 年 D . 91 年 解析 :由开普勒行星运动定律可知 ,船3船2=地3地2,则 T 船 = 船3地3地2= 27 T 地 = 27年。 答案 : C 1 2 3 4 5 4 . ( 多选 ) 关于公式2=k ,下列理解正确的是 ( ) A 一个与行星无关的量 B . 若地球绕太阳运转轨道的半长轴为 a 地 , 周期为 T 地 ; 月球绕地球运转 轨道的半长轴为 a 月 , 周期为 T 月 , 则地2=月2C 示行星运
13、动的自转周期 D 示行星运动的公转周期 解析 :公式2=k 中的 k 为一常数 ,与中心天体有关 ,与行星无关 ,所以选项 球是太阳的行星 ,月球是地球的卫星 ,比例常数不同 ,所以选项 B 错误。公式中的 T 应表示绕中心天体公转的周期 ,而不是自转周期 ,所以选项C 错误 , D 正确。 答案 : 1 2 3 4 5 5 . 已知木星绕太阳公转的周期是地球绕太阳公转周期的 12 倍。则 木星绕太阳公转轨道的半长轴为地球公转轨道半长轴的多少倍 ? 解析 :由开普勒第三定律2=k 可知 : 对地球 :12=k 对木星 :22=k 所以 a 2 = (21)23 a 1 = 5 . 24 a 1 。 答案 : 5 . 24 倍
