人教版（2003）高中物理必修二第六章万有引力与航天—— 行星的运动课件

一、行星的运动太阳系主要成员——太阳和其八大行星：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星 美丽的家园——地球 木星 壮观的太阳日冕 我们的银河系 我国自行开发研究并成功飞行的载人飞船“神州号”。我国宇航员乘着飞船遨游太空！ 航天飞机发射瞬间 让我们开始学习、探索天体运行的奥秘吧！ 一、行星的运动的两种学说首先，我们来了解对太阳、行星运动的认识过程。“地心说”和“日心说”的发展过程在古代，人们对于天体的运动存在着地心说和日心说两种对立的看法。 (1).内容:认为地球是静止不动的，地球是宇宙的中心，太阳和月亮以及其他行星绕地球转动。(3).地心说为什么统治了人们很长时间?符合人们的日常经验，也符合宗教神学关于地球是宇宙中心的说法.(2).代表人物：托勒密1、地心说 (4)托勒密的“地心说”模型存在的问题随着人们对天体运动的不断研究，发现“地心说”所描述的天体的运动不仅复杂而且问题很多.科学家就猜想：如果把地球从天体运动的中心位置移到一个普通的、绕太阳运动的行星的位置，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简单了.随着世界航海事业的发展，人们希望借助星星的位置为船队导航，因而对行星的运动观测越来越精确，科学家经过长期观测及记录的大量的观测数据，用托勒密的“地心说”模型很难得出完美的解答。 （3）内容:2、日心说（4）代表人物：哥白尼（1）日心说提出的背景哥伦布和麦哲伦的探险航行已经使不少人相信地球并不是一个平台，而是一个球体。（2）哥白尼的推测是不是地球每天在围绕自己的轴线旋转一周.他假设地球并不是宇宙的中心，太阳是静止不动的，地球和其他行星都是围绕着太阳做匀速圆周运动. （5）哥白尼日心说的进步:行星运动的描述简单了，地心说遇到的问题解决了（6）哥白尼日心说为什么在发表了一个世纪中完全被人们所忽视?①在他的著作中，“日心说”只是一个“假设”②当时的欧洲正处于基督教改革与反改革的骚乱中.③在哥白尼的著作中有一些很不精确的数据，根据这些数据得出的计算结果不能很好地与行星位置的观测结果相符合 以上两种观点哪种是比较正确的？ （1）丹麦天文学家第谷探索:在哥白尼之后，第谷连续20年对行星的位置进行了较仔细的测量，大大提高了测量的精确程度。在第谷之前，人们测量天体位置的误差大约是10’，第谷把这个不确定性减小到2’。为哥白尼行星绕太阳做匀速圆周运动的模型提供支持。其后，许多天文学家对天体运动进行不断的探索、完善，建立了最初的天体运动理论。二.天文学家对天体运动进一步的研究第谷（丹麦） （2）德国物理学家开普勒的研究总结了他的导师第谷的全部观测资料，在他最初研究时，他得到的结果与第谷的观察数据相差8/，而当时第谷公认的误差为2/,开普勒想,这8/可能就是认为行星绕太阳匀速圆周运动造成的.后来他花了四年时间一遍一遍地进行数学计算，通过计算这一怀疑使他发现了行星运动三大定律. (1).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，太阳处在椭圆的一个焦点上。三.开普勒行星运动定律RFF太阳开普勒第一定律，解决了行星动行的轨道问题，得出了行星运动的轨道不是圆，行星与太阳的距离不断的变化，有时远离太阳，有时靠近太阳，所以行星的运动就不是哥白尼在“日心说”中所提出的行星的运动是圆周运动。注意：1、太阳并不是位于椭圆中心，而是位于焦点处。2、不同行星轨道不同，但所有轨道的焦点重合。 (2).开普勒第二定律（面积定律）对于每一个行星而言，太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积。若tAB=tCD=tEK，则sAB=sCD=sEK (3).开普勒第三定律（周期定律）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相等。注意：比值k是一个与行星本身无关的物理行星绕太阳运动都符合对于地球和木星，就有： 典例1：行星半长轴(x106km)公转周期(天)K值（m3/s2）水星5787.73.23×1018金星1082253.33×1018地球1493653.33×1018火星2286873.36×1018木星77843333.36×1018土星1426107593.36×1018天王星286930686海王星449560188同步卫星0.04241月球0.384427.322 对于同一个行星的不同卫星，它们也符合运动规律：月球、人造卫星以及其他行星的卫星不是绕太阳运动，它们和行星的运动比较，就有：结论：比值k是一个与环绕天体本身无关的物理，只与中心天体有关。 典例2．两个行星的质量分别是m1、m2，它们绕太阳运行的轨道半长轴分别是R1和R2，则它们的公转周期之比为多少？提问：设轨道接近于圆周，两者的运动线速度、角速度、向心加速度之比为多少？ 在中学阶段的研究中按圆处理，所以开普勒定律简化为：①行星绕太阳运动的轨道为圆，太阳处在圆心②绕太阳做圆周运动的角速度（线速度大小）不变，即行星做匀速圆周运动③行星轨道半径的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等。四、高中阶段对行星运动的近似化研究 典例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．81年C 典例4.把月球及绕地球的同步卫星看作绕地球做匀速圆周运动，试计算一下月球与同步卫星到地球球心的距离比。9 典例6.飞船沿半径为R的圆周绕地球运动，其周期为T，如果飞船要返回地面，可在轨道上的某一点A处，将速率降低到适当数值，从而使飞船沿以地心为焦点的椭圆轨道运动，椭圆和地球表面在B处相切，如图，如果地球半径为R0，则飞船由A点到B点所需要的时间是多少？ 这节课我们学习了…… 一、行星的运动“地心说”和“日心说”的发展过程二、天文学家对天体运动进一步的研究三、开普勒行星运动定律四、高中阶段对行星运动的近似化研究