行星的运动 课件 -2022-2023学年高一下学期物理人教版(2019)必修第二册

三．开普勒第二定律（面积定律）
（1）内容：对于每一个行星，太阳和行星的连线在相等的时间内扫过的面
积相等。
思考9：行星在不同的位置速度大小相同吗？
行星沿椭圆轨道运动靠近太阳时速度增大，远
离太阳时速度减小。
近日点速度最大，远日点速度最小。
例题2：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,则太阳位于( A )
同步卫星
108 149 228 778 1426 2870 4498 0.3844 0.0424
87.97 225 365 687 4333 10759 30660 60148 27.3
1
3.36×1018 3.36×1018 3.36×1018 3.36×1018 3.36×1018 3.36×1018 3.37×1018 3.37×1018 1.03×1013 1.03×1013
星的运动
例题4：某人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,其轨道半径为月球绕 地球做圆周运动轨道半径的1/3,则此卫星的运转周期是( B ) 1~4天 B. 4~8天 C. 8~16天 D. 大于16天
例题5：某行星沿椭圆轨道绕太阳运行，如图所示，在这颗行星的轨道
上有a、b、c、d四个对称点.若该行星运动的周期为T，则该行星
A.F2
B. A
C. F1
D. B
练习：如图所示，某行星沿椭圆轨道运行，远日点距太阳距离为a，近 日点距太阳距离为b，过远日点时行星的速率为va，则过近日点时速率 vb为（ C ）
A．vb
b a
va
a B．vb b va
C．vb
a b
va
b D． vb a va
行星轨道数据表 思考10：它们之间有什么关系吗？
地球
F1
F2
a3 =k T2
半长轴a
思考10：你能猜出k可能跟谁有关
吗?行星？太阳？
行星/卫星 半长轴（106km）周期（天） k（m³/s²）
结论： (1)开普勒第三定律 也适用于太阳系以 外的其他环绕系统， 不同的环绕系统， k值不同。 (2)k值与环绕天体 无关，由中心天体 决定。
水星 金星 地球 火星 木星 土星 天王星 海王星 月球
思考2：古人认为天体的运动是最完美最和谐的匀速圆周运动。行 星运动果真如此吗？
思考3：哪位科学家对天体做匀速圆周运动产生怀疑？他基于什 么提出他的观点？ 德国天文学家开普勒用 20 年的时间研究了丹麦天文学 家第谷的 行星观测记录，开普勒用天体做匀速圆周运动的观点所得的结论 和第谷所观察的数据存在至少8′的角度误差,但当时公认观测数据 的误差不超过2′,也就是说，这6′的误差产生的原因可能是对天体 运动的观点存在问题,因此产生了对天体运动是匀速圆周运动这 一观点的怀疑。经过四年多的刻苦计算，先后否定了19种设想， 最后终于计算出行星绕太阳运动的轨迹为椭圆，并总结为行星运 动三大定律。
细绳
焦点
焦点
O
半长轴a
思考7：如何理解开普勒第一定律？
所有的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。
对开普勒第一定律的理解 ①行星绕太阳运行的轨道严格来说不是圆而是椭圆 ； ②太阳不在椭圆的中心，而是在其中一个焦点上 不同行星轨道不同，但所有轨道的焦点重合。 ③行星与太阳间的距离是不断变化的。
例题3：(2021·重庆市渝北区七校高一下期末)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的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的中心
B.地球和太阳的连线与火星和太阳的连线在相等时间内扫过的面积相等 C.开普勒第三定律的表达式 Ta32＝k中的T代表行星的自转周期
√D.开普勒行星运动定律既适用于行星绕太阳的运动，也适用于卫星绕行
思考8：开普勒第一定律解决了什么问题？
开普勒第一定律解决了行星运动的轨道问题。不同行星绕太阳运动 的椭圆轨道是不同的，但所有轨道都有一个共同的焦点——太阳.
例1：关于开普勒第一定律，下列说法不正确的是( B ) A．它的发现是建立在天文学家第谷的观测数据之上 B．该定律中的“所有行星”是指除太阳外太阳系的所有天体 C．开普勒假设天体不是做匀速圆周运动是发现该定律的原因之一 D．开普勒执着于计算和观测数据之间的差别是发现该定律的原因 之一 解析：开普勒第一定律中的“所有行星”并不包括太阳系中行星的 卫星，例如月球。
二.开普勒第一定律（轨道定律）
（1）内容：所有行星绕太阳的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个
焦点上。思考4：什么是椭圆以及它的焦点？
绘制椭圆
实验器材：细绳、图钉、白纸、木板。
实验步骤（1）把白纸铺在木板上，然后按上图钉。
地球
（2）把细绳的两端系在图钉上。
F1
F2
（3）用一支铅笔紧贴着细绳滑动，使 绳始终保持张紧状态。
思考11：什么时候采用开普勒第二定律？什么时候采用开普勒第三定律？
当比较一个行星在椭圆轨道不同位置的速度大小时，选用开普勒第二定 律；当比较或计算两个行星的周期问题时，选用开普勒第三定律.
思考12：实际上，行星的轨道与圆十分接近，我们可以如何处理？
五、开普勒三定律近似处理 （1）行星绕太阳运动的轨道十分接近圆，太阳处在圆心。 （2）对某一行星来说，它绕太阳做圆周运动的角速度（或线速度）不变， 即行星做匀速圆周运动。 （3）所有行星轨道半径 r 的三次方跟它的公转周期 T 的二次方的比值都相 等，即 r3/T2 ＝k。
A.从a到b的运动时间等于从c到d的运动时间
B.从d经a到b的运动时间等于从b经c到d的运动时间
C.a到b的时间tab>
T 4
√D.c到d的时间tcd>
T 4
课堂总结 1、开普勒第一定律：所有行星绕太阳的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一 个焦点上。
2、开普勒第二定律（面积定律） ：对于每一个行星，太阳和行星的联线 在相等的时间内扫过的面积相等。 3、开普勒第三定律（周期定律）
太阳
（4）画出的轨迹就是椭圆，图钉在纸
上留下的痕迹叫作椭圆的焦点。
思考5：椭圆上某点到两个焦点的距离之和与椭圆上另一点到两
焦点的距离之和有什么关系? 思考6：保持绳长不变，当两焦点不 断靠近时，椭圆形状如何变化？ 焦
当两焦点不断靠近时椭圆形状 逐渐趋近于圆，焦点重合时， 半长轴转变圆的半径。
点重合时，半长轴转变为什么？
行星 水星 金星 地球 火星 木星 土星 天王星 海王星
轨道半长轴a(m) 5.79×1010 1.08×1011 1.49×1011 2.28×1011 7.78×1011 1.43×1012 2.87×1012 4.50×1012
公转周期T(s） 7.6×106 1.94×107 3.16×107 5.94×107 3.74×108 9.30×108 2.66×109 5.20×109
a3 =k T2 k 是一个对所有行星都相同的常量。
7.1行星的运动
在浩瀚的宇宙中有无数大小不一、形态各异的天体，如月亮、
地球、太阳、夜空中的星星……由这些天体组成的广袤无限的宇
宙始终是我们渴望了解、不断探索的领域。 人们对行星运动的认识过程是漫长复杂的，历史上有过不同的看法
一、地心说和日心说 1．地心说 （1）代表人物：托勒密 （2）观点： 地球是宇宙的中心，是静止不动的，太阳、月亮以及其 他行星都绕地球运动。 2、日心说 （1）代表人物：哥白尼
（2）观点：太阳是静止不动的，地球和其他行星都在绕太阳运动 思考1：我们知道“日心说” 比“地心说”要准确一些，那么日心说是不是 完全正确？ 日心说也并不是完全正确的，因为太阳只是太阳系的一个中心天体，而太阳 系只是宇宙中众多星系之一，所以太阳并不是宇宙的中心，也不是静止不动 的。鉴于当时人们对自然科学的认识能力，日心说比地心说更科学一些。 在哥白尼之后，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。近代早期最重要的观测工作是由丹麦的第谷进行的。
a3/T2
3.36×1018
3.36×1018 3.36×1018 3.36×1018 3.36×1018 3.36×1018 3.37×1018
3.37×1018
四．开普勒第三定律（周期定律）
（1）内容：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。
若用 a 代表椭圆轨道的半长轴，T 代表公转周期，开普勒第三定律