【連載】物理：人教版-高中-必修2-行星的運動 教學設計 教案

一、地心說和日心說

1.基本知識

（1）地心說

①內容：地球是宇宙的中心，是靜止不動的，太陽、月亮以及其他行星都繞地球運動．

②代表人物：托勒密．

（2）日心說

①內容：太陽是靜止不動的，地球和其他行星都繞太陽運動．

（3）兩種學說的局限性

它們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、最和諧的勻速圓周運動，而這和丹麥天文學家第谷的觀測數(shù)據(jù)不符．

2．思考判斷

（1）宇宙的中心是太陽，所有行星都在繞太陽做勻速圓周運動．(×)

（2）造成天體每天東升西落的原因是天空不轉動，只是地球每天自西向東自轉一周．(×)

（3）與日地距離相比，恒星離地球都十分遙遠．(√)

探究交流

地心說和日心說是兩種截然不同的觀點，現(xiàn)在看來這兩種觀點哪一種是正確的？

【提示】　兩種觀點受人們意識的限制，是人類發(fā)展到不同歷史時期的產物．兩種觀點都具有歷史局限性，現(xiàn)在看來都是不完全正確的.

二、開普勒行星運動定律

1.基本知識

2.思考判斷

（1）圍繞太陽運動的行星的速率是一成不變的．(×)

（2）開普勒定律僅適用于行星繞太陽的運動．(×)

（3）行星軌道的半長軸越長，行星的周期越長．(√)

探究交流

行星繞太陽在橢圓軌道上運行，行星距太陽較近處與距太陽較遠處相比較，運動速率何處較大？

【提示】　由開普勒第二定律可知，由于在相等的時間內，行星與太陽的連線掃過相等的面積，顯然相距較近時相等時間內經過的弧長必須較長，因此運動速率較大.

三、行星運動的近似處理

1.基本知識

（1）行星繞太陽運動的軌道十分接近圓，太陽處在圓心．

（2）對某一行星來說，它繞太陽做圓周運動的角速度(或線速度)不變，即行星做勻速圓周運動．

（3）所有行星軌道半徑的三次方跟它的公轉周期的二次方的比值都相等．

2．思考判斷

（1）在中學階段可認為地球圍繞太陽做圓周運動．(√)

中的a可認為是行星的軌道半徑．(√)

探究交流

下圖是火星沖日年份示意圖，觀察圖中地球、火星的位置，思考地球和火星誰的公轉周期更長．

火星沖日年份示意圖

【提示】　由題圖可知，地球到太陽的距離小于火星到太陽的距離，根據(jù)開普勒第三定律可得：火星的公轉周期更長一些.

四、對開普勒行星運動定律的理解

【問題導思】　

1．開普勒三定律分別從哪些方面揭示了行星的運動規(guī)律？

2．太陽的位置是各行星的軌道焦點嗎？

誤區(qū)警示：

開普勒三定律是行星繞太陽運動的總結定律，實踐表明該定律也適用于其他天體的運動，如月球繞地球運動、衛(wèi)星繞木星運動，甚至人造衛(wèi)星繞地球運動等．

例：有一個名叫谷神的小行星(質量為m＝1.00×1021 kg)，它的軌道半徑是地球繞太陽運動的軌道半徑的2.77倍，則它繞太陽一周所需要的時間為(　　)

【審題指導】　該題中谷神小行星與地球比較公轉周期，需明確以下問題：

（1）地球的公轉周期為1年．

（2）利用開普勒第三定律求解．

【答案】　D

五、天體運動的規(guī)律及分析方法

1．天體的運動可近似看成勻速圓周運動：天體雖做橢圓運動，但它們的軌道一般接近圓．中學階段我們在處理天體運動問題時，為簡化運算，一般把天體的運動當作圓周運動來研究，并且把它們視為做勻速圓周運動，橢圓的半長軸即為圓半徑．

2．在處理天體運動時，開普勒第三定律表述為：天體軌道半徑r的三次方跟它的公轉周期T的二次方的比值為常數(shù)，

據(jù)此可知，繞同一天體運動的多個天體，軌道半徑r越大的天體，其周期越長．

3．天體的運動遵循牛頓運動定律及勻速圓周運動規(guī)律，與一般物體的運動在應用這兩個規(guī)律上沒有區(qū)別．

特別提醒

1．對于同一中心天體的不同行星k的數(shù)值相同，對于不同的中心天體的行星k的數(shù)值不同．

2．公式常常用于比較不同行星周期或半徑．

例：飛船沿半徑為R的圓周繞地球運動，其周期為T.如果飛船要返回地面，可在軌道上某點A處，將速率降低到適當數(shù)值，從而使飛船沿著以地心為焦點的橢圓軌道運動，橢圓和地球表面在B點相切，如圖6-1-2所示．如果地球半徑為R0，求飛船由A點運動到B點所需要的時間

規(guī)律總結：開普勒第三定律的應用

應用開普勒第三定律可分析行星的周期、半徑，應用時可按以下步驟分析：

1．首先判斷兩個行星的中心天體是否相同，只有對同一個中心天體開普勒第三定律才成立．

2．明確題中給出的周期關系或半徑關系．

3．根據(jù)開普勒第三定律列式求解．

第一節(jié)   行星的運動

1、地心說和日心說

2、第一定律：所有行星繞太陽運動的軌道都是橢圓，太陽處在橢圓的一個焦點上。

3、第二定律：對任意一個行星來說，它與太陽的連線在相等時間內掃過相等的面積。

4、開普勒第三定律：所有行星的橢圓軌道的半長軸的三次方跟公轉周期的平方的比值都相等。