人教版必修二萬(wàn)有引力和航天專題開普勒三定律學(xué)案含答案

1、高中物理開普勒三定律、考點(diǎn)突破知識(shí)點(diǎn)考名腰求題型分值開普勒二定律知道開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律以及開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律的科學(xué)價(jià)值，了解開普勒第二定律中k值的大小只與中心天體中關(guān)。選擇題計(jì)算題410分、重難點(diǎn)提示重點(diǎn)：理解和掌握開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律，感悟科學(xué)精神、科學(xué)方法。難點(diǎn)：利用開普勒三大定律解決相關(guān)問(wèn)題。1 .兩種學(xué)說(shuō)(1)地心說(shuō)：地球是宇宙的中心，是靜止不動(dòng)的，太陽(yáng)、月亮以及其他行星都繞地球運(yùn)動(dòng)。(2)日心說(shuō)：太陽(yáng)是宇宙的中心，是靜止不動(dòng)的，地球和其他行星都繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)。(3)局限性：都把天體的運(yùn)動(dòng)看得很神圣，認(rèn)為天體的運(yùn)動(dòng)必然是最完美、最和諧的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，這與丹麥天文學(xué)家第谷的觀測(cè)數(shù)據(jù)不符。2 .

2、開普勒定律(1)開普勒第一定律(軌道定律)：所有行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓，太陽(yáng)處在橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。(2)開普勒第二定律(面積定律)：對(duì)任意一個(gè)行星來(lái)說(shuō)，它與太陽(yáng)的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過(guò)相等的面積。(3)開普勒第三定律(周期定律)：所有行星的橢圓軌道的半長(zhǎng)軸的三次方跟它的公R3轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等，即F=k,k是一個(gè)對(duì)所有行星而言都相同的常量。T23 .行星運(yùn)動(dòng)的近似處理(1)行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道十分接近圓，太陽(yáng)處在圓心。(2)對(duì)某一行星來(lái)說(shuō)，它繞太陽(yáng)做圓周運(yùn)動(dòng)的線速度(或角速度)大小不變，即行星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。(3)所有行星軌道半徑的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等。例題1

3、關(guān)于行星運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)法正確的是()A.地球是宇宙的中心，太陽(yáng)、月亮及其他行星都繞地球運(yùn)動(dòng)B.太陽(yáng)是宇宙的中心，地球是圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的一顆行星C.宇宙每時(shí)每刻都是運(yùn)動(dòng)的，靜止是相對(duì)的D.不論是日心說(shuō)還是地心說(shuō)，在研究行星運(yùn)動(dòng)時(shí)都是有局限性的思路分析：宇宙是一個(gè)無(wú)限的空間，太陽(yáng)系只是其中很小的一個(gè)星系，日心說(shuō)的核心是認(rèn)為太陽(yáng)是各行星運(yùn)動(dòng)的中心。答案：CD例題2下列說(shuō)法中正確的是()A.太陽(yáng)系中的八大行星有一個(gè)共同的軌道焦點(diǎn)B.太陽(yáng)系中的八大行星的軌道并不都是橢圓C.行星的運(yùn)動(dòng)方向總是沿著軌道的切線方向D.行星的運(yùn)動(dòng)方向總是與它和太陽(yáng)的連線垂直思路分析：太陽(yáng)系中的八大行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓,而太

4、陽(yáng)位于八大行星橢圓軌道的一個(gè)共同焦點(diǎn)上，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；行星的運(yùn)動(dòng)是曲線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)方向總是沿著軌道的切線方向，選項(xiàng)C正確。行星從近日點(diǎn)向遠(yuǎn)日點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，行星的運(yùn)動(dòng)方向和它與太陽(yáng)連線的夾角大于90。；行星從遠(yuǎn)日點(diǎn)向近日點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，行星的運(yùn)動(dòng)方向和它與太陽(yáng)連線的夾角小于90°,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案：AC例題3關(guān)于開普勒行星運(yùn)動(dòng)的公式R3R2=k,以下理解正確的是（T2A.k是一個(gè)與行星無(wú)關(guān)的量B.若地球繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)軌道的半長(zhǎng)軸為R地，周期為T地；月球繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)軌道的半長(zhǎng)軸為R月，周期為T月，則T地2T月2C.T表示行星運(yùn)動(dòng)的自轉(zhuǎn)周期D.T表示行星運(yùn)動(dòng)的公轉(zhuǎn)周期思路分析:半徑的關(guān)系，中心天體不同

5、,R3R2=k是指圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的行星或者指圍繞某一行星運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星的周期與T是公轉(zhuǎn)周期，k是一個(gè)與環(huán)繞星體無(wú)關(guān)的量，只與被環(huán)繞的中心天體有關(guān)，其值不同，只有圍繞同一天體運(yùn)動(dòng)的行星或衛(wèi)星，它們半長(zhǎng)軸的三次方與公轉(zhuǎn)周期的二次方之比才是同一常數(shù)，故R地3一一T地2一答案：AD例題4如圖所示，飛船沿半徑為若飛船要返回地面，可在軌道上某點(diǎn)R的圓周繞地球運(yùn)動(dòng)，其周期為T,地球半徑為R,A處將速率降到適當(dāng)?shù)臄?shù)值，從而使飛船沿著以地心為焦點(diǎn)的橢圓軌道運(yùn)行，橢圓與地球表面在B點(diǎn)相切，求飛船由A點(diǎn)到B點(diǎn)所需要的時(shí)間。思路分析：當(dāng)飛船做半徑為R的圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),回地面時(shí)，從A處降速后沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng)至B,3的半長(zhǎng)軸為a,則

6、當(dāng)=kT2R3由開普勒第三定律R2=k知，當(dāng)飛船返T2設(shè)飛船沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng)的周期為T”，橢圓可解得T”=.（a）3T,kRR由于a=,由A運(yùn)動(dòng)到B的時(shí)間為2T't=2.T'1可知t=22(R：0)3R3T(RRo)T4RRR02R答案：（RR0）T如圖所示,道（圓形軌道）4R2R發(fā)射同步通訊衛(wèi)星一般都要采用變軌道發(fā)射的方法:點(diǎn)火，衛(wèi)星進(jìn)入停泊軌;當(dāng)衛(wèi)星穿過(guò)位于赤道平面上的A點(diǎn)時(shí)，點(diǎn)火，衛(wèi)星進(jìn)入轉(zhuǎn)移軌道（橢圓軌道）；當(dāng)衛(wèi)星到達(dá)遠(yuǎn)地點(diǎn)B時(shí)，點(diǎn)火，進(jìn)入靜止軌道（同步軌道）。已知停泊軌道的軌道半徑為、周期為丁0,同步軌道的軌道半徑為r周期為則（）A.衛(wèi)星在同步軌道上運(yùn)行的線速度比在圓形

7、軌道上時(shí)大T0T1B.衛(wèi)星在橢圓軌道上運(yùn)行的周期為-2C.衛(wèi)星在橢圓軌道上運(yùn)行從A到B時(shí)間為T0(r0r12:2r0D.衛(wèi)星在橢圓軌道上運(yùn)行經(jīng)過(guò)思路分析：衛(wèi)星在兩個(gè)圓軌道上,A點(diǎn)的速度等于在停泊軌道運(yùn)行經(jīng)過(guò)軌道半徑ri>ro,由萬(wàn)有引力公式可得:A點(diǎn)的速度GMm2二r2vm一，rv=選項(xiàng)A錯(cuò)誤；根據(jù)開普勒第三定GM-,衛(wèi)星的軌道半徑越大，其運(yùn)行的線速度越小,r律，所有地球的衛(wèi)星，無(wú)論軌道是圓，還是橢圓，它們半長(zhǎng)軸的三次方和運(yùn)動(dòng)周期的平方之比是定值。設(shè)衛(wèi)星在橢圓軌道上運(yùn)行的周期為T,橢圓軌道的半長(zhǎng)軸為a,a=叵U，由233開普勒第三定律得：與=3,T=ToM，(10)3,選項(xiàng)B錯(cuò)誤；衛(wèi)星在

8、橢圓軌道上運(yùn)行T02T2.2ro7從A到B的時(shí)間為T,即T0，(曳上)3,選項(xiàng)C正確；衛(wèi)星在停泊軌道上運(yùn)行經(jīng)過(guò)A點(diǎn)22ro7時(shí)，點(diǎn)火，速度變大，做離心運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入橢圓軌道，故衛(wèi)星在橢圓軌道上運(yùn)行經(jīng)過(guò)A點(diǎn)的速度大于在停泊軌道上運(yùn)行經(jīng)過(guò)A點(diǎn)的速度，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案：C【方法提煉】(1)開普勒第二定律不僅適用于以太陽(yáng)為中心天體的運(yùn)動(dòng)，而且也適用于以地球或其他星體為中心天體的運(yùn)動(dòng)。(2)由開普勒第二定律可知：行星從近日點(diǎn)向遠(yuǎn)日點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，其速率減小，而由遠(yuǎn)日點(diǎn)向近日點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，其速率增大。(3)在很短的一段時(shí)間內(nèi)，可以認(rèn)為行星在近日點(diǎn)和遠(yuǎn)日點(diǎn)都做圓周運(yùn)動(dòng)，根據(jù)弧長(zhǎng)公式l=R0和扇形面積公式S=1IR知，S=-R2Qo22滿分訓(xùn)練：1970年4月24日，我國(guó)自行設(shè)計(jì)、制造的第一顆人造地球衛(wèi)星東方紅一號(hào)”發(fā)射成功，開創(chuàng)了我國(guó)航天事業(yè)的新紀(jì)元。如圖所示，東方紅一號(hào)”的運(yùn)行軌道為橢圓軌道，其近地點(diǎn)M和遠(yuǎn)地點(diǎn)N的高度分別為439km和2384km,則()A.衛(wèi)星在M點(diǎn)的線速度等于N點(diǎn)的線速度B.衛(wèi)星在M點(diǎn)的線速度小于N點(diǎn)的線速度C.衛(wèi)星在M點(diǎn)的線速度大于N點(diǎn)的線速度D.衛(wèi)星在M點(diǎn)的角速度大于N點(diǎn)的角速度思路分析：由于衛(wèi)星與地