行星的運(yùn)動(dòng)【核心素養(yǎng)提升+備課精講精研】 高一下學(xué)期物理人教版（2019）必修第二冊(cè)

§1行星的運(yùn)動(dòng)高一物理（人教版2019）第七章

萬(wàn)有引力與宇宙航行

第七章萬(wàn)有引力與宇宙航行思考與討論：

不同行星都在各自的軌道上繞太陽(yáng)運(yùn)行，行星運(yùn)行的軌道有怎樣的特？行星繞太陽(yáng)的周期與距離太遠(yuǎn)的遠(yuǎn)近是否存在某種關(guān)系？中國(guó)古代對(duì)行星運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)：

五星行度，唯留逆之際最多差。自內(nèi)而進(jìn)者，其退必向外；自外而進(jìn)者，其退必由內(nèi)。其跡如循柳葉，兩末銳，中間往還之道相去甚遠(yuǎn)。故兩末星行成度稍遲，以其斜行故也；中間行度稍速，以其徑絕故也。注釋：五星運(yùn)行的數(shù)據(jù)，以五星稽留和逆行之際誤差最多。五星自黃道以北向北前行的，它們的退行必然要趨向黃道以南；自黃道以南向南前行的，它們的退行必然要進(jìn)入黃道以北。五星的軌跡如同沿著柳葉運(yùn)行的橢圓形，兩頭尖銳，中間往返的路徑之間相距很遠(yuǎn)。所以在軌跡的兩頭，五星的運(yùn)行速度稍慢，這是由于它們斜行的緣故；在軌跡的中間部分，則五星的運(yùn)行速度稍快，這是由于它們直行的緣故。北宋

沈括西方歷史上兩種學(xué)說(shuō)的碰撞地心說(shuō)日心說(shuō)

托勒密代表人物：地心說(shuō)地球是宇宙的中心,并且靜止不動(dòng),一切行星圍繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)。隨著人們對(duì)天體運(yùn)動(dòng)的不斷研究，發(fā)現(xiàn)“地心說(shuō)”所描述的天體的運(yùn)動(dòng)不僅復(fù)雜而且問(wèn)題很多。如果把地球從天體運(yùn)動(dòng)的中心位置移到一個(gè)普通的、繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的行星的位置，換一個(gè)角度來(lái)考慮天體的運(yùn)動(dòng)，許多問(wèn)題都可以解決，行星運(yùn)動(dòng)的描述也變得簡(jiǎn)單了。

哥白尼代表人物：日心說(shuō)太陽(yáng)是宇宙的中心,并且靜止不動(dòng),一切行星都圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)?！叭招恼f(shuō)”相對(duì)“地心說(shuō)”能更完美地解釋天體的運(yùn)動(dòng)，但它并沒(méi)有在天文測(cè)算的精確度上有多大的提高。其后，許多天文學(xué)家對(duì)天體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行不斷的探索、完善，建立了最初的天體運(yùn)動(dòng)理論。近代早期最重要的觀測(cè)工作是由丹麥的第谷進(jìn)行的。第谷對(duì)行星運(yùn)動(dòng)做了大量觀察記錄第谷新課引入

在哥白尼之后，第谷連續(xù)20年對(duì)行星的位置進(jìn)行了較仔細(xì)的測(cè)量，大大提高了測(cè)量的精確程度。第谷把這個(gè)天體位置的誤差大約從10’減小到2’。為哥白尼的學(xué)說(shuō)提供了關(guān)鍵性的支持。開普勒：終得行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律開普勒新課引入

開普勒相信哥白尼的學(xué)說(shuō)，按行星繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)，在對(duì)火星軌道的研究中，70余次嘗試所得的結(jié)果與第谷的觀察數(shù)據(jù)相差8’，他花了四年時(shí)間一遍一遍地進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算，否定了幾十種假設(shè)，最后終于通過(guò)計(jì)算他發(fā)現(xiàn)了行星運(yùn)動(dòng)三大定律，簡(jiǎn)稱開普勒三大定律。開普勒定律1.開普勒第一定律（軌道定律）

所有的行星圍繞太陽(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。

不同行星軌道不同，太陽(yáng)在這些橢圓軌道的共同焦點(diǎn)上。繪制橢圓橢圓上某點(diǎn)到兩個(gè)焦點(diǎn)的距離之和與橢圓上另一點(diǎn)到兩焦點(diǎn)的距離之和有什么關(guān)系?拓展：把細(xì)繩的兩端合在一起（即兩個(gè)焦點(diǎn)合并成一個(gè)點(diǎn)），再用鉛筆把細(xì)繩拉緊，在板上畫出的圖形是什么？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)的面積相等.如圖為地球繞太陽(yáng)運(yùn)行的示意圖,圖中橢圓表示地球的公轉(zhuǎn)軌道。你認(rèn)為地球在哪一點(diǎn)速度最大？在哪一點(diǎn)速度最??？春夏兩季的時(shí)間長(zhǎng)還是秋冬兩季的時(shí)間長(zhǎng)？學(xué)以致用離太陽(yáng)越近,行星在相等時(shí)間內(nèi)經(jīng)過(guò)的弧長(zhǎng)越長(zhǎng),即行星的速率越大。地球繞太陽(yáng)運(yùn)行時(shí),對(duì)于北半球的觀察者而言,秋冬季節(jié)地球在近日點(diǎn)附近運(yùn)動(dòng),在春夏季節(jié)地球在遠(yuǎn)日點(diǎn)附近活動(dòng)。地球在秋冬季節(jié)比在春夏季節(jié)運(yùn)動(dòng)得快一些,時(shí)間相應(yīng)就短一些。一年之內(nèi),春夏兩季（186天）比秋冬兩季（179天）要長(zhǎng)。3.開普勒第三定律（周期定律）所有行星的軌道的半長(zhǎng)軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等．注意：比值k是與行星無(wú)關(guān)而只與太陽(yáng)有關(guān)的恒量．以地球和火星為例：1.行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道近似為圓，太陽(yáng)處于圓心。2.行星繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)3.所有行星軌道半徑的三次方與它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等，即中學(xué)里的近似處理1.八大行星沿橢圓軌道繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)，下列說(shuō)法中正確的是（）A．太陽(yáng)處在橢圓的中心B．火星繞太陽(yáng)運(yùn)行過(guò)程中，速率不變C．土星比地球的公轉(zhuǎn)周期大D．地球和土星分別與太陽(yáng)的連線在相同時(shí)間內(nèi)掃過(guò)的面積相等C

B

根據(jù)開普勒第二定律可知，太陽(yáng)和火星連線在相等時(shí)間內(nèi)掃過(guò)的面積相等，即近日點(diǎn)速率大于遠(yuǎn)日點(diǎn)的速率，由題意知B點(diǎn)的速率大，所以B點(diǎn)為近日點(diǎn)，所以F1為太陽(yáng)所在位置。故ABD錯(cuò)誤；C正確。C4、火星和木星沿各自的橢圓軌道繞太陽(yáng)運(yùn)行，根據(jù)開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律可知（）A．相同時(shí)間內(nèi)，火星與太陽(yáng)連線掃過(guò)的面積等于木星與太陽(yáng)連線掃過(guò)的面積B．太陽(yáng)位于木星運(yùn)行軌道的中心C．火星和木星繞太陽(yáng)運(yùn)行速度的大小始終相等D．火星與木星公轉(zhuǎn)周期之比的平方等于它們軌道半長(zhǎng)軸之比的立方A．根據(jù)開普勒第二定律可知，相同時(shí)間內(nèi)，火星與太陽(yáng)連線掃過(guò)的面積相等，木星與太陽(yáng)連線掃過(guò)的面積也相等，但二者與太陽(yáng)連線掃過(guò)面積不相等。故A錯(cuò)誤；B．根據(jù)開普勒第一定律可知，太陽(yáng)位于木星運(yùn)行軌道的一個(gè)焦點(diǎn)上。故B錯(cuò)誤；C．根據(jù)開普勒第二定律可