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1、天体运动天体运动1 1能简要地说出日心说、地心说的两种不同观点能简要地说出日心说、地心说的两种不同观点2 2知道开普勒对行星运动描述的三定律知道开普勒对行星运动描述的三定律3 3体会科学家在宣传和追求科学真理时所表现的体会科学家在宣传和追求科学真理时所表现的坚定信念和献身精神坚定信念和献身精神一、古代关于天体运动的两种学说一、古代关于天体运动的两种学说内容内容局限性局限性地心地心说说 是宇宙的中心，是宇宙的中心，而且是静止不而且是静止不动动的，太的，太阳、月亮以及其他行星阳、月亮以及其他行星都都绕绕 运运动动都把天体的运都把天体的运动动看看得很神圣，得很神圣，认为认为天天体的运体的运动动必然是
2、最必然是最完美、最和完美、最和谐谐的的 运运动动，而和丹麦天文学家而和丹麦天文学家第谷的第谷的观测观测数据不数据不符符日心日心说说 是宇宙的中心，是宇宙的中心，且是静止不且是静止不动动的，地球的，地球和其他行星都和其他行星都绕绕 运运动动地球地球地球地球太阳太阳太阳太阳匀速圆周匀速圆周思思考考1.1.“日日心心说说”最最终终战战胜胜了了“地地心心说说”是是否说明否说明“日心说日心说”就是十分完善的？就是十分完善的？提提示示“日日心心说说”虽虽然然最最终终战战胜胜了了“地地心心说说”，但但它它由由于于当当时时人人们们认认知知水水平平的的局局限限性性，一一些些观观点点也也是是不不准准确确的的，如如
3、运运动动轨轨道道不不是是圆圆而而是是椭椭圆圆，做做的的不不是是匀匀速速圆圆周周运运动动而而是是变变速速曲曲线线运运动动二、开普勒行星运动定律二、开普勒行星运动定律定律定律内容内容公式或图示公式或图示开普勒开普勒第一定第一定律律所有所有 绕太阳运动的绕太阳运动的轨道都是轨道都是 ，太阳处，太阳处在在 的一个的一个 上。上。行星行星椭圆椭圆椭圆椭圆焦点焦点开普勒开普勒第二定第二定律律 从太阳到行星的连线从太阳到行星的连线在在 内扫过内扫过 。相等的时间相等的时间相等的面积相等的面积行星行星 半长轴半长轴 公转周期公转周期 相等相等 无关无关 思思考考2.2.行行星星绕绕太太阳阳在在椭椭圆圆轨轨道道
4、上上运运行行，行行星星距距太太阳阳较较近近处处与与距距太太阳阳较较远远处处相相比比较较，运运动速率何处较大？动速率何处较大？提提示示由由开开普普勒勒第第二二定定律律可可知知，由由于于在在相相等等的的时时间间内内，行行星星与与太太阳阳的的连连线线扫扫过过相相等等的的面面积积，显显然然相相距距较较近近时时相相等等时时间间内内经经过过的的弧弧长长必须较长，因此运动速率较大必须较长，因此运动速率较大三、行星运动的近似处理三、行星运动的近似处理行行星星绕绕太太阳阳运运动动的的轨轨道道十十分分接接近近 ，太太阳阳处处在在 对对某一行星来某一行星来说说，它，它绕绕太阳做太阳做圆圆周运周运动动的的 (或或 )
5、不不变变，即行星做，即行星做 运运动动所所有有行行星星 的的三三次次方方跟跟它它的的公公转转轨轨道周期的道周期的 的比的比值值都相等都相等圆圆圆心圆心角速度角速度线速度线速度匀速圆周匀速圆周轨道半径轨道半径二次方二次方一、对开普勒第二定律的理解一、对开普勒第二定律的理解1.1.理解开普勒第二定律的内涵理解开普勒第二定律的内涵太太阳阳和和行行星星的的连连线线在在相相等等的的时时间间里里扫扫过过的的面面积积相等，是解题的关键相等，是解题的关键由开普勒第二定律可知：行星从近日点向远日由开普勒第二定律可知：行星从近日点向远日点运动，速率减小；从远日点向近日点运动，点运动，速率减小；从远日点向近日点运动
6、，速率增大速率增大 类型类型1 1 开普勒第二定律的应用开普勒第二定律的应用 【典例典例1】某行星沿椭圆轨道运动，远日点离太某行星沿椭圆轨道运动，远日点离太阳的距离为阳的距离为a，近日点离太阳的距离为，近日点离太阳的距离为b，过远，过远日点时行星的速率为日点时行星的速率为va，则过近日点时的速率，则过近日点时的速率为为()答案答案C借题发挥借题发挥 此题作了近似处理，因为在椭圆上任此题作了近似处理，因为在椭圆上任取一小段，每一小段都可看成一个独立取一小段，每一小段都可看成一个独立的圆周上的一段圆弧，所不同的是曲率的圆周上的一段圆弧，所不同的是曲率可能不同而已可能不同而已 【变变式式1】据据报报
7、道道，美美国国计计划划于于2021年年开开始始每每年年送送15 000名名游游客客上上太太空空旅旅游游如如图图所所示示，当当航航天天器器围围绕绕地地球球做做椭椭圆圆运运行行时时，近近地地点点A的的速速率率_(填填“大大于于”“”“小小于于”或或“等等于于”)远远地点地点B的速率的速率解解析析根根据据开开普普勒勒第第二二定定律律：对对于于每每一一个个行行星星而而言言，太太阳阳和和行行星星的的连连线线在在相相等等的的时时间间内内扫扫过过相相等等的的面面积积，由由此此可可得得知知近近地地点点A A的的速速率率大大于远地点于远地点B B的速率的速率答案答案大于大于类型类型2 2 开普勒第三定律的应用开
8、普勒第三定律的应用 【典例典例2】有一个名叫谷神的小行星，质量为有一个名叫谷神的小行星，质量为m1.001021 kg，它的轨道半径是地球绕太阳运动半径，它的轨道半径是地球绕太阳运动半径的的2.77倍，求谷神星绕太阳一周所需要的时间倍，求谷神星绕太阳一周所需要的时间借题发挥借题发挥(1)(1)对对题题目目的的求求解解应应视视条条件件而而定定，本本题题中中用用半半径径替替代代了了半半长长轴轴，由由解解题题结结果果应应更更进进一一步步理理解离太阳越远公转周期越长的结论解离太阳越远公转周期越长的结论(2)(2)在在以以后后的的计计算算问问题题中中，可可以以认认为为行行星星的的轨轨道道近近似似为为圆圆
9、，卫卫星星的的运运行行轨轨道道也也近近似似为为圆圆，这这样样就就使使问问题题变变得得简简单单，计计算算结结果果与与实实际际情情况也相差不大况也相差不大答案答案D20062006年年8 8月月2424日，在捷克首都布拉格召开的日，在捷克首都布拉格召开的国际天文学联合会闭幕大会上，国际天文学联合会闭幕大会上，2 5002 500位来自不位来自不同国家的天文学代表对四个关于确定太阳系行同国家的天文学代表对四个关于确定太阳系行星身份的草案进行投票表决后决定，冥王星失星身份的草案进行投票表决后决定，冥王星失去去“行星行星”地位，被划为地位，被划为“矮行星矮行星”，如图所示，如图所示这意味着，太阳系这意味
10、着，太阳系将只有八个行星将只有八个行星冥王星被踢出行星行列冥王星被踢出行星行列位居太阳系九大行星末席位居太阳系九大行星末席7070多年的冥王星，多年的冥王星，自发现之日起地位就备受争议经过天文学界多自发现之日起地位就备受争议经过天文学界多年的争论以及本届国际天文学联合会大会上数天年的争论以及本届国际天文学联合会大会上数天的争吵，冥王星终于的争吵，冥王星终于“惨遭降级惨遭降级”，被驱逐出了，被驱逐出了行星家族，如图所示从此之后，行星家族，如图所示从此之后，这个游走在太阳系边缘的天体这个游走在太阳系边缘的天体将只能与其他一些差不多大的将只能与其他一些差不多大的“兄弟姐妹兄弟姐妹”一道被称为一道被称
11、为“矮行星矮行星”根据国际天文学联合会大会根据国际天文学联合会大会1111时通过的新时通过的新定义，定义，“行星行星”指的是围绕太阳运转、自身指的是围绕太阳运转、自身引力足以克服其刚体力而使天体呈圆球状、引力足以克服其刚体力而使天体呈圆球状、并且能够清除其轨道附近其他物体的天体并且能够清除其轨道附近其他物体的天体按照新的定义，太阳系行星将包括水星、金按照新的定义，太阳系行星将包括水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星，它们都是在王星，它们都是在19001900年以前被发现的年以前被发现的 【典典例例3 3】关关于于行行星星的的运运动动，以以下下
12、说说法法正正确确的的是是()A A行星轨道的半长轴越长，自转周期就越大行星轨道的半长轴越长，自转周期就越大B B行星轨道的半长轴越长，公转周期就越大行星轨道的半长轴越长，公转周期就越大C C水星离太阳水星离太阳“最近最近”，公转周期最大，公转周期最大D D海海王王星星离离太太阳阳“最最远远”，绕绕太太阳阳运运动动的的公公转周期最大转周期最大答案答案BD 开普勒第二定律的应用开普勒第二定律的应用1如如图图所示所示为为地球地球绕绕太阳运行的太阳运行的示意示意图图，图图中中椭圆椭圆表示地球公表示地球公转轨转轨道，道，Ch、Q、X、D分分别别表示中国表示中国农农历节历节气中的春分、秋分、夏至、冬至气中
13、的春分、秋分、夏至、冬至时时地球所在地球所在的位置，一年之内，春夏两季共的位置，一年之内，春夏两季共186天，而秋冬天，而秋冬两季只有两季只有179天天试说试说明，一年之内秋冬两季明，一年之内秋冬两季节节比春夏两季比春夏两季节节要少几天的原因要少几天的原因解解析析由由开开普普勒勒第第二二定定律律可可知知，地地球球在在冬冬天天比比在在夏夏天天运运行行得得快快一一些些，因因此此地地球球轨轨道道上上春春夏夏部部分分比比秋秋冬冬部部分分要要长长些些从从题题图图看看，从从春春分分到到秋秋分分的的春春夏夏两两季季地地日日连连线线所所扫扫过过的的面面积积，比比从从秋秋分分到到次次年年春春分分的的秋秋冬冬两两
14、季季节节地地日日连连线线所所扫扫过过的的面面积积大大，即即春春夏夏两两季季比比秋秋冬冬两两季季时时间长一些间长一些开普勒第三定律的应用开普勒第三定律的应用 2飞船沿半径为飞船沿半径为R的圆周绕地球运动，其周的圆周绕地球运动，其周期为期为T，如图所示，如果飞船要返回地面，可，如图所示，如果飞船要返回地面，可在轨道上的某一点在轨道上的某一点A处将速率降低到适当值，处将速率降低到适当值，从而使飞船沿着以地心为焦点的特殊椭圆轨道从而使飞船沿着以地心为焦点的特殊椭圆轨道运动，椭圆与地球表面在运动，椭圆与地球表面在B点相切，已知地球点相切，已知地球半径为半径为r，求飞船由，求飞船由A点到点到B点所需的时间
15、点所需的时间 3 3近几年，全球形成探索火星的热潮，近几年，全球形成探索火星的热潮，20052005年年8 8月月1212日，美国新型火星探测飞船日，美国新型火星探测飞船“火火星勘测轨道飞行器星勘测轨道飞行器”发射升空，将探测火星的发射升空，将探测火星的水资源和生命线索，并为未来的火星登陆寻找水资源和生命线索，并为未来的火星登陆寻找合适的地点发射火星探测器可按以下步骤进合适的地点发射火星探测器可按以下步骤进行，第一步，在地球表面用火箭对探测器进行行，第一步，在地球表面用火箭对探测器进行加速，使之成为一个沿地球公转轨道运动的人加速，使之成为一个沿地球公转轨道运动的人造卫星造卫星 第二步是在适当第
16、二步是在适当时时刻启刻启动动探探测测器上的火箭器上的火箭发动发动机，机，在短在短时间时间内内对对探探测测器沿原方向加速，使其速度器沿原方向加速，使其速度值值增加到适当增加到适当值值，从而使探，从而使探测测器沿着一个与地球器沿着一个与地球轨轨道及火星道及火星轨轨道分道分别别在在长轴长轴两端相切的半个两端相切的半个椭圆轨椭圆轨道道飞飞行，运行其半个周期后正好行，运行其半个周期后正好飞飞行到火星表面行到火星表面附近，使之成附近，使之成为绕为绕火星运行的火星运行的卫卫星，然后采取措星，然后采取措施使之降落在火星上如施使之降落在火星上如图图所示，所示，设设地球的地球的轨轨道道半径半径为为R，火星的，火星的轨轨道半径道半径为为1.5R，求探求探测测器从地球运行器从地球运行轨轨道到火星运道到火星运行行轨轨道大道大约约需要多需要多长时间长时间？