高中物理人教版 (2019)必修 第二册1 行星的运动学案设计

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第二册1 行星的运动学案设计，共4页。学案主要包含了行星运动的两种学说，开普勒定律，行星轨道的处理方法等内容，欢迎下载使用。

一、行星运动的两种学说
1．地心说观点：地球是宇宙的中心，是静止不动的，太阳、月亮及其他行星都绕地球运动。其代表人物是托勒密。
2．日心说观点：太阳是宇宙的中心，所有的行星都绕太阳做匀速圆周运动。其代表人物是哥白尼。
二、开普勒定律
1．开普勒第一定律：所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上。
行星由远地点到近地点：行星由远日点到近日点运动的过程中，相当于行星高度在减小，势能转化为动能，所以势能减小，动能增大，速度增大，到达近日点速度最大。
【例1】如图所示是行星m绕恒星M运动情况的示意图，下列说法正确的是（ C ）
A．速度最大点是B点
B．速度最小点是C点
C．m从A到B做减速运动
D．m从B到A做减速运动
2．开普勒第二定律：对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相等。
行星的速率与行星到太阳距离的关系：如图7-1-5所示，设行星在a点的速率为v1，在b点的速率为v2，行星在a点到太阳的距离为L1，在b点到太阳的距离为L2。在时间t很小的情况下，可认为行星通过的位移s等于通过的弧长，同时在行星与太阳的连线扫过的面积可看成三角形的面积。所以行星在a点附近在时间t内扫过的面积为…①，同理，行星在b点附近在时间t内扫过的面积为…②，根据“开普勒行星第二定律”可知：…③，由①②③得，即同一行星沿椭圆轨道运动时，速率跟行星到太阳的距离成反比，行星距离太阳越远，速率越小，距离太阳越近，速率越大，在远日点速度最小，在近日点速率最大，与前面的分析结果是一致的。
在相同时间内，卫星与地心的连线扫过的面积与转动半径的关系：卫星与地心的连线在相同时间t内扫过的面积为：（用到了后面的知识），其中G是一个常量，M是中心天体（地球）的质量，r是卫星的转动半径，由表达式可知，卫星的转动半径越大，在相同时间内，卫星与地心连线扫过的面积越大。
【例2】如图7-1-6所示，某行星沿椭圆轨道运行，远日点A离太阳的距离为a，近日点B离太阳的距离为b，行星经过A点时的速率为vA，则经过B点时的速率为（ B ）
A． B．
C． D．
【例3】（多选）某行星绕太阳沿椭圆轨道运行，如图7-1-7所示，在这颗行星的轨道上有a、b、c、d四个对称点，若行星运动周期为T，则该行星（ CD ）
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
D．c到d的时间
3．开普勒第三定律：所有行星轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比都相等。即 eq \f(a 3,T 2) = k （k值的大小由中心天体决定，与绕行的天体无关）。
行星在相同时间内扫过面积的多少与轨道半径的关系：设行星轨道半径为R，周期为T，则行星单位时间扫过的面积为，变换为，整理得，由表达式可知，行星的轨道半径越大，在相同时间内半径扫过的面积越大。
4．开普勒行星运动定律的适用范围：开普勒运动定律不仅适用于行星绕太阳的运动，也适用于其他天体绕中心天体的运动，如卫星绕地球的运动。
5．开普勒行星运动定律的局限：开普勒行星运动定律的核心思想是日心说，认为太阳是静止不动的，所有行星都围绕太阳转动。“日心说”也并不是绝对正确的，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，太阳并不是宇宙的中心，也不是静止不动的。“日心说”只是比“地心说”更准确一些罢了。
【例4】有一行星，距太阳的平均距离是地球到太阳平均距离的4倍，则该行星绕太阳公转的周期约是 年。 8年
【例5】（多选）如图7-1-8所示，两质量相等的卫星A、B绕地球做匀速圆周运动，用R、T、v、S分别表示卫星的轨道半径、周期、速率、与地心连线在单位时间内扫过的面积。下列关系式正确的有（ AD ）
A．TA>TB B．vA>vB
C．SA=SB D．
【例6】（多选）关于开普勒行星运动的公式，以下理解正确的是（ AC ）
A．在行星围绕太阳运动的过程中，k是一个与行星无关的量
B．在行星围绕太阳运动的过程中，T表示行星运动的自转周期
C．在行星围绕太阳运动的过程中，T表示行星运动的公转周期
D．若地球绕太阳运转轨道的半长轴为a地，周期为T地；月球绕地球运转轨道的半长轴为a月，周期为T月，则
【例7】有两颗行星环绕某恒星转动，它们的运动周期之比为27∶1，则它们的轨道半径之比为（ B ）
A．1∶27 B．9∶1 C．27∶1 D．1∶9
三、行星轨道的处理方法
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 eq \f(r 3,T 2) = k。
【例8】银河系中有两颗行星环绕某恒星运转，从天文望远镜中观察它们的运转周期为27：1，则它们的轨道半长轴比是（ B ）
A．3：1 B．9：1 C．27：1 D．1：9
【例9】两个质量分别是m1和m2的行星，它们绕太阳运行的轨道半径分别等于R1和R2，则
它们运行周期的比等于（ B ）
A． B． C． D．
习题：
1．我国的人造卫星围绕地球的运动，有近地点和远地点，由开普勒定律可知卫星在远地点运动速率比近地点运动的速率小，如果近地点距地心距离为R1，远地点距地心距离为R2，则该卫星在远地点运动速率和近地点运动的速率之比为（ A ）
A． B． C． D．
2．下面关于丹麦天文学家第谷，对行星的位置进行观察所记录的数据，说法正确的是 （ D ）
A．这些数据在测量记录时误差相当大
B．这些数据说明太阳绕地球运动
C．这些数据与以行星绕太阳做匀速圆周运动为模型得到的结果相吻合
D．这些数据与行星绕太阳做椭圆运动为模型得到的结果相吻合
3．某一人造卫星绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径为月球绕地球轨道半径的 eq \f(1,3)，则此卫星运行的周期大约是（ B ）
A．1～4天之间 B．4～8天之间
C．8～16天之间 D．16～20天之间
4．关于行星绕太阳运动的下列说法中正确的是（ D ）
A．所有行星都在同一椭圆轨道上绕太阳运动
B．行星绕太阳运动时太阳位于行星轨道的中心处
C．离太阳越近的行星运动周期越长
D．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
5．太阳系的行星与太阳之间的平均距离越大，它绕太阳公转一周所用的时间（ A ）
A．越长 B．越短 C．相等 D．无法判断
6．（多选）关于开普勒行星运动定律的公式，下列说法正确的是（ AD ）
A．k是一个与行星无关的量
B．若地球绕太阳运转的半长轴为R，周期为T，月球绕地球运转的半长轴为R1，周期为T1，则。
C．T表示行星的自转周期
D．T表示行星的公转周期
7．木星绕太阳运转周期为地球绕太阳运转周期的12倍，则木星绕太阳运转的轨道半长轴为地球绕太阳运转的半长轴的（ C ）倍
A．6 B．5 C．5.24 D．4.76
8．（多选）关于行星的运动以下说法正确的是（ BD ）
A．行星轨道的半长轴越长，自转周期就越长
B．行星轨道的半长轴越长，公转周期就越长
C．水星轨道的半长轴最短，公转周期就最长
D．冥王星离太阳“最远”，公转周期就最长