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第一节 行星的运动


到太空去旅游

我们的银河系

?

太阳系的主要成员——太阳和其八大行 星:水星、金星、地球、火星、木星、土 星、天王星、海王星。

壮观的太阳日冕

美丽的家园——地球

木星

土星和它美丽的光环

爱神小行星

海尔—波普彗星

阿波罗登月飞船释放登月舱

着登 陆月 的舱 瞬在 间月 球 表 面 软

?

阿姆斯特朗:“我的一小步,人类的一大步”

航天飞机发射瞬间

飞行中打开舱盖进行实验

航天飞机打开舱盖用机械臂抓住哈勃

宇航员太空行走修复哈勃

修复后的哈勃拍摄的室女座黑洞

建设中的国际空间站

俄罗斯的“联盟TM-31”飞船将宇航员送入太空

国际空间站的首批乘员

? 这就是我国自 行开发研究并 实验成功的载 人实验飞船 “神州7号”。 我国的宇航员 已遨游在太空!

第一节 行星的运动

屈原《天问》:
遂古之初,谁传道之?

(请问远古开始之时,谁将此态流传导引?) 上下未形,何由考之?
(天地尚未成形之前,又从哪里得以产生?) …… 夜光何德,死则又育?

(月亮有着什么德行,竟能死了又再重生? ) 厥利维何,而顾菟在腹?
(月中黑点那是何物,是否兔子腹中藏身? )

……

一、探究古代对行星运动规律的认识
请同学们阅读课本32页第一段和33-34页内容,回答下列 问题

? ? ? ? ? ?

1、“地心说”的基本观点是什么? 2、“日心说”的基本观点是什么? 3、“日心说”和“地心说”哪个更正确呢? 试举例说明。 4、“日心说”的观点是否绝对正确? 5、你从哥白尼身上学到了什么?

地心说:
地球是宇宙的中心。地球是静止不动的, 太阳、月亮以及其它行星都绕地球运动。 统治很长时间的原因:

日心说:

①符合人们的日常经验; ②符合宗教地球是宇宙的中心的说法。
太阳是静止不动的,地球和其它行星都 绕太阳转动 。

真理最终战胜了谬误:

“日心说”所以能够战胜“地心说”是因为 好多“地心说”不能解释的现象“日心说”则能 说明,就是说“日心说”比“地心说”更科学、 更接近事实。例如:若地球不运动,昼夜交替是 太阳绕地球运动形成的,那么每天的情况就应是 相同,事实上,每天白天的长短不同,冷暖不同, 而“日心说”则能说明这种情况;白昼是地球自 转形成的,而四季是地球绕太阳公转形成的。

“日心说”也并不是绝对正确的:

“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,所以太 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。

材料1:“哥白尼坚信宇宙与自然是美的,而 美的东西是简单与和谐的。”

? 对描述自然追求简单和谐是科学研究的 动力之一。

二、探究开普勒行星运动定律的建立
请同学们阅读课本32页第二段和34-35页内容,回答下列 问题 ? 1、古人认为天体做什么运动?
? 2、开普勒的导师是谁,他做了哪些工

作,他认为天体做什么样的运动? ? 3、开普勒开始认为天体做何运动?最 后研 究的结论是什么? ? 4、你从开普勒和其导师身上学到了什 么?

材料2:“第谷20余年一直观测火星,在他以前测量 天体位置的误差大约是10’,第谷把这个不确定性减 小到2’,为哥白尼的学说提供了关健性支持。”

? 对自然奥秘不屈不挠探索的精神和对待科学 研究一丝不苟的态度。

?实验观察手段是科学研究的重要方法之一。

材料3:“开普勒七十余次尝试所得的结果都与第谷的观 测数据有至少8’的角度偏差” “对第谷的数据的精确性深信不疑??这不容忽视的 8’也许正是因为行星并非做完美的匀速圆周运动” “把几千个数据归纳成如此简洁的几句话。”

? 实事求是、尊重客观事实、不迷信权威、 敢于坚持真理和勇于探索的科学态度和 科学精神。 ?实验归纳和数学演绎相结合是科学研究中的 重要方法。

地心说

托勒密的“地心说”体系

地心说是长期盛行于古代欧洲的宇宙学说。它最初由古 希腊学者欧多克斯在公元前三世纪提出,后来经托勒密 (90-168)进一步发展而逐渐建立和完善起来。

地心模型

地心模型

亚里士多德

■日心说

哥白尼的“日心说”体系

约在公元前260年,古希腊天文学家阿利斯塔克最早提出 了日心说的观点。但真正发展并完善日心说的,是来自 波兰的哥白尼(1473-1543)。

日心说模型

哥 白 尼 观 测 用 的 天 文 仪 器

哥白尼雕像(加沙)

? 十六世纪“日心说”创立之前的一千多年 中,“地心说”一直占统治地位,并长期 为教会所利用,宣称恒星天上面是最高天, 也就是天神的住所。由于这一学说没有反 映行星运动的本质,经不起长时间的观测 检验,后来为哥白尼“日心说”所推翻。

若是匀速圆 周运动……

开普勒(德国)

怎么回事 呢…… 第 谷(丹麦)

潜心研究 ↓

→ 8分的误差 ←



二十年的精心观测

四年多的刻苦计算

否定19 种假设


行星轨道为椭圆

探究椭圆轨道特征:
做一做: C
P
图钉

A

图钉

F1

O

F2

B

D

开普勒第一定律

(轨道定律)

所有的行星围绕太阳运动的轨道椭圆, 太阳处在所有椭圆的一个焦点上。

开普勒第二定律
对于每一个行星而言,太阳和行星的连线在
相等的时间内扫过相等的面积。

开普勒第二定律

(面积定律)

对于每一个行星而言,太阳和行星的连线在
相等的时间内扫过相等的面积。 若tAB= tCD = tEK ,则sAB= sCD = sEK D SCD

C

E SEK K

SAB A

B

思考? 行星运行的速度变化有什么规律呢?
离太阳近时速度快,离太阳远时速度慢.

开普勒第三定律

(周期定律)

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。 即:R3 / T 2 = k
K是一个只决定于被绕天体(中心天体)质量的物理量

R

太阳系
八大行星绕太阳运动的情景

典例精析

一、对两种学说的认识
例1
(

下列说法都是“日心说”的观点,现在看来其中正确的是
)

A.宇宙的中心是太阳,所有行星都在绕太阳做匀速圆周运动 B.地球是绕太阳运动的普通行星,月球是绕地球旋转的卫星,它 绕地球做匀速圆周运动,同时还跟地球一起绕太阳运动

C.天体不动,因为地球每天自西向东转一周,造成天体每天东升
西落的现象 D.与日地距离相比,恒星离地球十分遥远,比日地间距离大得多

解析

A是“日心说”的观点,但现在看来是不正确的,

太阳不是宇宙中心,只是太阳系的中心天体,行星做的

也不是匀速圆周运动,A错;
月亮绕地球运动的轨道不是圆,B错;

恒星是宇宙中的主要天体,宇宙中可观察到的恒星有
1012 颗,太阳是离我们最近的一颗恒星,所有的恒星都

在宇宙中高速运动着,所以天体也是运动的,C错.
答案 D

二、对开普勒定律的理解
例2 根据开普勒定律,我们可以推出的正确结论有( ABC ) A.人造地球卫星的轨道都是椭圆,地球在椭圆的一个焦点上

B.卫星离地球越远,速率越小
C.卫星离地球越远,周期越大

a D.同一卫星绕不同的行星运行,T2的值都相同
解析 由开普勒三定律知 A、B、C 均正确,注意开普勒第三定律 a3 成立的条件是对同一行星的不同卫星,有T2=常量.

3

三、开普勒三定律的应用 例3 如图1所示,某行星沿椭圆轨道运行,

远日点离太阳的距离为a,近日点离太阳的 距离为b,过远日点时行星的速率为va,则

过近日点时行星的速率为(

)

图1

b A.vb=ava a C.vb=bva

B.vb= D.vb=

a v ba b v aa

解析 若行星从轨道的 A 点经足够短的时间 t 运动到 A′点, a· v at 则与太阳的连线扫过的面积可看作扇形,其面积 SA= 2 ;若 行星从轨道的 B 点也经时间 t 运动到 B′点,则与太阳的连线 b· vbt a· vat b· vbt 扫过的面积 SB= 2 ;根据开普勒第二定律,得 2 = 2 ,即 a vb=bva,故 C 正确.
答案 C

例 4 已知两个行星的质量 m1=2m2,公转周期 T1=2T2,则它们 a1 绕太阳运转轨道的半长轴之比a 为( 2 1 A.2 B.2 1 3 C. 4 D. 3 4
3

C

)

a a1 a2 解析 由开普勒第三定律知T2=k 和行星的质量无关,由T 2=T 2, 1 2

3

3

a1 得a = 2

3

?T1?2 ? ?= ?T2?

3

?2?2 3 ? ?= ?1?

4,所以 C 正确.

课堂小结
一、地心说与日心说 地球是中心→地球偏心→ 太阳是中心→宇宙无限 (科学精神推动了认识发展) 二、行星运动定律 1、第一定律(轨道定律) 2、第二定律(面积定律) 3、第三定律(周期定律) R 3/ T2 =k (K是一个只与中心天体质量有关的物理量)



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