高中物理 第三章 萬有引力定律 1 天體運(yùn)動課件 教科版必修2

1 1天體運(yùn)動天體運(yùn)動的圖片瀏覽天體運(yùn)動的圖片瀏覽 天體運(yùn)動的圖片瀏覽天體運(yùn)動的圖片瀏覽 天體運(yùn)動的圖片瀏覽天體運(yùn)動的圖片瀏覽 天體運(yùn)動的圖片瀏覽天體運(yùn)動的圖片瀏覽 天體運(yùn)動的圖片瀏覽天體運(yùn)動的圖片瀏覽 在浩瀚的宇宙中有無數(shù)大小不一、形態(tài)各異的天體，如月亮、地球、太陽、夜空中的星星由這些天體組成的廣袤無限的宇宙始終是我們渴望了解、不斷探索的領(lǐng)域。關(guān)于天體的運(yùn)動，歷史上有過不同的看法. 地心說地心說(Geocentric Universe)地心說是長期盛行于古代歐洲的宇宙學(xué)說。它最初由古地心說是長期盛行于古代歐洲的宇宙學(xué)說。它最初由古希臘學(xué)者歐多克斯在公元前三世紀(jì)提出，后來經(jīng)托勒密希臘學(xué)者歐多克斯在公元前三世紀(jì)提出，后來經(jīng)托勒密（90-168）進(jìn)一步發(fā)展而逐漸建立和完善起來。）進(jìn)一步發(fā)展而逐漸建立和完善起來。托勒密的托勒密的“地心說地心說”體系體系日心說日心說(Solarcentric Universe)哥白尼的哥白尼的“日心說日心說”體系體系約在公元前約在公元前260年，古希臘天文學(xué)家阿利斯塔克最早提出年，古希臘天文學(xué)家阿利斯塔克最早提出了日心說的觀點(diǎn)。但真正發(fā)展并完善日心說的，是來自了日心說的觀點(diǎn)。但真正發(fā)展并完善日心說的，是來自波蘭的哥白尼（波蘭的哥白尼（1473-1543）。）。第谷的天文學(xué)觀測第谷的天文學(xué)觀測哥白尼的宇宙體系動搖了基督教宇宙體系的根基，但哥白尼的宇宙體系動搖了基督教宇宙體系的根基，但它并沒有在天文測算的精確度上有多大的提高。近代它并沒有在天文測算的精確度上有多大的提高。近代早期最重要的觀測工作是由丹麥的第谷（早期最重要的觀測工作是由丹麥的第谷（1546-1601）進(jìn)行的。進(jìn)行的。仙后座的新星爆發(fā)仙后座的新星爆發(fā)開普勒開普勒開普勒（開普勒（1571-1630）是繼哥白尼之后第一個(gè)站出來捍）是繼哥白尼之后第一個(gè)站出來捍衛(wèi)太陽中心說、并在天文學(xué)方面有突破性成就的人物，衛(wèi)太陽中心說、并在天文學(xué)方面有突破性成就的人物，被后世的科學(xué)史家稱為被后世的科學(xué)史家稱為“天上的立法者天上的立法者”。開普勒第二定律開普勒第二定律伽利略伽利略伽利略（伽利略（1564-1642）是意大利文藝復(fù)興后期偉大的天）是意大利文藝復(fù)興后期偉大的天文學(xué)家、物理學(xué)家、力學(xué)家和哲學(xué)家，也是近代實(shí)驗(yàn)物文學(xué)家、物理學(xué)家、力學(xué)家和哲學(xué)家，也是近代實(shí)驗(yàn)物理學(xué)的開拓者。理學(xué)的開拓者。伽利略號伽利略號十七世紀(jì)，德國人開普勒在“日心說”的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)了行星運(yùn)動的三定律，成為人類對行星運(yùn)動第一次定量表述，為萬有引力的發(fā)現(xiàn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。：所有行星繞太陽運(yùn)動的軌道都是橢圓，太陽處在橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。 對任意行星來說，他與太陽的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過相等的面積。 :所有行星的軌道半長軸的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等 。 給出太陽系九大行星平均軌道半徑和周期的數(shù)值，供驗(yàn)證 ：k水=3.361018K金=3.351018K地=3.311018K火=3.361018k是一個(gè)與行星無關(guān)的常量，那么你能猜想出它可能跟誰有關(guān)嗎是一個(gè)與行星無關(guān)的常量，那么你能猜想出它可能跟誰有關(guān)嗎? 根據(jù)開普勒第三定律知：所有行星繞太陽運(yùn)動的半長軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期二次方的比值是一個(gè)常數(shù)k，可以猜想，這個(gè)“k”一定與運(yùn)動系統(tǒng)的物體有關(guān)因?yàn)槌?shù)k對于所有行星都相同，而各行星是不一樣的，故跟行星無關(guān)，而在運(yùn)動系中除了行星就是中心天體太陽，故這一常數(shù)“k一定與中心天體太陽有關(guān)(通過后面的學(xué)習(xí)將知道k值與太陽質(zhì)量的關(guān)系)說明：說明：不僅適用于行星繞太陽運(yùn)動，也適用于衛(wèi)星繞著地球轉(zhuǎn)，不過比例式 中的k是不同的，與中心天體有關(guān)；不僅適用于行星的橢圓軌道，也適用于圓軌道的勻速圓周運(yùn)動，其中R理解為圓軌道半徑 實(shí)際上，由于行星的橢圓軌道都跟圓近似實(shí)際上，由于行星的橢圓軌道都跟圓近似開普勒關(guān)于行星運(yùn)動的確切描述，不僅使人們在解決行星的運(yùn)動學(xué)問題上有了依據(jù)，更澄清了人們對天體運(yùn)動神秘、模糊的認(rèn)識，同時(shí)也推動了對天體動力學(xué)問題的研究1、多數(shù)大行星繞太陽運(yùn)動的軌道與圓十分接近，、多數(shù)大行星繞太陽運(yùn)動的軌道與圓十分接近，太陽處在圓心太陽處在圓心2、對某一行星來說，它繞太陽做圓周運(yùn)動的角、對某一行星來說，它繞太陽做圓周運(yùn)動的角速度（或線速度）不變，即行星做圓周運(yùn)動速度（或線速度）不變，即行星做圓周運(yùn)動3、所有行星軌道半徑的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期、所有行星軌道半徑的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次方比值都相等的二次方比值都相等遷移應(yīng)用：1:1:下列說法中正確的是（下列說法中正確的是（ ）A A地球是宇宙的中心地球是宇宙的中心, ,太陽太陽, ,月亮及其他行星都繞地球運(yùn)動月亮及其他行星都繞地球運(yùn)動B B太陽是靜止不動的，地球和其他行星繞太陽轉(zhuǎn)動太陽是靜止不動的，地球和其他行星繞太陽轉(zhuǎn)動C C地球是繞太陽運(yùn)動的一顆行星地球是繞太陽運(yùn)動的一顆行星D D日心說和地心說都是錯(cuò)誤的日心說和地心說都是錯(cuò)誤的C,DC,D2.2.下列說法中正確的是（下列說法中正確的是（ ）A A太陽系的八大行星都有一個(gè)共同的軌道焦點(diǎn)太陽系的八大行星都有一個(gè)共同的軌道焦點(diǎn)B B行星的運(yùn)動方向總是沿軌道的切線方向行星的運(yùn)動方向總是沿軌道的切線方向C C行星的運(yùn)動方向總是與它和太陽的連線垂直行星的運(yùn)動方向總是與它和太陽的連線垂直D D日心說的說法是正確的日心說的說法是正確的A,BA,B 3 3宇宙飛船圍繞太陽在近似圓周的軌道上運(yùn)動宇宙飛船圍繞太陽在近似圓周的軌道上運(yùn)動, ,若其軌道半徑是地球軌若其軌道半徑是地球軌道半徑的道半徑的9 9倍，則飛船繞太陽運(yùn)行的周期是（倍，則飛船繞太陽運(yùn)行的周期是（ ） A 3A 3年年 B 9B 9年年 C 27C 27年年 D 81D 81年年 4 4兩行星運(yùn)動軌道的半長軸之比是兩行星運(yùn)動軌道的半長軸之比是4:94:9，則兩行星運(yùn)動周期之比為（，則兩行星運(yùn)動周期之比為（ ） A 4:9 B 2:3 C 8:27 D 6:3A 4:9 B 2:3 C 8:27 D 6:3 5 5木星的公轉(zhuǎn)周期為木星的公轉(zhuǎn)周期為1212個(gè)地球年個(gè)地球年, ,設(shè)地球距太陽的距離為一個(gè)天文設(shè)地球距太陽的距離為一個(gè)天文單位，那么木星距太陽的距離為單位，那么木星距太陽的距離為_個(gè)天文單位個(gè)天文單位 6 6天文學(xué)家觀察到哈雷彗星的轉(zhuǎn)動周期是天文學(xué)家觀察到哈雷彗星的轉(zhuǎn)動周期是7575年年, ,離太陽最近的距離離太陽最近的距離是是8.9x10 m,8.9x10 m,離太陽最遠(yuǎn)的距離不能被測出。試根據(jù)開普勒定律離太陽最遠(yuǎn)的距離不能被測出。試根據(jù)開普勒定律估算這個(gè)最遠(yuǎn)距離估算這個(gè)最遠(yuǎn)距離, ,太陽系的開普勒常數(shù)太陽系的開普勒常數(shù)k=3.354k=3.35410 m /s 10 m /s .1018 3 218 3 2C CC C5.245.24答案答案:5.226x10 m:5.226x10 m12課后思考題： 飛船沿半徑為飛船沿半徑為R R的圓周繞地球運(yùn)動的圓周繞地球運(yùn)動, ,如圖所示如圖所示, ,其周期為其周期為T,T,如果飛船要返回地面，可在軌道上某一點(diǎn)如果飛船要返回地面，可在軌道上某一點(diǎn)A A處，將速處，將速率降低到適當(dāng)數(shù)值率降低到適當(dāng)數(shù)值, ,從而使飛船沿著以地心為焦點(diǎn)的橢從而使飛船沿著以地心為焦點(diǎn)的橢圓軌道運(yùn)行，橢圓和地球表面相切于圓軌道運(yùn)行，橢圓和地球表面相切于B B點(diǎn)點(diǎn), ,設(shè)地球半徑設(shè)地球半徑為為R R0 0, ,問飛船從問飛船從A A點(diǎn)返回到地面上點(diǎn)返回到地面上B B點(diǎn)所需時(shí)間為多少點(diǎn)所需時(shí)間為多少? ?BR0RA17世紀(jì)前伽利略開普勒笛卡兒胡克、哈雷神圣和永恒的天體必然應(yīng)該做最完美的勻速圓周運(yùn)動，無需什么動因。一切物體都有合并的趨勢，這種趨勢導(dǎo)致物體做圓周運(yùn)動。行星一定是受到了來自太陽的類似于磁力的作用。在行星的周圍有旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)作用在行星上，使得行星圍繞太陽運(yùn)動。行星受到了太陽對它的引力。如果行星的軌道是圓形的，它所受的引力的大小跟行星到太陽的距離的二次方成反比。