高中物理双基学法系列 第三十讲 行星的运动

导读:第三十讲行星的运动,基础知识学点一:行星运动的两种学说,太阳、月亮以及其它行星都是绕着地球做圆周运动,(2)代表人物:公元2世纪的古希腊物理学家、天文学家托勒密,地球和其它行星都绕太阳运动,②地球是绕着太阳旋转的一颗行星,他绕着地球在做匀速圆周运动,同时还跟着地球一起绕着太阳运动,太阳、地球等天体都是运动的,更能完美的解释天体的运动,②沿用了行星在圆形轨道上做匀速圆周运动的成旧观念,实际上行星

高中物理双基学法系列 第三十讲 行星的运动

第三十讲 行星的运动

基础知识学点一:行星运动的两种学说

1、地心说

(1)基本观点:地球是静止的,地球是宇宙的中心;太阳、月亮以及其它行星都是绕着地球做圆周运动。

(2)代表人物:公元2世纪的古希腊物理学家、天文学家托勒密。

2、日心说

(1)基本观点:①太阳是静止的,地球和其它行星都绕太阳运动;②地球是绕着太阳旋转的一颗行星,月球是 绕着地球旋转的卫星,他绕着地球在做匀速圆周运动,同时还跟着地球一起绕着太阳运动;③天穹不转动,因为地球每天自西向东自传一周,造成了每天东升西落的现象;④与日地距离相比,其它恒星离地球十分遥远,比日地之间的距离大得多。

(2)代表人物:16世纪,波兰天文学家哥白尼。

3、优劣性

(1)古代的两种观点都不完善,太阳、地球等天体都是运动的,鉴于当时自扰科学的认识能力有限,日心说比地心说更先进,更能完美的解释天体的运动。

(2)哥白尼日心说的两大缺点:①把太阳当做宇宙的中心。②沿用了行星在圆形轨道上做匀速圆周运动的成旧观念,实际上行星的运动轨迹是椭圆轨道,行星的运动是不匀速的。

4、太阳系简介

(1)太阳系是以太阳为中心,和所有受到太阳的引力约束天体的集合体。包括八大行星(由离太阳从近到远的顺序:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星)、以及至少173颗已知的卫星、5颗已经辨认出来的矮行星和数以亿计的太阳系小天体 。

(2)太阳系中的八大行星都位于差不多同一平面的近圆轨道上运行,朝同一方向绕太阳公转。除金星以外,其他行星的自转方向和公转方向相同。彗星的绕日公转方向大都相同,多数为椭圆形轨道,一般公转周期比较长。

(3)轨道环绕太阳的天体被分为三类:行星、矮行星和太阳系小天体。

(4)行星是环绕太阳且质量够大的天体。

基础知识学点二:行星运动定律

丹麦天文学家第谷是一位著名的观测家,连续20年对行星的位置进行了精确的测量,积累了大量的数据,到1601年逝世时,这些耗尽了他毕生心血获得的天文资料传给了他的助手开普勒。

德国天文学家开普勒认真整理了第谷的观测资料,经过四年多的刻苦计算,先后否定了十九种设想,最后了发现星运行的轨道不是圆,而是椭圆,于1609年,在他的著作《新天文学》中提出了著名的三大定律的前两条,十年后,又提出了第三条定律。

1、开普勒第一定律(椭圆轨道定律或焦点定律):

(1)内容:所有行星分别在大小不同的椭圆轨道上围绕太阳运动,太阳是在这些椭圆的一个焦点上;不同的行星绕太阳运行时的椭圆轨道是不同的;

(2)性质特点

①开普勒第一定律说明了行星的运动轨迹是椭圆,太

阳就在椭圆的一个焦点上,而不是位于椭圆的中心;

②不同的行星在不同的椭圆轨道上运动,而不是位于

同一个椭圆轨道上;

③不同的行星轨道一般不再同一平面内。

2、开普勒第二定律(面积定律):

(1)内容:太阳和行星的联线在相等的时间内扫过

相等的面积.如图:如果时间间隔相等,即

t2?t1?t4?t3,那么面积A=面积B。

(2)性质特点

①这一定律反映了同一颗行星在远日点的速率小于近日点的速率,即v2?v1。 ②行星距离太阳越远则,运行的速度越小;距离太

阳越近,则运行的速度越大。

③近日距离与近日点的速率的乘积等于远日距与

远日点速率的乘积,即v2r2?v1r1。

3、开普勒第三定律(周期定律):

(1)内容:所有行星的椭圆轨道的半长轴的三次方跟公转周期的平方的比值都R3

相等,即2?k ,式中R表示半长轴,T表示行星的公转周期;这个比值k与T

行星无关,只与太阳有关。

(2)性质特点

①k值在同一星系中是不变的。

②如果将行星的轨道看作圆,则R是圆的半径。

③该定律不仅适用于行星,也适用于其他天体。 R3

④2?k,k是一个与行星或卫星无关的常量,但不同星球的行星或卫星k值不T

一定相等。

4、开普勒行星运动定律得理解:

(1)开普勒定律不仅适用于行星绕太阳运转,也适用于卫星绕着地球运转.即不但适用于椭圆轨道的行星运动,也适用于圆轨道的行星运动。

R3

(2)在不同的情况下,即不论是太阳在焦点上还是地球在焦点上,比例式2?kT中的k值是不同的。这里的值是仅与该系统的中心天体有关而与周围绕行的星体无关。也就是说,中心天体不同的系统k值是不同的,在中心天体相同的系统里k值相同的。

(3)所有行星轨道半径的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等,即R3

?k。 2T

(4)开普勒定律是总结行星运动的观察而总结归纳出来的规律,它们每一条都是经验定律,都是从观察行星运动所取得的资料中总结出来的,开普勒定律只涉及运动学、几何学方面的知识,但开普勒关于行星运动的描述为万有引力定律得发现奠定了基础。

基本技能学点一:中学阶段对天体运动的处理方法

1、由于行星的椭圆轨道都很接近与圆,所以在分析和处理天体问题时,可将行星的椭圆轨道作为圆来处理。

2、由于行星的椭圆轨道都跟圆近似,在近似计算中,可以认为行星都以太阳为圆心作匀速圆周运动,在这种情况下,若用R代表轨道半径,T代表公转周期,R3

开普勒第三定律可以用公式2?k表示。 T

3、近似处理后,天体的运动规律遵循牛顿运动定律和匀速圆周运动的相关规律。

4、对某一行星而言,它绕太阳做圆周运动的角速度(或线速度的大小)不变,即行星做匀速圆周运动。

5、飞船变轨问题:如图所示,飞船变轨过程中,椭圆的半长轴

等于近地点和远地点之间距离的一半,对围绕地球运动的卫星,R3

不管是椭圆轨道还是圆轨道,第三定律2?k都成立。 T

基本技能学点二:开普勒定律的应用

1、应用开普勒第三定律求时间

2、开普勒第二定律的应用

3、已知半径求周期或者已知周期求半径

4、已知周期和半径,利用v?

2?R求速率大小。

T

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