6.1行星的运动.ppt

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1、太阳系主要成员太阳系主要成员太阳和其八大行星：太阳和其八大行星：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星海王星美丽的家园美丽的家园地球地球木星木星火星火星海王星海王星 “坐地日行八万里坐地日行八万里”这充分说明了地球是这充分说明了地球是运动的而不是静止的，地心说是错误的。运动的而不是静止的，地心说是错误的。“巡天遥看一千河巡天遥看一千河”说明了人们在随地球说明了人们在随地球转动过程中看到的壮丽璀璨的星系如此的繁多。转动过程中看到的壮丽璀璨的星系如此的繁多。第一节第一节 行星的运动行星的运动本节导航本节导航1.1.地心说与日心说之争地心说与日

2、心说之争2.2.天文学家对天体运动进一步的研究天文学家对天体运动进一步的研究3.3.开普勒行星运动定律开普勒行星运动定律4.4.高中阶段对行星运动的近似化研究高中阶段对行星运动的近似化研究知识与能力知识与能力1.知道地心说和日心说的基本内容知道地心说和日心说的基本内容2.知道所有行星绕太阳运动的轨道都是椭知道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圆，太阳处在椭圆的一个焦点上3.知道所有行星的轨道的半长轴的三次方知道所有行星的轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等，跟它的公转周期的二次方的比值都相等，且这个比值与行星的质量无关，但与太且这个比值与行星的质量无关

3、，但与太阳的质量有关阳的质量有关4.理解人们对行星运动的认识过程是漫长理解人们对行星运动的认识过程是漫长复杂的，真理是来之不易的复杂的，真理是来之不易的过程与方法过程与方法 通过托勒密、哥白尼、第谷通过托勒密、哥白尼、第谷布拉赫、布拉赫、开普勒等几位科学家对行星运动的不同认开普勒等几位科学家对行星运动的不同认识，了解人类认识事物本质的曲折性并加识，了解人类认识事物本质的曲折性并加深对行星运动的理解深对行星运动的理解情感态度与价值观情感态度与价值观1.澄清对天体运动神秘、模糊的认识，澄清对天体运动神秘、模糊的认识，掌握人类认识自然规律的科学方法。掌握人类认识自然规律的科学方法。2.感悟科学是人类

4、进步不竭的动力。感悟科学是人类进步不竭的动力。重点重点 理解和掌握开普勒行星运动定律，认识行理解和掌握开普勒行星运动定律，认识行星的运动学好本节有利于对宇宙中行星的运星的运动学好本节有利于对宇宙中行星的运动规律的认识，掌握人类认识自然规律的科学动规律的认识，掌握人类认识自然规律的科学方法，并有利于对人造卫星的学习方法，并有利于对人造卫星的学习难点难点 对开普勒行星运动定律的理解和应用，通对开普勒行星运动定律的理解和应用，通过本节的学习可以澄清人们对天体运动神秘、过本节的学习可以澄清人们对天体运动神秘、模糊的认识模糊的认识一一.地心说与日心说之争地心说与日心说之争 首先，我们来了解对太阳、行星运

5、动的认识首先，我们来了解对太阳、行星运动的认识过程。过程。在古代，人们对于天体的运动存在地心说在古代，人们对于天体的运动存在地心说和日心说两种对立的看法。和日心说两种对立的看法。“地心说地心说”和和“日心说日心说”的发展过程的发展过程 内容内容:认为地球是静止不动的，地球是宇认为地球是静止不动的，地球是宇宙的中心，太阳和月亮以及其他行星绕地球宙的中心，太阳和月亮以及其他行星绕地球转动。转动。地心说为什么统治了人们很长时间地心说为什么统治了人们很长时间?符合人们的日常经验，也符合宗教神学符合人们的日常经验，也符合宗教神学关于地球是宇宙中心的说法关于地球是宇宙中心的说法.代表人物代表人物：托勒密托

6、勒密(1)(1)地心说地心说托勒密的托勒密的“地心说地心说”模型模型 存在的问题存在的问题 随着人们对天体运动的不断研究，发现随着人们对天体运动的不断研究，发现“地地心说心说”所描述的天体的运动不仅复杂而且问题很所描述的天体的运动不仅复杂而且问题很多多.如果把地球从天体运动的中心位置移到一个普如果把地球从天体运动的中心位置移到一个普通的、绕太阳运动的行星的位置，换一个角度来通的、绕太阳运动的行星的位置，换一个角度来考虑天体的运动，许多问题都可以解决，行星运考虑天体的运动，许多问题都可以解决，行星运动的描述也变得简单了动的描述也变得简单了.随着世界航海事业的发展，人们希望借助星随着世界航海事业的

7、发展，人们希望借助星星的位置为船队导航，因而对行星的运动观测越星的位置为船队导航，因而对行星的运动观测越来越精确，科学家经过长期观测及记录的大量的来越精确，科学家经过长期观测及记录的大量的观测数据，用托勒密的观测数据，用托勒密的“地心说地心说”模型很难得出模型很难得出完美的解答。对行星的运动很难得出完满的解答完美的解答。对行星的运动很难得出完满的解答,所描述的行星运动也很复杂所描述的行星运动也很复杂.内容内容(2)(2)日心说日心说代表人物代表人物 哥白尼哥白尼 日心说提出的背景日心说提出的背景 在当时，哥伦布和麦哲伦的探险航行已经在当时，哥伦布和麦哲伦的探险航行已经使不少人相信地球并不是一个

8、平台，而是一个使不少人相信地球并不是一个平台，而是一个球体。球体。哥白尼的推测哥白尼的推测 是不是地球每天在围绕自己的轴线旋转一周是不是地球每天在围绕自己的轴线旋转一周.他假设地球并不是宇宙的中心，太阳是静止他假设地球并不是宇宙的中心，太阳是静止不动的，地球和其他行星都是围绕着太阳做匀速不动的，地球和其他行星都是围绕着太阳做匀速圆周运动圆周运动.哥白尼日心说的进步哥白尼日心说的进步 行星运动的描述简单了，地心说遇到的行星运动的描述简单了，地心说遇到的问题解决了问题解决了 哥白尼日心说为什么在发表一个世纪中哥白尼日心说为什么在发表一个世纪中完全被人们所忽视完全被人们所忽视?l 在他的著作中，在他

9、的著作中，“日心说日心说”只是一个只是一个“假假设设”l 当时的欧洲正处于基督教改革与反改革的当时的欧洲正处于基督教改革与反改革的骚乱中骚乱中.l 在哥白尼的著作中有一些很不精确的数据，在哥白尼的著作中有一些很不精确的数据，根据这些数据得出的计算结果不能很好地与根据这些数据得出的计算结果不能很好地与行星位置的观测结果相符合行星位置的观测结果相符合地球公转和自转视频地球公转和自转视频(1)(1)丹麦天文学家第谷丹麦天文学家第谷 的探索的探索:在哥白尼之后，第谷连续在哥白尼之后，第谷连续20年对行星的位置年对行星的位置进行了较仔细的测量，大大提高了测量的精确程进行了较仔细的测量，大大提高了测量的精

10、确程度。在第谷之前，人们测量天体位置的误差大约度。在第谷之前，人们测量天体位置的误差大约是是10，第谷把这个不确定性减小到，第谷把这个不确定性减小到2。得出行星。得出行星绕太阳做匀速圆周运动的模型绕太阳做匀速圆周运动的模型.其后，许多天文学家对天体运动进行不断的其后，许多天文学家对天体运动进行不断的探索、完善，建立了最初的天体运动理论。探索、完善，建立了最初的天体运动理论。二二.天文学家对天体运动进一步的研究天文学家对天体运动进一步的研究(2)(2)德国物理学家开普勒的研究德国物理学家开普勒的研究.总结了他的导师第谷的总结了他的导师第谷的全部观测资料，在他最初研全部观测资料，在他最初研究时，他

11、得到的结果与第谷究时，他得到的结果与第谷的观察数据相差的观察数据相差8，而当时，而当时第谷公认的误差位第谷公认的误差位2,开普勒开普勒想想,这这8/可能就是认为行星绕可能就是认为行星绕太阳匀速圆周运动造成的太阳匀速圆周运动造成的.后后来他花了四年时间一遍一遍来他花了四年时间一遍一遍地进行数学计算，通过计算地进行数学计算，通过计算这一怀疑使他发现了行星运这一怀疑使他发现了行星运动三大定律动三大定律.了解椭圆了解椭圆 可以用一条细绳和两图钉来画可以用一条细绳和两图钉来画椭圆。如图所示，把白纸镐在木板椭圆。如图所示，把白纸镐在木板上，然后按上图钉把细绳的两端上，然后按上图钉把细绳的两端系在图钉上用一

12、枝铅笔紧贴着细绳滑动，使绳始终系在图钉上用一枝铅笔紧贴着细绳滑动，使绳始终保持张紧状态铅笔在纸上画出的轨迹就是椭圆，保持张紧状态铅笔在纸上画出的轨迹就是椭圆，图钉在纸上留下的痕迹叫做椭圆的焦点图钉在纸上留下的痕迹叫做椭圆的焦点 三三.开普勒行星运动定律开普勒行星运动定律(1)开普勒第一定律开普勒第一定律 （轨道定律）（轨道定律）所有行星围绕太阳运动的轨道都是椭所有行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上。圆，太阳处在椭圆的一个焦点上。RFF太阳太阳 开普勒第一定律，解决了行星动行的轨道开普勒第一定律，解决了行星动行的轨道 问题，得出了行星运动的轨道不是圆，行星与太阳问题，得出了

13、行星运动的轨道不是圆，行星与太阳的距离不断的变化，有时远离太阳，有时靠近太阳，的距离不断的变化，有时远离太阳，有时靠近太阳，所以行星的运动就不是哥白尼在所以行星的运动就不是哥白尼在“日心说日心说”中所提中所提出的行星的运动是圆周运动。出的行星的运动是圆周运动。可以推证，当行星离太阳比较近时，运动速可以推证，当行星离太阳比较近时，运动速度比较快，而离太阳比较远时速度比较慢，这也就度比较快，而离太阳比较远时速度比较慢，这也就是在地理中所提到的，在近日点速度大于远日点速是在地理中所提到的，在近日点速度大于远日点速度。度。注意：注意：1、太阳并不是位于椭圆中心，而是位于焦点处。、太阳并不是位于椭圆中心

14、，而是位于焦点处。2、不同行星轨道不同，但所有轨道的焦点重合。、不同行星轨道不同，但所有轨道的焦点重合。(2)(2)开普勒第二定律开普勒第二定律 （面积定律）（面积定律）对于每一个行星而言，太阳和行星的对于每一个行星而言，太阳和行星的联线在相等的时间内扫过相等的面积。联线在相等的时间内扫过相等的面积。32akT(3)(3)开普勒第三定律开普勒第三定律 （周期定律）（周期定律）所有行星的轨道的所有行星的轨道的半长轴半长轴的三次方跟的三次方跟公公转转周期的二次方的比值都相等。周期的二次方的比值都相等。注意：注意：比值比值k是一个与行星本身无关的物理量是一个与行星本身无关的物理量 对于地球和木星，就

15、有：对于地球和木星，就有：kTRTR2323木木地地（4 4）开普勒行星运动定律的意义）开普勒行星运动定律的意义 开普勒关于行星运动的描述为万有开普勒关于行星运动的描述为万有引力定律的发现奠定了基础。引力定律的发现奠定了基础。虽然，行星的运动是椭圆轨道，运动速度大小不虽然，行星的运动是椭圆轨道，运动速度大小不断的变化，但实际上，多数大行星的轨道与圆十分接断的变化，但实际上，多数大行星的轨道与圆十分接近，所以在中学阶段的研究中能够按圆处理，所以近，所以在中学阶段的研究中能够按圆处理，所以(1)(1)多数大行星绕太阳运动的轨道十分接近圆，太多数大行星绕太阳运动的轨道十分接近圆，太阳处在圆心阳处在圆

16、心(2)(2)对某一行星来说，它绕太阳做圆周运动的角速对某一行星来说，它绕太阳做圆周运动的角速度（线速度）大小不变，即行星做匀速圆周运动度（线速度）大小不变，即行星做匀速圆周运动(3)(3)所以行星轨道半径的三次方跟它的公转周期的所以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。二次方的比值都相等。总体来说，就是变速椭圆运动作为匀速圆周总体来说，就是变速椭圆运动作为匀速圆周 运动处理，对应的半长轴即为圆的半径。运动处理，对应的半长轴即为圆的半径。四四.高中阶段对行星运动的近似化研究高中阶段对行星运动的近似化研究1.1.地心说与日心说地心说与日心说地心说地心说 地球是宇宙的中心，是静止不动的，地球是宇宙的中心，是静止不动的，其他星体都围绕地球运动。其他星体都围绕地球运动。日心说日心说 太阳是静止不动的，其他星体都围太阳是静止不动的，其他星体都围绕太阳运动。绕太阳运动。2.2.开普勒行星运动定律开普勒行星运动定律 （1）所有行星绕太阳运动的轨道都是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。椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上。（2）对任意一个行星来说，它与太阳对任意一