2021学年第七章 万有引力与宇宙航行1 行星的运动图文ppt课件

这是一份2021学年第七章 万有引力与宇宙航行1 行星的运动图文ppt课件，共20页。PPT课件主要包含了物理学史，开普勒定律，近似处理，例题精析，课堂小结，开普勒第三定律，思维导图等内容，欢迎下载使用。

地球究竟是怎样运动的？
第谷·布拉赫，丹麦天文学家，出身贵族，热衷天文学，在汶岛天文台，二十余年如一日进行精确的天文观测，得到了大量数据。
约翰内斯·开普勒，德国天文学家、物理学家、数学家。命途多舛，发现行星运动三定律，被誉为“天空立法者”。
“上天给我们一位像第谷这样精通的观测者，应该感谢神灵的这个恩赐。一经认识这是我们使用的假说上的错误，便应竭尽全力去发现天体运动的真正规律，这8分是不允许忽略的，它使我走上改革整个天文学的道路。”
“我预备征服战神马尔斯，把它俘虏到我的星表中来，我已为它准备了枷锁。但是我忽然感到胜利毫无把握……，这个星空中狡黠的家伙，出乎意料地扯断我给它戴上的用方程连成的枷锁，从星表的囚笼中冲出来，逃往自由的宇宙空间去了。”
行星绕太阳的运动究竟有怎样的规律？
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。
1.开普勒第一定律(轨道定律)：
2.开普勒第二定律(面积定律)：
对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间里内扫过的面积相等。
“……（这正是）我十六年以前就强烈希望要探求的东西。我就是为这个而同第谷合作……现在我终于揭示出它的真相。认识到这一真理，这是超出我的最美好的期望。大事告成，书已写出来了，可能当代就有人读它，也可能后世才有人读，甚至可能要等待一个世纪才有读者，就像上帝等了六千年才有信奉者一样。这我就管不着了”。
3.开普勒第三定律(周期定律)：
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。
k是一个和星系的中心天体质量有关的物理量，同一星系中各行星的k值相同；不同星系因中心天体不同，则不同星系中的行星的k值不同。
开普勒三大定律的理解： (1)它适用于任何有中心天体的星系，适用于行星也适用于卫星； (2)开普勒第三定律也可以适用于圆轨道(由于误差比较小，高中阶段很多时候认为行星在做匀速圆周运动)，此时公式中的a等效为r。 (3)三大定律强调的是同一中心天体的行星之间规律，不同星系不能相提并论。
1. 下列关于行星的运动规律说法正确的是( ) A.地球的北半球处于冬至日时地球在绕日轨道上的公转速度比夏至日时的公转速度大 B.地球绕太阳轨道的半长轴的立方和公转周期的平方的比值与月球绕地球轨道的半长轴的立方和公转周期的平方的比值相同 C.将月球和人造卫星绕地球轨道均视为圆，则月球轨道半径的立方和月球自转周期的平方的比值与卫星轨道半径的立方和卫星公转周期的平方的比值相同 D.下图是地球绕太阳运转轨道示意图，已知地球公转周期为T，则地球从A点到B点所用时间为T/4
解析：北半球冬至日时地球位于近日点，夏至日时位于远日点，比较两点公转速度可以使用开普勒第二定律，在近日点和远日点均取一个相同的短暂时间Δt，则两侧地球和太阳连线扫过的扇形面积相等，显然在近日点通过的弧长要长，所以近日点的公转速度大于远日点公转速度，A正确，而且我们还可以推知离太阳越远地球线速度越小，故此D项中从A到B的时间应小于四分之一周期，D错误。开普勒第三定律指的是同一星系中的行星，且公式中T是公转周期，故B、C错误。答案为A。
易错提示：开普勒定律指的是同一中心天体的星系！！！
2. 天文学家哈雷在1684年跟踪过一颗彗星，并计算出其轨道半长轴约等于地球公转半径的18倍，并预言这颗彗星每隔一定的时间就会出现，后来预言得到证实，该彗星被命名为“哈雷彗星”。上一次出现哈雷彗星是1986年，请你预言下一次它何时出现？
【答案：根据开普勒第三定律可知，哈雷彗星运动的周期为T=76年，2062年再次出现】
由于火星和地球都绕太阳运动，探测器在“霍曼轨道”运动时中心天体为太阳，依然符合开普勒第三定律：
3. 2020年7月23日，中国发射“天问一号”火星探测器，该探测器将经过“霍曼转移轨道”运动半个周期到达火星附近（如图所示）。已知地球的轨道半径为R，火星的轨道半径为1.5R，试求“天问一号”从地球运动到火星所需要的时间？
“霍曼轨道”的半长轴为r=(R+1.5R)/2=1.25R，再由开普勒第三定律可算得t=0.7年。
我曾测天高，今欲量地深。灵魂自上天，肉体入凡尘。