①物理觀念：了解開普勒三大定律和萬有引力定律的內(nèi)涵，會計算人造衛(wèi)星的環(huán)繞速度， 知道第二宇宙速度和第三宇宙速度；能用萬有引力定律解釋一些天體運(yùn)動問題．形成與萬有引力定律相關(guān)的運(yùn)動與相互作用的觀念．
②科學(xué)思維：能將一些熟悉的天體運(yùn)動抽象成勻速圓周運(yùn)動模型；能分析一些簡單的天體運(yùn)動問題，通過推理獲得結(jié)論；能用與萬有引力定律相關(guān)的理論解釋一些天體運(yùn)動現(xiàn)象；通過構(gòu)建模型，利用萬有引力與圓周運(yùn)動的理論知識，推算行星運(yùn)動的相關(guān)參量及中心天體的相關(guān)物理量，體會萬有引力定律等知識在航天科技中發(fā)揮的巨大作用．③科學(xué)探究：知道卡文迪許實驗的重要性，并能提出問題；能體會卡文迪許扭秤實驗方案設(shè)計的巧妙之處；能感受到科學(xué)定律的預(yù)測作用；能認(rèn)識到測定物理常量在科學(xué)研究中的重要性；能與同學(xué)交流．
④科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：能認(rèn)識發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的過程及重要意義，認(rèn)識科學(xué)定律對人類探索未知世界的作用；知道科學(xué)包含大膽的想象和創(chuàng)新；有了解太空、探索太空的興趣，能為萬有引力定律對航天技術(shù)發(fā)展的巨大貢獻(xiàn)而感到振奮．
本章重點(diǎn)?、匍_普勒三大定律；②萬有引力定律及其應(yīng)用；③第一宇宙速度；④天體質(zhì)量及密度的計算；⑤人造衛(wèi)星的運(yùn)行．本章難點(diǎn)　①天體運(yùn)行時各物理量與運(yùn)動半徑的關(guān)系；②對三個宇宙速度的理解；③人造衛(wèi)星的變軌；④雙星問題．
1．地心說認(rèn)為________是宇宙的中心，是________的，太陽、月球以及其他星球都繞________運(yùn)動．代表人物是古希臘天文學(xué)家托勒密．2．日心說認(rèn)為________是靜止不動的，地球和其他行星都繞________運(yùn)動．代表人物是16世紀(jì)波蘭天文學(xué)家哥白尼．
太陽是宇宙的中心嗎？【答案】不是．
根據(jù)開普勒行星運(yùn)動定律，行星繞太陽運(yùn)動的軌道是橢圓，如圖所示．思考以下問題．(1)行星運(yùn)動過程中，行星與太陽之間的距離是否變化？(2)行星離太陽最近時和離太陽最遠(yuǎn)時的運(yùn)動速度的大小是否相同？【答案】(1)不斷變化　(2)不同，離太陽較近時速度較大．
對開普勒行星運(yùn)動定律的理解
2．開普勒行星運(yùn)動定律是總結(jié)行星運(yùn)動的觀測結(jié)果結(jié)合嚴(yán)密的數(shù)學(xué)推理得到的定律．它們中的每一條都是經(jīng)驗定律．3．開普勒行星運(yùn)動定律是對行星繞太陽運(yùn)動的總結(jié)，實踐表明開普勒行星運(yùn)動定律也適用于其他天體的運(yùn)動，如月球繞地球的運(yùn)動，衛(wèi)星(或人造衛(wèi)星)繞行星的運(yùn)動．
例1　假設(shè)某飛船沿半徑為R的圓周繞地球運(yùn)行，其周期為T，地球半徑為R0.該飛船要返回地面時，可在軌道上A點(diǎn)將速率降到適當(dāng)數(shù)值，從而變?yōu)橐缘匦臑榻裹c(diǎn)的橢圓軌道運(yùn)動，橢圓與地球表面的B點(diǎn)相切，如圖所示．求該飛船由A點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn)所需的時間．
【解析】飛船沿半徑為R的圓周繞地球運(yùn)行時，其半長軸r＝R.飛船沿橢圓軌道運(yùn)行時，其周期記為T′，軌道半長軸
B．圍繞地球運(yùn)行的衛(wèi)星不適用該規(guī)律C．T表示行星運(yùn)動的公轉(zhuǎn)周期D．k是一個與中心天體質(zhì)量有關(guān)的量
【答案】CD　【解析】公式中的T表示行星繞中心天體運(yùn)動的公轉(zhuǎn)周期，k是一個與中心天體質(zhì)量有關(guān)的量，C、D正確；開普勒第三定律成立的條件是指同一個中心天體，式子中的k值才相等，A錯誤；圍繞地球運(yùn)行的所有衛(wèi)星，中心天體均為地球，同樣適用該規(guī)律，B錯誤．
1．為了簡化運(yùn)算，一般把天體運(yùn)動當(dāng)成勻速圓周運(yùn)動來研究，此時橢圓的半長軸近似為圓周的半徑．
應(yīng)用開普勒定律研究天體運(yùn)動
例2　如圖所示，某衛(wèi)星繞行星沿橢圓軌道運(yùn)行，圖中S1、S2兩部分陰影面積大小相等．則下列關(guān)于衛(wèi)星運(yùn)動的說法正確的是(　　)A．衛(wèi)星在b點(diǎn)的速率等于在d的速率B．衛(wèi)星在b點(diǎn)的速率小于在d的速率C．衛(wèi)星從a到b的運(yùn)行時間大于從c到d的運(yùn)行時間D．衛(wèi)星從a到b的運(yùn)行時間等于從c到d的運(yùn)行時間【答案】D　
【解析】衛(wèi)星繞行星沿橢圓軌道運(yùn)行，根據(jù)開普勒第二定律，在b點(diǎn)時離行星近，在d點(diǎn)時離行星遠(yuǎn)，則衛(wèi)星在b點(diǎn)的速率大于在d的速率，A、B錯誤；根據(jù)開普勒第二定律知，S1、S2兩部分陰影面積大小相等，則衛(wèi)星從a到b的運(yùn)行時間等于從c到d的時間，C錯誤，D正確．
1．開普勒定律不僅適用于行星，也適用于衛(wèi)星或其他天體運(yùn)動．2．將兩顆衛(wèi)星的運(yùn)動看作圓周運(yùn)動，應(yīng)用圓周運(yùn)動規(guī)律和開普勒第三定律相結(jié)合，就可以分析此題．
地球繞太陽運(yùn)行和二十四節(jié)氣地球上的二十四節(jié)氣是我們的祖先通過長期的生活勞動經(jīng)驗總結(jié)出來的，并且在相當(dāng)長的時間內(nèi)，有力地推進(jìn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，方便了人們的生活，是物理知識應(yīng)用于生產(chǎn)和生活的典型實例．
例3　如圖所示為地球繞太陽運(yùn)動的示意圖及春分、夏至、秋分、冬至?xí)r地球所在的位置．
(1)太陽是否在軌道平面的中心？夏至、冬至?xí)r地球到太陽的距離是否相同？(2)一年之內(nèi)秋、冬兩季比春、夏兩季為什么要少幾天？
【答案】(1)不是　不相同　(2)秋、冬兩季比春、夏兩季地球運(yùn)動得快【解析】(1)地球繞太陽的軌道是一個橢圓，太陽處于橢圓的一個焦點(diǎn)上，因此太陽不是在軌道平面的中心．由圖可知，冬至離太陽的距離近，夏至離太陽的距離遠(yuǎn)，因此冬至和夏至到太陽的距離不相等．(2)由于在秋冬兩季，地球處于近日點(diǎn)附近，根據(jù)開普勒第二定律，在相同的時間里面掃過相同的面積，因此，在秋冬兩季，地球運(yùn)動得較快，而在夏季，地球運(yùn)動得較慢，因此秋、冬兩季比春、夏兩季要少幾天．
1．發(fā)現(xiàn)“所有行星繞太陽運(yùn)動的軌道都是橢圓”的規(guī)律的科學(xué)家是(　　)A．第谷　　B．開普勒C．牛頓　　D．卡文迪許【答案】B　【解析】由物理學(xué)史知B正確．
2．下列關(guān)于行星繞太陽運(yùn)動的說法，正確的是(　　)A．所有行星都在同一橢圓軌道上繞太陽運(yùn)動B．行星繞太陽運(yùn)動時，太陽位于行星軌道的中心處C．離太陽越近的行星的運(yùn)動周期越長D．所有行星的軌道半長軸的三次方與公轉(zhuǎn)周期的平方的比值都相等【答案】D　
【解析】所有行星都沿著不同的橢圓軌道繞太陽運(yùn)動，A錯誤；行星繞太陽運(yùn)動時太陽位于行星橢圓軌道的一個焦點(diǎn)處，B錯誤；根據(jù)開普勒第三定律可知，離太陽越近的行星的運(yùn)動周期越短，C錯誤；根據(jù)開普勒第三定律可知，所有行星的軌道半長軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的平方的比值都相等，D正確．
3．下列敘述正確的是(　　)A．加速度恒定的運(yùn)動不可能是曲線運(yùn)動B．物體做圓周運(yùn)動，所受的合力一定指向圓心C．平拋運(yùn)動的速度方向與加速度方向的夾角一定越來越小【答案】C　
4．為了探測引力波，“天琴計劃”預(yù)計發(fā)射地球衛(wèi)星P，其軌道半徑約為地球半徑的16倍．另一地球衛(wèi)星Q的軌道半徑約為地球半徑的4倍．P與Q的周期之比約為(　　)A．2∶1　　B．4∶1　　　　C．8∶1　　D．16∶1【答案】C　

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第一節(jié) 認(rèn)識天體運(yùn)動

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