高中物理第三章万有引力定律第1节天体运动开普勒三定律同步练习教科版必修2201807314145
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【知识点详解】 1. 开普勒三定律: 开普勒三定律是描述行星运动的基本规律,由17世纪的天文学家约翰内斯·开普勒提出。第一定律(轨道定律)指出,行星沿椭圆轨道绕恒星运动,恒星位于椭圆的一个焦点上。第二定律(面积定律)说明,行星与恒星连线扫过的面积在相等时间内是恒定的,即行星靠近恒星时速度更快,远离时速度更慢。第三定律(调和定律或周期定律)表明,行星公转轨道的半长轴的三次方与其公转周期的平方成正比,即 \( R^3 = k T^2 \),其中 \( k \) 是一个与恒星质量有关的常数。 2. 行星公转周期与轨道半径的关系: 根据开普勒第三定律,行星公转的周期(\( T \))与其轨道半径(\( R \))的立方成正比,具体公式为 \( T^2 \propto R^3 \)。这意味着轨道半径较大的行星公转周期较长,反之则较短。例如,问题中的第3题,通过比较行星与地球的轨道半径,可以计算出小行星的公转周期。 3. 开普勒定律的应用: 在实际问题中,可以利用开普勒定律解决天体运动的问题。比如第6题,通过比较月球和人造卫星的公转周期,可以计算出人造卫星在某一高度静止所需的轨道半径。同样,第7题中,飞船从圆形轨道变到椭圆轨道,也需要运用开普勒第三定律来确定新的周期和时间。 4. 速度与轨道位置的关系: 行星在轨道上的速度不是恒定的,根据开普勒第二定律,行星在近日点(离恒星最近的点)速度最快,在远日点(离恒星最远的点)速度最慢。例如,第5题解析中提到,A点为近日点,B点为远日点,因此A点速度最大,B点速度最小,且行星从A到B过程中速度会减小。 5. 引力与速度变化的关系: 行星在轨道上的运动受到恒星引力的作用,当引力方向与速度方向不一致时,行星速度会发生变化。如第5题解析中,从A到B,引力与速度的夹角大于90度,导致速度减小,表明行星做减速运动。 总结: 本练习主要涉及了高中物理中的天体运动和开普勒三定律。通过对开普勒定律的理解和应用,我们可以解决关于行星公转周期、轨道半径、速度变化以及天体间相对运动的问题。同时,它还强调了行星运动的动态特性,如速度的变化和引力对运动轨迹的影响。这些知识对于理解和预测太阳系中行星的运动行为至关重要。
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