第7章 第1节 行星的运动-【重难点手册】2024-2025学年高中物理必修第二册（人教版2019 浙江专用）

第七章 万有引力与宇宙航行 第1节行星的运动 重点和难点 课标要求 1.了解人类对行星运动规律的认识历程，知道开普勒行星运动定律 重点：1.掌握开普勒行星运动定律， 及其科学价值. 认识行星的运动。 2.知道行星绕太阳运动的原因，知道引力提供了行星绕太阳做匀速 2.知道开普物三大行星运动圆周运动的向心力， 定律 3.认识到科学研究一般从最基本的观念开始，凭借对现象的观测」 难点：1.对开普勒行星运动定律的理 模型的构建以及模型与事实之间的相互作用，不断修正原有的观念和模 解和应用 型，使其逐步接近真实，获得物理规律. 2.开普勒第三定律的应用. 4.认识到相信自然的简单和谐是科学家研究的动力之一，尊重客观 事实，坚持实事求是是科学研究的基本态度和社会责任。 01必备知识梳理-◆ 知识点1天体运动的两种对立的学说 1.问题引入 我们经常看到太阳自地球东方升起，又落到地球西方，也就 是说，我们看到的现象似乎是太阳绕地球转，这正是古代人们对 天体运动存在的一种看法，你知道古代人们对天体运动的认识主 要存在哪些观点吗？ 2.关于天体运动的两种对立学说 卫划重点 (1)地心说 古代的两种学说都是不 ①地球是宇宙的中心，是静止不动的. 完善的，因为不管是地球还是 ②太阳、月亮以及其他行星都绕地球运动， 太阳，它们都在不停地运转， 并且行星的轨道是楠圆，其运 ③地心说的代表人物是古希腊科学家托勒密. 动也不是匀速的.鉴于当时人 (2)日心说 们对自然科学的认识能力，日 ①太阳是宇宙的中心，是静止不动的，所有行星都绕太阳做 心说比地心说更进一步. 匀速圆周运动， ②地球是绕太阳旋转的行星，月球是绕地球旋转的卫星，它 绕地球做匀速圆周运动，同时还跟地球一起绕太阳旋转 ③天体不动，因为地球每天自西向东自转一周，造成天体每 75 国雕手细高中物理必修第二册)（浙江专用） 天东升西落的现象， 冒敲黑板 ④日心说的代表人物是哥白尼. 无论是地心说还是日心 例1(2024·湖北黄冈中学高一阶段练习)16世纪，哥白尼 说，古人都把天体的运动看得 经过40多年的天文观测和潜心研究，提出“日心说”的如下四个 很神圣，认为天体的运动必然 基本论点.这四个论点中目前看存在缺陷的是(). 是最完美，最和谐的匀速圆周 A.与太阳相比，其他恒星离地球的距离远得多 运动，但这和开普勒的研究结 B.宇宙的中心是太阳，其他行星都围绕太阳做匀速圆周运动 果不符 C.地球自西向东自转，使地球上的人感觉太阳每天东升西落 D.地球绕太阳运动，月球在绕地球运动的同时还跟地球一起 绕太阳运动 解析与太阳相比，其他恒星离地球的距离远得多，选项A 说法正确，不符合题意：宇宙的中心不是太阳，其他行星也不都围 绕太阳做匀速圆周运动，此论点不对，选项B符合题意：地球自西 向东自转，使地球上的人感觉太阳每天东升西落，选项C正确，不 符合题意；地球绕太阳运动，月球在绕地球运动的同时还跟地球 园划重点 一起绕太阳运动，选项D正确，不符合题意 中学阶段对天体运动的处理方法 答案B 由于行星绕太阳运动的轨 知识点2开普勒定律 道与圆十分接近（例如地球绕 1.开普勒第一定律（轨道定律】 太阳运动的椭國轨道的半长物 (1)内容：所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭 约为1.4960×10km,半短 圆的一个焦点上.不同行星运动的椭圆轨道是不同的. 轴约为1.4958×10km),因 (2)图示： 此，在中学阶段的研究中可以 行 将行星绕太阳的运动按照圆 焦点 周运动来处理.这样，开普物 太阳 三定律就可以表示如下： (1)行星绕太阳运动的轨 (3)意义：否定了行星圆形轨道的说法，建立了正确的轨道理 道十分接近圈，太阳处在圆心 论，给出了太阳的准确位置. (2)对某一行星来说，它 2.开普勒第二定律（等面积定律）】 绕太阳做国周运动的角速度 (1)内容：对任意行星来说，它与太阳的连线在相等的时间内 (或线速度)大小不变，即行星 扫过相等的面积 做匀速圆周运动 (2)图示： (3)所有行星轨道半径r 行用 的三次方跟它的公转周期T 的二次方的比值都相等，即 京=6 若t2一t=t4一13，那么面积Sa一S. 76 第七章万有引力与宇宙航行么9 (3)意义：描述了行星在其轨道上运行时，线速度大小不断变 同敲黑板 化，解决了行星绕太阳运动的速度大小问题 开普勒第二定律告诉我 3.开普勒第三定律（周期定律） 们：行星在近日，点时速率最大， (1)内容：行星轨道半长轴的三次方与公转周期的二次方的 在远日点时速率最小，即行星 比值是一个常量： 从近日点到远日点的过程是减 速过程，从远日点到近日点的 (2)图示： 过程是加逸过程 F 太阳 刀记方法 1,各行星绕太阳运动都符 (3)说明：如图所示，r为椭圆轨道的半长轴，T为公转周期， 合号-北6值的大小只与太阳 数学表达式为：分=或宁 质量有关，与行星无关，该定律 不仅适用于行星，也造用于其 (4)意义：表明了行星公转周期与轨道半长轴有依赖关系，椭 他天体，如地球和木星都绕太 圆轨道半长轴越长的行星，其公转周期越长；反之，其公转周期 越短. 阳送动：良有片一片但 例☑长期以来“卡戎星(Charon)”被认为是冥王星唯一的卫 其他恒星对应的k值各不相 同，即k值是由中心星体决定 星，它的公转轨道半径n=19600km,公转周期T1=6.39天 的，与环绕星体无关。 2006年3月，天文学家发现两颗冥王星的小卫星，其中一颗的公 2.对于同一个行星的不同 转半径r=48000km,则它的公转周期T2最接近于( 卫星，它们也符合运动规律 A.15天 B.25天 C.35天 D.45天 可=，如月球和人造地球卫 据开誉勒第三定律有号 T得 6.39×48000 天 196003 星都绕地球运转，其值与卫 =24.6天，故ACD错误，B正确. 星质量无关，但与地球的质量 有关 答案B ]02关键能力提升-。 题型】对开普勒第一定律的理解 太阳的距离保持不变 例1(2024·湖北荆州中学高一期中)对 D在行星绕太阳运转一周的时间内，太阳 于开普勒第一定律的理解，下列说法中正确的 始终在行星轨道的中心点上 是(). 解析]依据开普勒的行星运动第一定律：所 A.某一行星绕太阳运转的轨道始终在一个 有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳 固定的平面内 处在所有椭圆的一个焦点上，所以某一行星绕 B.某一行星绕太阳运转的轨道不一定总在 太阳运转的轨道始终在一个固定的平面内，故 一个固定的平面内 A正确，B错误；行星绕太阳运转的轨道是椭圆， C在行星绕太阳运转一周的时间内，它离 它离太阳的距离是变化的，太阳处在所有椭圆 77 国雕手细高中物理必修第二册)（浙江专用） 的一个焦点上，故CD错误 题型3开普勒第三定律的综合应用 答案A 例3(2024·安微芜湖一中高一期末)某 题型2开普勒第二定律的应用 太空公司发射的首枚“猎鹰”重型火箭将一辆樱 例☑(2024·湖南岳阳一中高一期末)如 红色特斯拉跑车发射到太空.特斯拉跑车正在 图所示，某行星沿椭圆轨道运行，远日点离太阳 远离地球，处于一个环绕太阳的椭圆形轨道上 的距离为a,近日点离太阳的距离为b,过远日点 (如图所示).已知远日点距离太阳大约为3.9 时行星的速率为，则过近日点时行星的速率 亿千米，地球和太阳之间的平均距离约为1.5 为(). 亿千米，试计算特斯拉跑车环绕太阳运动的周 期（可能用到的数据w5=2.236,15=2.47). B Au=b 地 C4=分 解析已知地球公转的周期为T地=12（月）， 解析若行星从轨道的A点经足够短的时 特斯拉跑车环绕太阳转动的椭圆半长轴为Q= 间t运动到A'点，则与太阳的连线扫过的面积 3.9十1.5亿千米=2.7亿千米， 2 可看作扇形，其面积S=a;若行星从轨道 2 根据开普勒第三定律尽=6， 的B点也经时间t运动到B点，则与太阳的连 线扫过的面积5“根据开替勒第二定件 可得品-音： i地 得_“业，即=，故C正确 解得特斯拉跑车环绕太阳运动的周期为 2 2 4=12× 2.7 答案C T=T地入 ,5(月)29（月）. 03核地素养聚进一。 考问1对开普勒第三定律的理解与应用 轨道上运行时，由开普勒第三定律有号=，对 例☐(2024·山东卷)“鹊桥二号”中继星 环绕月球运行，其24小时椭圆轨道的半长轴 地球同步卫星由开普勒第三定律有只=，则 为a.已知地球同步卫星的轨道半径为r,则月 -D正确 球与地球质量之比可表示为( 答案D c 命题意图 考查对开普勒第三定律的应用 解析]“鹊桥二号”中继星在24小时椭圆 核心素养 科学思维 素养水平水平2 78