1第7章 第1节 行星的运动-【优学精讲】2025-2026学年高中物理必修第二册教用课件(人教版)

该高中物理课件系统梳理了行星运动的研究历史、开普勒定律及行星运动的近似处理方法，通过“课前知识梳理”构建从地心说与日心说到开普勒三定律的逻辑脉络，形成完整的天体运动知识网络。 其亮点在于以“课堂深度探究”为核心，结合嫦娥六号、伽利略卫星等实例培养科学思维中的模型建构与科学推理能力，融入思考辨析和分层练习题，兼顾基础巩固与综合应用。这种设计既落实科学态度与责任，又帮助教师精准教学，提升复习效率。

第七章　万有引力与宇宙航行 第1节　行星的运动 1 学习目标 1．了解科学家关于天体运动问题的研究历史，归纳出人类认识天体运动的大致进程，培养科学研究问题的态度。　2.知道开普勒定律的内容，了解开普勒第三定律中k值的大小只与中心天体有关。　3.能用开普勒定律分析一些简单的行星运动问题。 返回导航 课前知识梳理 1 课堂深度探究 2 内 容 索 引 随堂巩固落实 3 课前知识梳理 PART 01 第一部分 4 一、地心说与日心说 1．地心说：______是宇宙的中心，是静止不动的，太阳、月球以及其他星体都绕______运动。 2．日心说：______是静止不动的，地球和其他行星都绕______运动。 3．局限性：都把天体的运动看得很神圣，认为天体的运动必然是最完美、最和谐的__________________，而与丹麦天文学家第谷的观测数据不符。 地球 地球 太阳 太阳 匀速圆周运动 返回导航 二、开普勒定律 1．开普勒第一定律：所有行星绕太阳运动的轨道都是______，太阳处在______的一个______上。 2．开普勒第二定律：对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积______。 椭圆 椭圆 焦点 相等 半长轴的三次方 公转周期的二次方 返回导航 三、行星运动的一般处理方法 行星的轨道与圆十分接近，中学阶段按圆轨道处理，运动规律可描述为： (1)行星绕太阳运动的轨道十分接近圆，太阳处在______。 (2)对某一行星来说，它绕太阳做圆周运动的角速度(或线速度)大小不变，即行星做____________运动。 圆心 匀速圆周 返回导航 判断下列说法是否正确。 (1)各行星围绕太阳运动的速率是不变的。(　　) (2)开普勒定律仅适用于行星绕太阳的运动。(　　) (3)行星轨道的半长轴越长，行星的公转周期越长。(　　) (4)可近似认为地球围绕太阳做圆周运动。(　　) (5)行星绕太阳运动一周的时间内，它与太阳的距离是不变的。(　　) ×　 √ ×　 √ ×　 ×　 返回导航 课堂深度探究 PART 02 第二部分 9 知识点一　开普勒定律的理解 1．开普勒第一定律解决了行星的轨道问题 行星的轨道都是椭圆，如图甲所示。不同行星绕太阳运动的椭圆轨道是不同的，太阳处在椭圆的一个焦点上，即所有轨道都有一个共同的焦点——太阳，如图乙所示。 返回导航 2．开普勒第二定律解决了行星绕太阳运动的速度大小问题 (1)如图丙所示，如果时间间隔相等，由开普勒第二定律知，面积SA＝SB，可见离太阳越近，行星在相等时间内经过的弧长越长，即行星的速率越大。 (2)近日点、远日点分别是行星距离太阳的最近点、最远点。同一行星在近日点速度最大，在远日点速度最小。 返回导航 返回导航 (2025·江苏扬州市期末)某行星绕太阳运行的椭圆轨道如图所示，E和F是椭圆轨道的两个焦点，行星在A点的速度比在B点的速度大，则太阳位于(　　)  A．F点　　　　　　　 B．E点 C．B点 D．A点 [解析]　根据开普勒第一定律与第二定律可知，行星绕太阳运行的轨迹是椭圆，太阳在椭圆的一个焦点上，太阳与行星的连线在相等的时间内扫过的面积相等，从而可以得到，行星在近日点速度大，在远日点速度小，所以A点为近日点，太阳在E点。 √ 返回导航 某行星绕太阳运动的轨道如图所示，则以下说法正确的是(　　)   A．该行星在a点的向心加速度比在b、c两点的都大 B．该行星在a点的速度比在b、c两点的速度都更小 C．行星与太阳的连线在相等时间内扫过的面积是不相等的 D．行星绕太阳做匀速圆周运动，太阳在圆心上 √ 返回导航 返回导航 (2025·黑龙江哈尔滨市期中)开普勒被后人称为“天空的立法者”。根据开普勒定律可知所有行星(　　) A．绕太阳运动的轨道都是椭圆 B．绕太阳运动的轨道都是圆 C．近日点速度小于远日点速度 D．绕太阳运动的周期相同 √ 返回导航 返回导航 知识点二　开普勒定律的应用 返回导航 角度1　开普勒第一定律和第二定律的应用 如图所示的是火星绕太阳公转的轨道示意图，由a到b和由c到d过程，火星与太阳连线扫过的面积均为S，则火星(　　)   A．由a到b过程速度先减小后增大 B．由c到d过程速度一直增大 C．由a到b所用的时间等于由c到d所用的时间 D．由a到b所用的时间大于由c到d所用的时间 √ 返回导航 返回导航 (2025·江西南昌市一模)2024年5月，嫦娥六号探测器发射成功，开启了人类首次从月球背面采样之旅。如图，假设嫦娥六号在环月椭圆轨道上沿图中箭头方向运动，只受到月球的引力，ab为椭圆轨道长轴，cd为椭圆轨道短轴。某时刻嫦娥六号位于c点，则再经过二分之一周期它将位于轨道的(　　)   A．b点　　　　　　　 B．d点 C．bd之间 D．ad之间 √ 返回导航 [解析]　根据开普勒第二定律，近月点速度快，远月点速度慢，可知嫦娥六号在弧cbd上的平均速度小于在弧dac上的平均速度，弧cbd的长度为环月椭圆轨道周长的一半，故再经过二分之一周期它将位于轨道的bd之间。 返回导航 √ 返回导航 √ 返回导航 随堂巩固落实 PART 03 第三部分 25 1．(开普勒第二定律的理解)(多选)下列对开普勒第二定律理解正确的是(　　) A．行星绕太阳的运动，一定是匀速曲线运动 B．行星绕太阳的运动，一定是变速曲线运动 C．行星绕太阳运动时，由于角速度相等，故在近日点处的线速度小于它在远日点处的线速度 D．行星绕太阳运动时，由于它与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相等，故它在近日点的线速度大于它在远日点的线速度 √ √ 返回导航 解析：根据开普勒第二定律可知，行星与太阳连线在相等时间内扫过的面积相等，故离太阳近时运动速度大，离太阳远时运动速度小，所以行星绕太阳运动时，一定是变速曲线运动。 返回导航 √ 返回导航 返回导航 3．(开普勒第二定律的应用)(2025·广西来宾市期末)2024年5月3日，嫦娥六号探测器由长征五号遥八运载火箭在中国文昌航天发射场成功发射，自此开启世界首次月球背面采样返回之旅。长征五号做椭圆运动的轨道示意图如图所示，其中F1、F2是椭圆的两个焦点，O是椭圆的中心。若长征五号经过P点的速率大于经过Q点的速率，则可判断月球位于(　　)  A．F1点　　　　　　　　 B．F2点 C．O点 D．Q点 解析：由开普勒第二定律知，相同时间内嫦娥六号围绕月球转过的面积相同，因为P点速率大，是近月点，所以月球应该位于F1点，故A正确。 √ 返回导航 4．(开普勒第三定律的应用)(多选)(2025·山西长治市期末)如图所示，土卫一(M)和土卫二(E)是土星(S)的两个卫星，土卫二绕土星的公转半径约为土卫一公转半径的2倍，某一时刻两卫星呈如图所示位置，且公转方向均为逆时针方向，则在土卫一公转一周的时间内，关于两卫星的位置关系，下列图像大致正确的是(　　) √ √ 返回导航 返回导航 3．开普勒第三定律：所有行星轨道的__________________跟它的__________________的比都相等。其表达式为＝k，其中a代表椭圆轨道的半长轴，T代表公转周期，k是对所有行星都相同的常量。 (3)所有行星轨道半径r的三次方跟它的公转周期T的二次方的比值都相等，即＝k。 (6)公式 ＝k，只适用于轨道是椭圆的运动。(　　) 3．开普勒第三定律解决了行星公转周期的长短问题 (1)如图丁所示，由＝k知，椭圆轨道半长轴越长的行星，其公转周期越长。常量k与行星无关，只与太阳有关。 (2)该定律不仅适用于行星绕太阳的运动，也适用于卫星绕地球的运动，此时常量k与卫星无关，只与地球有关，也就是说k值大小由中心天体决定。 [解析]　根据a＝得，该行星在a点的向心加速度比在b、c两点的都大，A正确；根据开普勒第二定律可知近日点速度大、远日点速度小，所以该行星在a点的速度比在b、c两点的速度都更大，相等时间内太阳和运动着的行星的连线所扫过的面积是相等的，B、C错误；由开普勒第一定律可知，行星绕太阳做椭圆运动，太阳一定在椭圆的一个焦点上，D错误。 [解析]　根据开普勒第一定律，所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，故A正确，B错误；根据开普勒第二定律，行星与太阳的连线在相等时间内扫过相同的面积，则近日点速度大于远日点速度，故C错误；根据开普勒第三定律有＝k，可知轨道半径越大的行星周期越大，故D错误。 1．适用范围：天体的运动可近似看成匀速圆周运动，开普勒第三定律既适用于做椭圆运动的天体，也适用于做圆周运动的天体。 2．应用：知道了行星到太阳的距离，就可以由开普勒第三定律计算或比较行星绕太阳运行的周期。反之，知道了行星的公转周期，也可以计算或比较其到太阳的距离。 3．k值：表达式 ＝k中的常数k，只与中心天体的质量有关。如研究行星绕太阳运动时，常数k只与太阳的质量有关；研究卫星绕地球运动时，常数k只与地球的质量有关。 [解析]　设火星在近日点的线速度为v1，距离太阳的距离为R1，远日点的线速度为v2，距离太阳的距离为R2，根据开普勒第二定律，在极短时间Δt内，有v1R1·Δt＝v2R2·Δt，可知v1>v2，即近日点的线速度大于远日点的线速度，结合开普勒第二定律可知，火星从近日点向远日点运动的过程中，线速度在逐渐减小，从远日点向近日点运动的过程中，线速度逐渐增大，因此可知，火星由a到b过程速度先增大后减小，由c到d过程速度减小，故A、B错误；根据开普勒第二定律，行星与中心天体的连线在相同时间内扫过的面积相等，而根据题意，由a到b和由c到d过程，火星与太阳连线扫过的面积均为S，则可知由a到b所用的时间等于由c到d所用的时间，故C正确，D错误。 角度2　开普勒第三定律的应用 　(2025·江苏南通市期中)木星有4颗卫星是伽利略发现的，称为伽利略卫星，其中两颗卫星绕木星做圆周运动的周期之比为1∶4，则这两颗卫星的轨道半径之比为(　　) A． B． C． D． [解析]　卫星绕木星做圆周运动，根据开普勒第三定律有＝，解得＝。 　(2024·山东卷，T5)“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为a。已知地球同步卫星的轨道半径为r，则月球与地球质量之比可表示为(　　) A．　　B．　　C．　　D． [解析]　“鹊桥二号”中继星在24小时椭圆轨道上运行时，由开普勒第三定律有＝k，对地球同步卫星由开普勒第三定律有＝k′，其中k、k′与中心天体质量成正比，则有＝＝，D正确。 2．(开普勒第三定律的理解) 关于对开普勒第三定律＝k的理解，下列说法正确的是(　　) A．k值与中心天体的质量有关 B．围绕同一中心天体运行的行星或卫星，k值不相等 C．该定律只适用于行星绕太阳的运动，不适用于卫星绕行星的运动 D．若地球绕太阳运动轨道的半长轴为R1，周期为T1，月球绕地球运转轨道的半长轴为R2，周期为T2，则＝ 解析：k值与中心天体的质量有关，与其他行星无关，围绕同一中心天体运行的行星或卫星，k值相等，故A正确，B错误；开普勒第三定律既适用于行星绕太阳的运动，也适用于卫星绕行星的运动，只不过中心天体不同时，k值不同，故C错误；地球绕太阳运动的中心天体是太阳，月球绕地球运转的中心天体是地球，中心天体的质量不同，则比值k不相同，结合上述可知此时的比值≠，故D错误。 解析：由开普勒第三定律可知＝，其中rE＝2rM，解得TE＝2TM，在土卫一公转一周的时间内，土卫二公转了＝≈0.35圈。 $