第七章 1 行星的运动-【新课程能力培养】2025-2026学年高中物理必修第二册学习手册（人教版）

N 高中物理必修第二册（人教版） 第七章万有引力与宇宙航行 知识网络 开普勒第一定律 轨道（轨道特征） 开普勒行星运动定律 开普勒第二定律 面积（运动特征） 开普勒第三定律 周期（运动特征）： 内容 万有引力定律定律 表达式 =G (G由卡文迪什在实验室里测定) 适用范围 引力具有普遍性、长程力、无法屏蔽、相对强度较小；定律只 适用于质点（质量分布均匀的球体均可视为质点）间的引力。 计算地球质量 Mm =mg-M=gR2 (忽略地球自转的影响) M=4π23 万有引力理论的成就 质量：GM=m4π2 G72 r=R. M=4π2R3 GT2 计算中心天体的 万有引力定律与宇宙航行 密度：p- 高空测量：p=3严 CT2R3 3 4 πR 表面测量：p=3π GTR 第-宇宙速度：7.9km/s 三个宇宙速度 第二宇宙速度：11.2km/s 第三宇宙速度：16.7km/s 宇宙航行 v2 →=1/ GM mw2r→w=1/ GM 人造卫星 GMm= 72→7=2π1 GM m→a=Gl 时间延缓：△= △T 相对论时空观 V1-(:7 相对论时空观与牛顿力学的局限性 长度收缩： 1-183 牛顿力学的局限性 宏观、低速、弱引力 34学 第七章万有引力与宇宙航行。 1.行星的运动 :心的说法，因此得到教会的支持，统治和禁 知识梳理 锢人们的思想长达一千多年。但托勒密的地 心说模型非常复杂。 川知识点1行星运动两种学说 哥白尼从简洁性上（奥卡姆剃刀原理： 1.地心说 (古希腊)：地球是：如无必要，勿增实体)认为地心说是错误 宇宙的中心，是静止不动的，太阳、月球：的，提出日心说。但日心说存在两大缺陷： 以及其他星体都绕地球运动（圆周运动）。：第一，太阳只是太阳系的中心天体，而不是 2.日心说 (波兰)：太阳是静 宇宙中心；第二，行星也不是做匀速圆周运 止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动： 动，实际上行星的轨道是椭圆，且也不是匀 (圆周运动)。 速率运动的。 例1下列说法正确的是（) 川知识点2行星运动规律 A.地球是宇宙的中心，太阳、月球及其他 1.开普勒第一定律（轨道定律）：所有的行 行星都绕地球运动 星围绕太阳运动的轨道都是 太： B.太阳是静止不动的，地球和其他行星都 阳处在椭圆的一个 上。 绕太阳转动 2.开普勒第二定律（面积定律）：对于任意： C.地球是绕太阳运动的一颗行星 一个行星来说，它与太阳的连线在相等的： D.日心说比地心说更完美，因此，哥白尼 时间内扫过的 相等。 的日心说完全正确 3.开普勒第三定律（周期定律）：所有的行 思路点拨 星的椭圆轨道的 的三次方跟 对地心说、日心说的正确认识是解 的二次方的比值都 2 答本题的关键，要加强对物理学史相关 =k(其中，a为半长轴，T为公转周期，比 内容的记忆，物理学史部分只考查人物、 值k是一个对所有行星都 的参量)。 事件，不会考查时间、国籍方面的内容。 要点突破 B变式训练① 川要点1两种学说的局限性 人类认识行星运动规律的曲折过程给我 们的启示：从地心说的直接经验开始，到日 地心说与人们的日常经验，能解释一些 心说的转变，不是简单的参考系的变化，而 天文现象，符合宗教神学关于地球是宇宙中 是人类思想的一次重大解放，从此人类的视 学 35 高中物理必修第二册（人教版） 野超越了地球，走向了宇宙。关于科学家和：3.开普勒第三定律找到太阳系内所有行星绕 他们的贡献，下列说法中与物理学的发展史 太阳公转的规律，把太阳系变为一个统一 不相符的是() 的物理体系。同时，开普勒第三定律也适 A.古希腊科学家托勒密提出了地心说，认： 用于其他天体，如地球的所有卫星也满 为地球是静止不动的，太阳、月亮和星 足：只=k,只不过常量k与太阳系各行星 星从人类头顶飞过，地球是宇宙的中心 B.波兰天文学家哥白尼发表著作《天体运 绕太阳公转的飞值不同，以后将会证明这 行论》，提出日心说，预示了地心宇宙论 个飞值只与中心天体质量有关（成正比）。 4.由于大多数行星绕太阳运动的轨道与圆十 的终结 分接近，因此，在中学阶段的研究中可以 C.德国天文学家开普勒对他的导师第谷观 测的行星数据进行了多年研究，得出了 近似按圆周运动处理。开普勒三定律就可 行星运动三大定律 以这样理解：太阳处在圆心，对某一行星 D.波兰天文学家哥白尼提出了日心说，为 来说，它绕太阳做匀速圆周运动，速率不 变；所有行星轨道半径的三次方跟它的公 此被宗教裁判所烧死在罗马的鲜花广场， 为科学付出了生命的代价 转周期的二次方的比值都相等，即刀=6 川要点2开普勒行星三定律的理解 或=2 T?T39 开普勒行星三定律是开普勒在丹麦天文 例2（多选）无论地心说还是日心说，古 学家第谷去世以后，总结第谷的天文观测数 人都把天体的运动看得很神圣，认为天体的 据，于1609年提出了第一、第二定律，：运动必然是最完美、最和谐的匀速圆周运 1619年提出第三定律。开普勒行星三定律：动。德国天文学家开普勒用20年的时间研 是唯象理论（不知其内在原因，而是用概括究了丹麦天文学家第谷的行星观测记录，发 实验事实得到的物理规律)，直到牛顿发现：现：如果假设行星的运动是匀速圆周运动， 万有引力定律才指出开普勒第三定律存在的：计算所得的数据与观测数据不符；只有假设 原因。 行星绕太阳运动的轨道不是圆，而是椭圆， 1.开普勒第一定律说明了不同的行星绕太阳：才能解释这种差别。他还发现了行星运动的 运行时的轨道都是椭圆的，太阳处在椭圆：其他规律…开普勒分别于1609年和1619 的一个焦点上，并不是处在椭圆的中心，：年发表了他发现的规律，后人称之为开普 而且这些轨道也不在同一个平面内。 勒行星运动定律，下列说法与之吻合的是 2.开普勒第二定律说明行星在近日点的速度 最大，远日点的速度最小，即从近日点向：A.太阳系内的所有行星绕太阳运动的轨道 远日点运动过程中做减速运动，从远日点 都是椭圆，行星到太阳的最大距离等于 向近日点运动过程中做加速运动。 椭圆的半长轴 36 第七章万有引力与宇宙航行。 B.对太阳系内的任意一个行星来说，它与：2.对于同一中心天体，如果已知某一绕其运 太阳的连线在相等的时间内扫过相等的： 行的行星的公转周期或轨道半径，可通过 面积 另一绕其运行的行星的轨道半径和周期， C.太阳系内的每一颗行星与太阳的连线在 并结合开普勒第三定律求解未知量，即利 相等的时间内扫过相等的面积 用丹疗来求解。 D.太阳系内有行星轨道的半长轴的立方 例3某行星和地球绕太 跟它公转周期的平方的比值都相等 地球 ”行星 阳公转的轨道均可视为圆。 思路点拨 太阳 每过N年，该行星会运动 对开普勒行星三定律的正确理解是 到日地连线的延长线上， 例3题图 解决此题的关键。开普勒行星运动规律 如图所示，该行星与地球的公转半径之比为 是对行星绕太阳运动规律的总结，它也 ( 适用于其他天体的运动。要注意开普勒 A +1号 第二定律描述的是同一行星距离太阳的 N B 距离不同时的运动快慢的规律，开普勒 N+12 D N N N-1 第三定律描述的是不同行星绕太阳运动 快慢的规律。 思路点拨 圆周运动的追及相遇问题，核心思 B变式训练2 想就是“时空观”，抓住两者时间关联和 空间关联，利用圈数之差等于一圈，借 关于行星运动的规律，下列说法符合史 助开普勒第三定律再联系时间与周期来 实的是() 处理。本题考查了对开普勒第三定律的 A.开普勒在牛顿定律的基础上，导出了行 理解和应用能力。 星运动的规律 B.开普勒在天文观测数据的基础上，总结 P变式训练③ 出了行星运动的规律 C.开普勒总结出了行星运动的规律，找出 某行星沿椭圆轨道运行，远日点离太阳 了行星按照这些规律运动的原因 的距离为a,近日点离太阳的距离为b,过 D.开普勒总结出了行星运动的规律，发现： 远日点时行星的速率为v,则过近日点时的 了万有引力定律 速率为( ) 川要点3开普勒行星三定律的应用 A.v=B Va 1,开普勒行星三定律的应用主要是针对第C.,6, a D- 二、第三定律，特别是第三定律的应用。 学 37 高中物理必修第二册（人教版） “科学探究（包括问题、证据、解释、交 情境拓展 流)”的哪些方面( (多选)如图是人类对天体运动规律的 古代 140 1543 1546 1600 探究过程中的关键节点。第谷的数据和开普 天圆地方 托勒密 哥白尼 第 勒的数据几何化，终于清晰地呈现了行星运 地心说 日心说 生 动的规律。开普勒开始时按行星绕太阳做匀 是匀速圆 开华 1609 周运动？ 第二定律 速圆周运动的观点来思考问题。在他对火星 开普勒（德国） 第谷（丹麦）》 轨道的研究中，70余次尝试所得的结果都 20年潜心研究8'的误差 ”精确的 1619 与第谷的观测数据有至少8'的偏差，开普勒 观测记录 开普勒 行星运动规律 第三定律 对第谷数据的精确性深信不疑，他想，这不 情境拓展题图 容忽视的8'也许正是因为行星的运动并非匀 速圆周运动。关于将行星做匀速圆周运动的： A.问题 B.证据 观念修改为椭圆运动的思考，主要体现了C.解释 D.交流 2.万有引力定律 反比。 知识梳理 2.胡克和哈雷对行星运动的进一步认识。 胡克和哈雷：行星的运动是太阳引力的 川知识点1行星运动的原因 缘故，甚至证明了行星轨道如果是圆形时， 1.科学家对行星运动的各种猜想。 受到的引力大小跟行星到太阳的距离的二次 (1)哥白尼：太阳坐在它的皇位上，管理着： 方成反比。 围绕它的一切星球。 3.牛顿给出了正确的解释。 (2)伽利略：行星的运动与地面的物体遵从 认为以任何方式改变速度都需要 不同的规律，行星运动是“惯性”自行 0 使行星沿圆或椭圆运动，需要指向圆 维持的。 心或椭圆焦点的引力，利用他的运动定律把 (3)笛卡儿：宇宙由不停旋转着的微粒组 行星的运动与引力联系起来了。 成，微粒的运动形成旋涡。太阳和行星 川知识点2太阳与行星间的引力 在各自的旋涡中心。行星的旋涡带动卫 1.太阳对行星的引力。 星运动，太阳的旋涡带动行星和卫星一 (1)对行星：太阳的引力提供 ,由 起运动。 (4)开普勒：行星的运动是由于受到太阳的： 牛顿第二定律知F=ma=m4m, T2。 类似磁力的作用，磁力大小与距离成： 38)学其角速度的取值范围是1V√少≤0≤1√+边 变式训练2(1)杆受小球的压力16N,方向向下。 (2)杆受小球的拉力44N,方向向上。 情境拓展 C【解析】由图中的虚线切线方向可知，泼水时杯 子的旋转方向为逆时针方向，则P位置飞出的小水珠初 第七章万有 >"1.行星的运动 知识梳理 知识点1 1.托勒密2.哥白尼 知识点2 1.椭圆焦点2.面积3.半长轴公转周期相 等相同 要点突破 例1C【解析】地心说是错误的，A错误：真正的 太阳并不是静止不动的，B错误：地球是太阳的行星 C正确：日心说不完全正确，太阳不是宇宙的中心，D错误。 变式训练1D 例2BD【解析】太阳系内的所有行星绕太阳运动 的轨道都是椭圆，由于太阳位于椭圆的一个焦点上，则 行星运动到远日点时距太阳的距离最大，此距离大于椭 圆的半长轴，A错误；对太阳系内任意一个行星来说， 它与太阳的连线在相等的时间内扫过相等的面积，B正 确；太阳系内不同行星运动的轨道不同，则与太阳连线 在相等时间内扫过的面积不等，C错误；太阳系内所有 行星的椭圆轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方 的比值都相等，D正确。 变式训练2B 例3B【解析】由开普勒第三定律可得丘-T飞 rT地 地球公转周期小于行星公转周期，地球公转的周期为T地 1年，经过N年，地球转N圈，行星转(N-1)圈，即所 转圈数之老为1圈：，解得T心年，再由 开管待第三定律可得会高片，放B正确。 T地 变式训练3C 情境拓展 BC【解析】开普勒将行星做匀速圆周运动的观念修 改为椭圆运动，是建立在第谷的数据和开普勒的数据几 何化基础上，发现如果火星的公转轨道是圆周轨道，就 会造成所得的结果都与第谷的观测数据有至少8'的偏 差，这就是科学探究中的“证据”；因为开普勒对第谷 参考答案与解析。 速度沿2方向，A、B错误；水从P点泼出时，设水的 质量为m,当水的重力刚好提供其所需的向心力时，有 mg=咒，解得=V级=V6s,可知水被甩出与水 的质量无关，要将水从P点泼出，杯子的速度不能小于 V6m/s,C正确，D错误。故选C。 引力与宇宙航行 数据的精确性深信不疑，那么这个8'的偏差也许正是因 为行星的运动并非匀速圆周运动，而是椭圆运动的思 考，这个物理观念的改变就是科学探究中的“解释”。 一2.万有引力定律 知识梳理 知识点1 3.力 知识点2 1.(1)向心力(3)质量二次方2.太阳 知识点3 1.(1)同种2.(1)正比反比(3)①质点 ②质点 要点突破 例1AD【解析】行星对太阳的引力和太阳对行星 的引力都是万有引力，性质相同，A正确：由万有引力 定律F=Gm*m可知，引力与两质量乘积成正比，与距 离的平方成反比，B错误，D正确；由牛顿第三定律可 知行星对太阳的引力和太阳对行星的引力大小相等，方 向相反，C错误。 变式训练1AB 例2AD【解析】万有引力定律F=Gm2适用于 质点间引力的计算，质量分布均匀的球体可视为质点， A、D正确；当0时不能视为质点，B错误；小球放 在大球球心处，由对称性可知，大球与小球间的万有引 力为0，C错误。 变式训练2B 例3h=?【解析】研究测试仪静止时，由平衡条 2 件知F=mg;启动后，由牛顿第二定律知Fe-mg=ma= m号，故人e受+mg长g、经=号&，由于地表物休 17 G紧-mg,h商度处.G长滑，歌=经优+h八 解得h=B。 20 25