7.1 行星的运动-【重难点手册】2025-2026学年高中物理必修第二册（人教版）

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 星运动定律及其科学价值， 重点：1.掌握开普勒行星运动定律，认 2.知道行星绕太阳运动的原因，知道引力提供了行星绕 识行星的运动。 太阳做匀速圆周运动的向心力. 2.知道开普勒三大行星运动定律。 3.认识到科学研究一般从最基本的观念开始，凭借对现 难点：1.对开普勒行星运动定律的理解 象的观测、模型的构建以及模型与事实之间的相互作用，不断 和应用 修正原有的观念和模型，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. mmimmmmmmmmmmmmmmm 必备知识梳理 mimmmimmmmmmmmmmmmmmmmmmmm 知识点（① 行星运动的两种学说◆敲黑板 地心说 日心说 敲黑板⊙ 两种学说的区别 ①太阳是静止不动的，所有的行星 地心说与日心说的区别是 ①地球是宇宙的中心，是静 都绕太阳做匀速圆周运动； 参考系的选择不同.从地心说到 止不动的： ②地球是绕太阳旋转的行星，月球 日心说的转变，是人类思想的一 内容 ②太阳、月亮以及其他星体 是绕地球旋转的卫星，它绕地球做 次重大解放 都围绕着地球做圆周运动 匀速圆周运动，同时还跟地球一起 太阳东升西落现象是以地 绕太阳转动 球为参考系得出的. 代表人物 古希腊天文学家托勒密 波兰天文学家哥白尼 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 局限性 和谐的匀速圆周运动 两种学说都是错误的，因为任何天体都在不停地运动.地心说所 说明 描述的天体的运动不仅复杂而且问题很多，日心说能以简洁的 理论解释天体的运动 76 第七章万有引力与宇宙航行通 知识点(2开普勒定律 1.开普勒定律◆划重点。 划重点演 定律 内容 图示 对开普勒定律的理解要点 1.开普勒第一定律说明了 所有行星绕太阳运动的轨道都是椭 行月 开普勒第一定 不同行星绕太阳运动时的椭圆 律（轨道定律） 圆，太阳处在椭圆的一个焦点上 太阳 轨道虽然不同，但有一个共同的 不是中心点 焦点 行星 2.行星靠近太阳的过程做 对任意一个行星来说，它与太阳的连 开普勒第二定 线在相等的时间内扫过的面积相等 S 太阳 的是近心运动，速度增大，在近 律（面积定律） 日点速度最大；行星远离太阳的 可据此判断速度变化 S=S, 过程做的是离心运动，速度减 所有行星轨道的半长轴的三次方跟 小，在远日，点速度最小 它的公转周期的二次方的比都相 行星 3.开普勒第三定律的表达 开普勒第三定 等表达武，是太阳系中 律（周期定律） 太阳 式=中，半长轴口的确定 尼只与中心天体有关 是易错点；T是行星绕中心天体 半长轴 对所有行星都相同的常量 公转的周期，不是中心天体的自 转周期；常量k与沿椭圆运动的 2.开普勒定律的适用范围 环绕天体无关， 开普勒定律不仅适用于行星绕太阳运动，也适用于卫星绕行 星运动.实际上，在某一中心天体的引力作用下，绕中心天体运动 的物体都遵循以上三个定律. 重难拓展 重难点(1中学阶段对天体运动的处理方法 记方法回 由于大多数行星绕太阳运动的轨道与圆十分接近，因此，在中 研究天体运动的思路 学阶段的研究中，可以利用圆周运动的相关规律来进行近似处理. 1.为了筒化运算，一般把天 这样，开普勒行星运动定律可以进行如下表述.◆记方法。 体运动当成匀速圆周运动来研 究，此时椭圆的半长轴近似为圆 定律 表述 周的半径 开普勒第 大多数行星绕太阳运动的轨道十分接近圆，太阳处在圆心 2.进行近似处理后，天体的 定律 运动遵循牛顿运动定律和匀速 开普勒第对某一行星来说，它绕太阳做圆周运动的角速度（或线速度）大 圆周运动的相关规律，如)= 二定律 小不变，即行星做匀速圆周运动 2 wr,F=m 所有行星轨道半径的三次方跟它的公转周期的二次方之比都相 r -ma'r,a= r 开普勒第 三定律 等，即分-大 注意：不是自转周期 w'r=Ir'r T2 例①中国古代所谓的“扫把星”说的是彗星，若某颗彗星绕日 运动的轨道为椭圆，平均周期约为饣年，近日点的速率为1，近日 点到太阳的距离约为日地距离的q倍.地球绕太阳运动的轨道为 77 重难点手册高中物理必修第二册R, 圆轨道，据此可知该彗星在远日点的速率为( ) A B._1 2√p-q √p3-q pu qv1 C.Tpi-a D 29p7-q 解析根据开善勒第三定律有气一入解得R√D,近日点到太阳的 距离为a1=gR,故远日，点到太阳的距离为a2=2a一a1,根据开普勒第二定 律可得u1a1=02a2,联立解得v2= q01 2p2-g 答案D Iiiiiiiiiii 关键能力提升 11111111 题型（①对开普勒第一定律的理解 的时间内，它离太阳的距离是不断变化的 例①对开普勒第一定律的理解，下列说 C.太阳不一定在所有行星运动椭圆轨道的 法中正确的是(). 焦点上 D.某个行星绕太阳运动的轨道一定不在 A.某一行星绕太阳运转的轨道始终在一 个固定的平面内 个固定的平面内 B.某一行星绕太阳运转的轨道不一定总 题型(2开普勒第二定律的应用 在一个固定的平面内 例2如图所示，某行星沿椭圆轨道运行， C.在行星绕太阳运转一周的时间内，它到 远日点到太阳的距离为a,近日点到太阳的距 离为b,过远日点时行星的速率为v。,则过近 太阳的距离保持不变 日点时行星的速率为( D.在行星绕太阳运转一周的时间内，太阳 始终在行星轨道的中心点上 解析依据开普勒的行星运动第一定律：所有的 行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭 a 圆的一个焦点上，所以某一行星绕太阳运转的轨道始 A.U= a B.u6-√ba 终在一个固定的平面内，故A正确，B错误；行星绕太 L b 阳运转的轨道是椭圆，它到太阳的距离是变化的，太 C.vo-Ba D.V6= a 阳处在所有椭圆的一个焦，点上，故C、D错误】 解析若行星从轨道的A点经足够短的时间t运 答案A 动到A'点，则与太阳的连线扫过的面积可看作扇形， 变式①如图所示，对开普勒第一定律的 共面积S=82;若行显从轨道的B点也经时间： 理解，下列说法中正确的是(). 运动到B'点，则与太阳的连线扫过的面积SB= A.在行星绕太阳运动一周 行星 b·vbt 的时间内，它离太阳的距离是一 2 根据开香勒第二定律得“_6“，即 直不变的 Us= 60。,故C正确. B.在行星绕太阳运动一周 答案C 78 第七章万有引力与宇宙航行通 变式2(2025·山东烟台一中月考)如图 只是个粗略的说法.在天文学中，“天文单位” 所示为火星绕太阳运动的椭圆轨道，M、N、P 有严格的定义，用符号AU表示).已知火星公 是火星依次经过的三个位置，F1、F2为椭圆的 转的轨道半径是1.5AU,根据开普勒第三定 两个焦点.火星由M到N和由N到P的过程 律，火星公转的周期是多少个地球日？ 中，通过的路程相等，火星与太阳中心的连线扫 解析根据开誉粉第三定律有= T-T2, 过的面积分别为S1和S2.已知由M→N→P 过程中，火星速率逐渐减小.下列判断正确的是 解得T= T地=1.84×365日=671日. 深挖教材 M 这是一道关于开普勒第三定律的实际应用题， 题目中对轨道半径进行新定义，引入天文单位，考 查学生对基本规律的掌握情况.这类型题通常都是 深入浅出，只要学生认真审题，难度不大 A.太阳位于焦点F2处 变式③我国古代神话传说中，地上的“凡 B.S1<Sz 人”过一年，天上的“神仙”过一天.如果把看到 C.在M和N处，火星的角速度wM<wN 次日出就当作“一天”，某卫星的运行半径为 D.在N和P处，火星的加速度aw<ap 题型（③开普勒第三定律的应用 月球绕地球运行半径的6，则该卫星上的航天 例3[教材P48T1门地球公转轨道的半径 员24h内在太空中度过的“天”数约为（已知月 在天文学上常用来作为长度单位，叫作天文单 球的运行周期为27天)(). 位，用来量度太阳系内天体与太阳的距离（这 A.1 B.8 C.16 D.24 核心素养聚焦 考向（①对开普勒第三定律的理解与应用 A.金星与地球的公转轨道之间 例①(2025·云南卷)国际编号为192391 B.地球与火星的公转轨道之间 的小行星绕太阳公转的周期约为5.8年，该小 C.火星与木星的公转轨道之间 D.天王星与海王星的公转轨道之间 行星与太阳系内八大行星几乎在同一平面内 做圆周运动.规定地球绕太阳公转的轨道半径 解析由开普勒第三定律 T_T,得Rm R行R 为1AU,八大行星绕太阳的公转轨道半径如 T 表所示.忽略其他行星对该小行星的引力作 √T地 R地，代入数据解得R行≈3.2AU,结合图表可 用，则该小行星的公转轨道应介于( 知该小行星的公转轨道应介于火星与木星的公转轨 行星 水星 金星 地球 火星 道之间，C正确。 答案C 轨道半径R/AU 0.39 0.72 1.0 1.5 行星 木星 土星 天王星 海王星 考查内容 核心素养 试题难度 轨道半径R/AU 5.2 9.5 19 30 开普勒第三定律的应用 科学思维 ★☆☆☆☆ 79