7.1 行星的运动 学案 -2025-2026学年高一下学期物理人教版必修第二册

第1节 行星的运动 学案 核心素养目标 1.了解人类对行星运动规律的认识历程，知道地心说、日心说。 2.知道开普勒定律，掌握行星运行的轨道特点和运动规律。 3.掌握开普勒定律的应用。 4.认识到科学研究一般从最基本的观念开始， 通过观测、模型构建和模型的修正，使其逐步接近真实，获得物理规律。 基础知识： 知识点一　两种对立的学说 1．地心说 地心说认为地球是宇宙的中心，是静止不动的，太阳、月球以及其他星体都绕地球运动。 2．日心说 日心说认为太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动。 知识点二　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椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上。 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相等。 3．开普勒第三定律：所有行星轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比都相等。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，比值k是一个对所有行星都相同的常量。 知识点三　行星运动的近似处理 　行星的轨道与圆十分接近，在中学阶段的研究中我们可按圆轨道处理。这样就可以说： (1)行星绕太阳运动的轨道十分接近圆，太阳处在圆心。 (2)行星绕太阳做匀速圆周运动。 (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。 重难点理解： 一、对开普勒定律的理解 1．开普勒第一定律解决了行星运动的轨道问题 行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，如图所示。不同行星绕太阳运动的椭圆轨道是不同的，但所有轨道都有一个共同的焦点——太阳。开普勒第一定律又叫轨道定律。 2．开普勒第二定律比较了某个行星在椭圆轨道上不同位置的速度大小问题 如图所示，在相等的时间内，面积SA＝SB，这说明离太阳越近，行星在相等时间内经过的弧长越长，即行星的速率越大，离太阳越远，行星速率越小。开普勒第二定律又叫面积定律。 3．开普勒第三定律比较了不同行星周期的长短问题 (1)如图所示，由＝k知椭圆轨道半长轴越长的行星，其公转周期越长，比值k是一个与太阳有关而与行星无关的常量，开普勒第三定律也叫周期定律。 (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，对于地球卫星，常量k只与地球有关，而与卫星无关，也就是说k值的大小由中心天体决定。 典例1：(多选)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．太阳在椭圆的一个焦点上 B．该行星在a点的速率比在b、c两点的速率都小 C．该行星在c点的速率比在a、b两点的速率都大 D．行星与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积是相等的 解析　根据开普勒第一定律可知，行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳在椭圆的一个焦点上，A正确；根据开普勒第二定律可知，太阳与行星的连线在相等的时间内扫过的面积相等，则行星在近日点的速率大，在远日点的速率小，D正确，B、C错误。答案　AD 二　开普勒第三定律的应用 1．行星运动的近似处理 行星绕太阳运动的轨道十分接近圆，太阳处在圆心，行星绕太阳做匀速圆周运动。 2．开普勒第三定律的应用 (1)行星绕中心天体做椭圆运动时，其周期与轨道半长轴的关系满足：＝k。 (2)行星绕中心天体做圆周运动时，其周期与轨道半径的关系满足：＝k。 (3)绕同一中心天体运动的行星，有的轨迹为椭圆，有的轨迹为圆，则满足：＝＝k。 典例2：地球的公转轨道接近圆，但彗星的运动轨道则是一个非常扁的椭圆，天文学家哈雷曾经在1682年跟踪过一颗彗星，他算出这颗彗星轨道的半长轴约等于地球公转半径的18倍，如图所示，并预言这颗彗星将每隔一定时间就会出现，哈雷的预言得到证实，该彗星被命名为哈雷彗星。哈雷彗星最近出现的时间是1986年，则关于它下次飞近地球的时间，下列判断正确的是(　　) A．大约在2070年 B．大约在2062年 C．大约在2048年 D．大约在2035年 解析　设彗星的周期为T1，地球的公转周期为T2，这颗彗星轨道的半长轴约等于地球公转半径的18倍，由开普勒第三定律＝k得＝ ＝≈76，所以彗星下次飞近地球的时间大约在1986＋76＝2062，故选B。答案　B 当堂达标： 1．下列说法中正确的是(　　) A．太阳是宇宙的中心，地球、月球及其他行星都绕地球运动 B．地球是绕太阳运动的一颗行星 C．太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动 D．地心说正确反映了天体运动的规律 2．某行星绕太阳运行的椭圆轨道如图所示，F1和F2是椭圆轨道的两个焦点，行星在A点的速率比在B点的速率大，则太阳是位于(　　) A．F2点　　　B．A点 C．F1点 D．B点 3.如图所示是中国“天问一号”探测器拍摄的火星影像图。已知火星绕日公转一年，相当于地球上的两年，假设火星和地球均绕太阳做匀速圆周运动，则火星与太阳之间的距离约为地球与太阳之间距离的(　　) A. B． C． 倍 D．2倍 4．长期以来“卡戎星”被认为是冥王星唯一的卫星，它的公转轨道半径r1＝19 600 km，公转周期T1＝6.39天。2006年，天文学家发现两颗冥王星的小卫星，其中一颗的公转半径r2＝48 000 km，则它的公转周期T2是多少？ 参考答案： 1.解析：B　太阳是太阳系的中心，地球、月球及其他行星都绕太阳运转，故A错误；地球是绕太阳运动的一颗行星，还有水星、金星等，故B正确；静止是相对的，太阳在宇宙系中也是运动的，故C错误；地心说是错误的观点，故D错误。 2.解析：C　根据开普勒第一定律可知，太阳在行星轨道的焦点上，根据开普勒第二定律可知，行星在近日点的速度较大，所以F1是太阳的位置，故A、B、D错误，C正确。 3.解析：C　设地球与太阳之间的距离和公转周期分别为r1、T1，火星与太阳之间的距离和公转周期分别为r2、T2，则根据开普勒第三定律有＝，解得＝，故选C。 4.解析：根据开普勒第三定律，有＝， 解得T2＝ 天≈24.5天。 答案：24.5天 学科网（北京）股份有限公司 $