1.行星的运动-【金版新学案】2025-2026学年高中物理必修第二册同步课堂高效讲义教师用书（人教版）

本讲义聚焦行星运动规律这一核心知识点，从地心说与日心说的认识历程入手，系统梳理开普勒三大定律（轨道椭圆、面积相等、半长轴与周期关系），并延伸至定律在近日点远日点速度比较、周期计算等场景的应用，构建完整学习支架。 该资料以情境导入激发思考，通过师生互动任务（如行星速度变化讨论）培养科学思维中的模型建构与科学推理，结合嫦娥六号、鹊桥二号等实例渗透科学探究与科学态度。课中辅助教师引导学生深化理解，课后学生可通过例题与针对练查漏补缺，强化知识应用能力。

1.行星的运动 【素养目标】　1.了解人类对行星运动规律的认识历程。　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圆周运动的向心力。　3.认识科学探究的过程，通过对原有观念和模型的不断修正，使其逐步接近真实的物理规律。 知识点一　两种对立的学说 【情境导入】　阅读教材P46－P48“科学漫步”关于托勒密的地心说的观点，思考下列问题： (1)地心说是怎样解释天体运动的？ (2)托勒密的观点为什么能流传1 000多年？ 提示：(1)地心说认为地球是宇宙的中心，是静止不动的，太阳、月球及其他行星围绕着地球在不同的轨道上运动。 (2)托勒密模型符合人们坐地观天的习惯，在当时，能较好地预报行星的位置、日食和月食，也能顺利地解释许多天文现象，是西方古代天文学的研究基础。 【教材梳理】 (阅读教材P44，完成下列填空) 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。 3.局限性：古人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、最和谐的匀速圆周运动，与丹麦天文学家第谷的观测数据不符。 下列说法正确的是(　　) A.地球是宇宙的中心，太阳、月球及其他星体都绕地球运动 B.太阳是宇宙的中心，所有天体都绕太阳运动 C.太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳转动 D.“地心说”和“日心说”都是不正确的 答案：D 解析：太阳、地球和月球都是运动的，“地心说”和“日心说”都是不正确的。故选D。 针对练.(多选)16世纪，哥白尼根据天文观测的大量资料，经过多年的潜心研究，提出“日心说”。下列关于“日心说”的四个观点目前看来存在缺陷的是(　　) A.宇宙的中心是太阳，所有行星都在绕太阳做匀速圆周运动 B.地球是绕太阳做匀速圆周运动的行星，月球是绕地球做匀速圆周运动的卫星，它绕地球运动的同时还跟地球一起绕太阳运动 C.天穹不动，地球每天自西向东自转一周，造成天体每天东升西落的现象 D.与日地距离相比，其他恒星离地球都十分遥远，比日地间的距离大得多 答案：ABC 解析：太阳不是宇宙的中心，所有行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上，整个宇宙都在不停地运动，题述的四个观点中，目前看来A、B、C都存在缺陷。故选ABC。 学生用书⬇第58页 知识点二　开普勒定律 【情境导入】　 (1)如图为行星绕太阳转动的示意图，观察各行星的运动轨迹，它们是规则的圆形吗？ (2)各行星绕太阳一周的时间分别为：水星约88天、金星约225天、地球约365天、火星约687天、木星约11.9年、土星约29.5年、天王星约84.3年、海王星约164.8年，据此猜测行星绕太阳运动的周期与它们到太阳的距离有什么样的定性关系？ 提示：(1)不是。 (2)行星到太阳的距离越大，绕太阳运动的周期越长。 【教材梳理】 (阅读教材P44－P46，完成下列填空) 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。 4.开普勒定律的近似处理 (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。 【师生互动】　任务1：同一行星沿椭圆轨道绕太阳运动，是靠近太阳时速度变大还是远离太阳时速度变大？ 任务2：行星轨道的半长轴越长，行星的周期是越大还是越小？ 任务3：如图所示，椭圆为地球绕太阳运动的轨道，A、B两点分别为地球绕太阳运动的近日点(行星距离太阳最近的点)和远日点(行星距离太阳最远的点)，地球经过这两点时的速率分别为vA和vB；阴影部分为地球与太阳的连线在相等时间内扫过的面积，分别用SA和SB表示，则vA　　　　vB，SA　　　　SB。(均选填“＞”“＝”或“＜”) 提示：任务1：靠近太阳时速度变大。 任务2：越大。 任务3：＞　＝ 【探究归纳】 1.开普勒第一定律的理解 行星绕太阳运行的轨道都是椭圆，如图甲所示，不同行星绕太阳运动的椭圆轨道是不同的，但所有轨道都有一个共同的焦点——太阳。 2.开普勒第二定律的理解 (1)如图乙所示，在相等的时间内，行星与太阳的连线扫过的面积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。 (2)近日点、远日点分别是行星距离太阳最近、最远的点。同一行星在近日点的速度最大，在远日点的速度最小。 学生用书⬇第59页 3.开普勒第三定律的理解 (1)如图丙所示，由＝k可知椭圆轨道半长轴越长的行星，其公转周期越长。比值k是一个对所有行星都相同的常量。 (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。 4.(1)“在相等的时间内，行星与太阳连线扫过的面积相等”是对于同一颗行星而言的，对不同行星不成立。 (2)公式＝k中的常量k对绕同一中心天体运动的行星(或卫星)是相同的，对绕不同中心天体运动的行星(或卫星)一般是不同的。 下列关于太阳系行星运动规律的描述正确的是(　　) A.所有行星均以太阳为中心做椭圆运动 B.所有行星与太阳的连线在单位时间内扫过的面积相等 C.所有行星轨道的半长轴的二次方与其公转周期的三次方之比都相等 D.行星离太阳较近时，运行速度较大，离太阳较远时，运行速度较小 答案：D 解析：太阳系中所有行星均在各自的椭圆轨道上运动，太阳处于椭圆其中一个焦点上，故A错误；同一行星与太阳的连线在单位时间内扫过的面积相等，故B错误；开普勒第三定律的内容为所有行星轨道的半长轴的三次方与其公转周期的二次方之比都相等，故C错误；由开普勒第二定律可知，近日点速度大，远日点速度小，故D正确。故选D。 针对练.理论和实践证明，开普勒定律不仅适用于太阳系中的天体运动，而且对一切天体(包括卫星绕行星的运动)都适用。对于开普勒第三定律的公式＝k，下列说法正确的是(　　) A.该公式只适用于轨道是椭圆的运动 B.该公式中的T为天体的自转周期 C.该公式中的k值只与中心天体有关，与绕中心天体运动的行星(或卫星)无关 D.若已知月球与地球之间的距离，则根据开普勒第三定律公式可求出地球与太阳之间的距离 答案：C 解析：开普勒第三定律不仅适用于轨道是椭圆的运动，也适用于轨道是圆的运动，故A错误；该公式中的T是行星(或卫星)的公转周期，故B错误；该公式中的k值与中心天体有关，与绕中心天体运动的行星(或卫星)无关，故C正确；月球绕地球运动，地球绕太阳运动，不是同一个中心天体，公式中的k值与中心天体有关，已知月球与地球之间的距离，无法求出地球与太阳之间的距离，故D错误。故选C。 知识点三　开普勒定律的应用 1.开普勒第二定律的应用 (1)行星与太阳的连线在相等时间内扫过的面积相等，行星到太阳的距离越大，行星的速度越小，反之越大。 (2)行星在近日点和远日点时，速度方向与行星和太阳的连线垂直，若行星在近日点和远日点到太阳的距离分别为a、b，取足够短的时间Δt，行星与太阳的连线扫过的面积可看作三角形的面积，由开普勒第二定律有vaΔt·a＝vbΔt·b，所以＝，即运行速率与行星到太阳的距离成反比。 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。 开普勒第二定律的考查 (多选)如图所示，海王星绕太阳沿椭圆轨道运动，P为近日点，Q为远日点，M、N为轨道短轴的两个端点，运行的周期为T0。若只考虑海王星和太阳之间的相互作用，则海王星在从P经过M、Q到N的运动过程中(　　) 学生用书⬇第60页 A.从P到M所用的时间小于 B.从Q到N，速率逐渐减小 C.从P到Q，速率逐渐减小 D.从M到N所用时间大于 答案：ACD 解析：从P到Q的时间为，根据开普勒第二定律可知，从P到M运动的速率大于从M到Q运动的速率，可知从P到M所用的时间小于，同理可知，从M到Q和从Q到N所用的时间均大于，则从M到N所用的时间大于，A、D正确；海王星从P到Q是远离太阳的过程，速率是逐渐减小的，从Q到N是靠近太阳的过程，速率是逐渐增大的，B错误，C正确。故选ACD。 针对练.(2025·广西来宾高一下期末) 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之旅。如图是长征五号绕月球做椭圆运动的轨道示意图，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 答案：A 解析：由开普勒第一定律知，月球处在椭圆的一个焦点上；由开普勒第二定律，相等时间内嫦娥六号围绕月球转过的面积相等，因为P点速率大，是近月点，所以月球应该位于F1点。故选A。 开普勒第三定律的考查 阋神星是现已知太阳系中直径第二大的矮行星。若将地球和阋神星绕太阳的运动看作匀速圆周运动，它们的运行轨道如图所示。已知阋神星绕太阳运行一周的时间约为557年，设地球绕太阳运行的轨道半径为R，则阋神星绕太阳运行的轨道半径约为(　　) A.R B.R C.R D.R 答案：C 解析：由开普勒第三定律有＝，解得r阋＝R。故选C。 应用开普勒第三定律解题的步骤 1.判断两个行星运动所环绕的中心天体是否相同，只有对同一个中心天体开普勒第三定律才成立。 2.明确题中给出的周期关系或半径关系。 3.根据开普勒第三定律＝＝k列式求解。 针对练1.(2025·四川攀枝花高一下期末)“鹊桥二号”中继卫星由“长征八号”遥三运载火箭在海南文昌航天发射场成功发射，与“鹊桥二号”一同发射的还有两颗通信技术实验星“天都一号”“天都二号”，与“鹊桥二号”一起组成一个月球通信、导航和遥感网络。“鹊桥二号”“天都一号”“天都二号”绕月轨道近月点 高度均为200 km，远月点高度分别为16 000 km、4 000 km、9 000 km。设“鹊桥二号”“天都一号”和“天都二号”绕月飞行的周期分别为T1、T2、T3，则下列关系中正确的是(　　) A.T1＞T3＞T2 B.T1＞T2＞T3 C.T3＞T1＞T2 D.T2＞T1＞T3 答案：A 解析：根据开普勒第三定律＝k可知，半长轴a越大，周期T越大。“鹊桥二号”半长轴最大，周期最大，“天都一号”半长轴最短，周期最小，则T1＞T3＞T2。故选A。 针对练2.(2025·四川内江高一下期末)如图所示，已知地球的公转轨道半径为1 AU(AU为天文单位)，A彗星的运行轨道近似为椭圆，其近日点与远日点之间的距离约为34 AU，则这颗彗星绕太阳公转时，从远日点到近日点的最短时间(　　) A.34 年 B. 年 C. 年 D.17年 答案：B 解析：该彗星的运行轨道的半轴长为a＝ AU＝17 AU，根据开普勒第三定律有＝，解得该彗星的公转周期为T1＝T＝17 年，这颗彗星绕太阳公转时，从远日点到近日点的最短时间t＝T1＝ 年。故选B。 学科网（北京）股份有限公司 $