第1节 认识天体运动-【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（粤教版）

本讲义聚焦天体运动规律这一核心知识点，从地心说与日心说的发展切入，系统梳理开普勒三大定律（椭圆轨道、面积定律、周期定律），并延伸至定律在行星及卫星运动中的应用，构建从理论到实践的学习支架。 该资料以情境导入（地球公转示意图）和师生互动激发兴趣，通过例题（海王星运动分析、人造卫星周期计算）培养科学思维与模型建构能力，融入中国古代天文学成就渗透科学态度与责任。课中辅助教师引导学生理解规律，课后通过针对练帮助学生巩固知识、查漏补缺。

第一节　认识天体运动 【素养目标】　1.了解地心说与日心说的主要内容和代表人物，知道中国古代天文学的成就，感受科学家对真理的追求精神。　2.理解开普勒定律，知道开普勒第三定律中k值的大小只与中心天体有关。 学习开普勒运用证据对研究问题进行描述、解释。　3.知道行星运动在中学阶段的研究中的近似处理，逐步形成建构模型的意识。 知识点一　从地心说到日心说　对开普勒定律的理解 【情境导入】　我们生活的地球自转的同时还绕太阳公转，从而造成四季变换，如图为地球绕太阳运动的示意图及北半球春分、夏至、秋分、冬至时地球所在的位置。太阳是否在轨道中心？夏至、冬至时地球到太阳的距离是否相等？ 提示：太阳不在轨道中心，而在轨道的一个焦点上。夏至、冬至时地球到太阳的距离不相等，夏至时地球离太阳远些。 【教材梳理】 (阅读教材P52—P54完成下列填空) 1．从地心说到日心说 (1)地心说 地心说认为地球是静止不动的，位于宇宙中心，太阳、月亮以及其他行星都绕着地球运动。地心说的代表人物是托勒密。 (2)日心说 日心说认为太阳是宇宙的中心，地球和其他行星都围绕太阳运动。日心说的代表人物是哥白尼。 2．开普勒定律 (1)开普勒第一定律：所有行星围绕太阳运行的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上，如图甲所示。 　 (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时间内扫过相等的面积，如图乙所示。 (3)开普勒第三定律：所有行星的轨道半长轴的三次方与它公转周期的二次方之比都相等。其表达式为＝k，其中r代表椭圆的半长轴，T代表行星的公转周期，比值k是一个与行星无关而与太阳有关的常量。 学生用书第62页 【师生互动】　各行星绕太阳转动的运动轨迹是规则的圆形吗？它们到太阳的距离越远，它们绕太阳运动的周期如何变化？ 提示：不是　距离越远，周期越长 关于开普勒定律，下列说法正确的是(　　) A．所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的中心 B．地球和太阳的连线与火星和太阳的连线在相等时间内扫过的面积相等 C．行星运动中，开普勒第三定律的表达式＝k中的T代表行星的自转周期 D．开普勒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 答案：D 解析：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，故A错误；根据开普勒第二定律可知，同一行星与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相等，但不同的行星与太阳的连线在相等时间内扫过的面积不一定相等，故B错误；开普勒第三定律的表达式＝k中的T代表行星的公转周期，故C错误；开普勒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，故D正确。 (多选)下列对开普勒第三定律＝k的理解，正确的是(　　) A．T表示行星的公转周期 B．k是一个仅与中心天体有关的常量 C．该定律既适用于行星绕太阳的运动，也适用于人造卫星绕地球的运动 D．若地球绕太阳运转的半长轴为r1，周期为T1，月球绕地球运转的半长轴为r2，周期为T2，由开普勒第三定律可得＝ 答案：ABC 解析：由开普勒第三定律知，T表示行星的公转周期，A正确；k仅由中心天体决定，中心天体不同，k不同，B正确，D错误；＝k，适用于宇宙中所有天体，C正确。 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。 2．公式＝k中的比例常数k对绕同一中心天体运转的星体是相同的，对绕不同的中心天体运转的星体一般是不同的 针对练.(多选)(2024·江门市高一期中)关于行星的运动，下列说法正确的是(　　) A．开普勒第三定律中的常数k与行星有关 B．北半球的四季更替，秋冬季节比春夏季节天数少可以说明地球公转轨迹是椭圆 C．同一行星沿椭圆轨道绕太阳运动，靠近太阳时速度增大，远离太阳时速度减小 D．开普勒第三定律中的常数k与行星无关，与太阳有关 答案：BCD 解析：开普勒第三定律中的常数k只与中心天体的质量有关，与行星无关，A错误，D正确；地球公转轨迹是椭圆，地球绕日运行时，对北半球的观察者而言，在冬至经过近日点，夏至经过远日点，则由开普勒第二定律可知，地球在冬天比在夏天运行得快一些，所以秋冬季节比春夏季节天数少，故B正确；由开普勒第二定律可知，行星与太阳的连线在相同时间内扫过的面积相同，所以行星在靠近太阳时速度增大，远离太阳时速度减小，故C正确。故选BCD。 知识点二　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，而相等时间内扫过的面积与连线的长度(行星到太阳的距离)及行星的速度大小有关，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avaΔt＝bvbΔt，所以＝，即运行速率与行星到太阳的距离成反比。 学生用书第63页 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T与轨道半长轴r的关系满足：＝k。 (2)行星绕中心天体做圆周运动时，其周期T′与轨道半径r′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，且满足＝＝k。 　开普勒第二定律的应用 (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(　　) 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所用的时间大于 答案：ACD 解析：从P到Q的时间为半个周期，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经Q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。 　开普勒第三定律的应用 　如图所示，地球的两颗人造卫星甲、乙分别在圆轨道、椭圆轨道上运动，A、B分别是椭圆轨道的近地点、远地点，与地心的距离分别为r、3r，两轨道相切于A点，则甲、乙的周期之比为(　　) A．1∶2　 B．∶2 C．∶4　 D．1∶4 答案：C 解析：由题图可知甲的圆轨道半径为r甲＝r，乙的椭圆轨道的半长轴为r乙＝＝2r，由开普勒第三定律可得＝，综合可得T甲∶T乙＝∶4，故选C。 应用开普勒第三定律解题的步骤 1．判断天体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(半长轴)关系。 3．根据开普勒第三定律＝＝k列式求解。 针对练. (2024·深圳市高一期末)木星和地球都绕太阳公转，木星的公转周期约为12年，地球与太阳的距离约为1天文单位，则木星与太阳的距离约为(　　) A．2天文单位 B．5.2天文单位 C．10天文单位 D．12天文单位 答案：B 解析：根据开普勒第三定律可知＝，则＝≈5.2，所以r木≈5.2r地＝5.2天文单位，故选B。 1．如图所示，S1、S2、S3为火星与太阳连线在相等时间内扫过的三个面积，由开普勒行星运动定律可知(　　) A．S1<S2<S3 B．S1<S2＝S3 C．S1＝S2<S3 D．S1＝S2＝S3 答案：D 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，则有S1＝S2＝S3，故D正确。 2．(2024·江门市鹤山市第一中学高二校考)下列有关天体运动的说法正确的是(　　) A．绕太阳运行的行星，轨道半长轴越长，其公转的周期就越大 B．在月球绕地球运动中，＝k中的T表示地球自转的周期 学生用书第64页 C．天王星与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积不一定相等 D．若地球绕太阳运动的轨道半长轴为R1，周期为T1，月球绕地球运动轨道的半长轴为R2，周期为T2，则根据开普勒第三定律有＝ 答案：A 解析：由开普勒第三定律可知，所有行星公转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，即＝k，所以r越大，公转周期T越大，故A正确；开普勒第三定律不仅适用于行星绕太阳的运动，也适用于卫星绕行星的运动，所以月球绕地球运动中的T表示月球的公转周期，故B错误；根据开普勒第二定律可知，天王星与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相等，故C错误；地球绕太阳转动，而月球绕地球转动，二者不是同一中心天体，则对应的k不同，故D错误。故选A。 3．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，则太阳位于(　　) A．F2　　 B．A　　 C．F1　　 D．B 答案：C 解析：根据开普勒第一定律可知，太阳在行星椭圆轨道的一个焦点上，根据开普勒第二定律可知，行星在近日点的速率较大，故F1是太阳的位置，故A、B、D错误，C正确。 4．太阳系中有一颗绕太阳公转的行星，距太阳的平均距离是地球到太阳平均距离的9倍，则该行星绕太阳公转的周期是(　　) A．3年 B．9年 C．27年 D．81年 答案：C 解析：设地球距太阳的平均距离为R，则行星距太阳的平均距离为9R，根据开普勒第三定律得＝，可得T行＝27T地，由于地球的公转周期为1年，则该行星的公转周期为27年。故选C。 学科网（北京）股份有限公司 $