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

本讲义聚焦行星运动规律这一核心知识点，系统梳理从托勒密地心说、哥白尼日心说到开普勒三定律的天体物理学史脉络，构建历史发展与规律探究的学习支架，帮助学生理解行星运动的轨道、速度及周期关系。 该资料通过高考真题实例（如行星追及问题、开普勒定律应用）强化科学思维中的模型建构与科学推理，结合物理学史培养科学态度与责任，课中辅助教师高效授课，课后助力学生通过典型例题巩固知识、查漏补缺。

7.1行星的运动 重点内容 1 初步科学探索宇宙 2 开普勒定律 初步科学探索宇宙 1、 天体物理学史 托勒密(古希腊)→地心说；哥白尼(波兰)→“日心说”；开普勒(德国)→开普勒三定律；牛顿(英国)→发现万有引力定律；卡文迪什(英国)→比较准确地测出了引力常量。 二、两种对立的学说 1．地心说 (1)_地球__是宇宙的中心，是静止不动的； (2)太阳、月球以及其他星体都绕_地球__运动； (3)地心说的代表人物是古希腊科学家_托勒密__。 2．日心说 (1)_太阳__是宇宙的中心，是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动； (2)日心说的代表人物是_哥白尼__。 3．局限性 (1)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。 (2)开普勒研究了_第谷__的行星观测记录，发现如果假设行星的运动是匀速圆周运动，计算所得的数据与观测数据_不符_。 ~~~~练~习~的~分~割~线~~~~ 【例1】（2025春•河北期末）在物理学史上，开普勒和牛顿为天体运动的研究奠定了重要基础。下列关于他们贡献的描述中正确的是　　 A．牛顿通过分析第谷的观测数据，总结出行星绕太阳运动的轨道是椭圆 B．开普勒提出行星与太阳间的引力大小与二者距离的平方成反比 C．牛顿的万有引力定律表明，行星轨道半长轴的立方与公转周期的平方成正比 D．开普勒发现行星绕太阳运动的轨道是椭圆，而牛顿通过引力定律解释了这一现象的原因 【解答】解：、行星轨道为椭圆的结论是开普勒在研究第谷布拉赫的观测数据后提出的。牛顿是在开普勒定律的基础上，用万有引力定律从理论上加以解释，而非通过观测总结出这一结论；故错误； 、这一关系是牛顿在提出万有引力定律时明确指出的。开普勒并未建立力学模型，他主要依据观测数据提出了行星运动的几何规律，并未涉及引力的本质与数学表达；故错误； 、该结论是开普勒第三定律的内容，是他根据观测数据归纳出的经验规律。虽然牛顿确实从引力定律推导出这一关系，但该定律并不是由牛顿表明的；故错误； 、开普勒总结出行星运动的椭圆轨道，这是基于经验的发现；而牛顿则在此基础上，用万有引力和运动定律从理论上推导出椭圆轨道的成因，揭示了运动规律背后的物理本质。故正确。 故选：。 【例2】（2025•临沧开学）在天体物理学发展的历史上，许多科学家通过不懈的努力，取得了辉煌的成果，下列表述符合物理学史实的是　　 A．开普勒通过月地检验，验证了万有引力定律 B．卡文迪许通过实验测出了万有引力常量，并进一步算出了地球的质量 C．哥白尼提出了日心说，并发现了行星是沿椭圆轨道绕太阳运行的 D．牛顿通过大量运算分析第谷的天文观测数据，总结出了行星运动定律 【解答】解：是牛顿而不是开普勒通过月地检验，验证了万有引力定律，故错误； 卡文迪许通过实验测出了万有引力常量，并进一步算出了地球的质量，故正确； 哥白尼提出了日心说，开普勒发现了行星是沿椭圆轨道绕太阳运行的，故错误； 开普勒通过大量运算分析第谷的天文观测数据，总结出了行星运动定律，故错误。 故选：。 【例3】（2025春•汉中期末）在人类对物质运动规律的认识过程中，许多物理学家大胆猜想、勇于质疑，取得了辉煌的成就。下列有关科学家及他们的贡献描述中，正确的是　　 A．开普勒潜心研究第谷的天文观测数据，提出行星绕太阳做匀速圆周运动 B．卡文迪许进行了“月—地检验”实验，并测出了万有引力常量 C．牛顿在开普勒揭示的行星运动规律的基础上，发现了万有引力定律，并将其推广到自然界中任何两个物体之间 D．冥王星是运用万有引力定律在“笔尖”上发现的行星 【解答】解：．开普勒研究第谷数据后提出行星运动三定律，由开普勒第一定律指出轨道为椭圆而非匀速圆周，故错误； ．卡文迪许测定了引力常量，“月—地检验”由牛顿完成，故错误； ．牛顿基于开普勒定律，发现万有引力定律并推广至任何两物体之间，故正确； ．海王星是理论预测发现的，冥王星为观测发现，故错误。 故选：。 【例4】（2025春•西宁期末）物理学的发展推动着人类认识宇宙的深度和广度，许多物理学家为此做出了巨大贡献，下列说法中正确的是　　 A．卡文迪什的扭秤实验运用了“放大”的思想 B．牛顿提出了日心说开辟了科学的新时代 C．牛顿发现了万有引力，并测出了引力常量的大小 D．开普勒通过数据测算推断了行星的轨道一定是圆形的 【解答】解：．卡文迪什的扭秤实验通过镜面反射放大微小扭转角度，运用了“放大”思想，故正确； ．牛顿的贡献是万有引力定律和经典力学体系，日心说是哥白尼提出的，故错误； ．引力常量由卡文迪什通过扭秤实验测得，牛顿发现了万有引力定律但并没有测出引力常量，故错误； ．开普勒通过分析第谷的观测数据，提出行星轨道是椭圆而非圆形，故错误。 故选：。 【例5】（2025春•奉化区期末）自古以来，天体运动一直吸引着人类孜孜不倦地探索，关于天体运动研究的内容及物理学史，以下描述正确的是（　　） A．开普勒利用自己观察的行星运动数据，通过数学方法建立了开普勒三定律，被誉为“天空立法者” B．根据万有引力定律表达式，当两物体距离趋近于0时，其引力无穷大 C．牛顿通过“月地检验”，发现了月球受到的引力与地面上的重力是不同性质的力 D．卡文迪许设计扭秤实验装置，借助实验放大法，比较准确地测出了引力常量，被称为“第一个称出地球质量的人” 【解答】解：．开普勒通过对第谷的天文观测数据的分析研究，通过数学方法建立了开普勒三大定律，被誉为“天空立法者”，故错误； ．当两物体距离趋近于0时，万有引力公式不再适用，不能再根据万有引力定律表式讨论分析，故错误； ．牛顿通过“月地检验”，发现了月球受到的引力与地面上的重力是相同性质的力，故错误； ．卡文迪许设计扭秤实验装置，借助实验放大法，比较准确地测出了引力常量，被称为“第一个称出地球质量的人”，故正确。 故选：。 开普勒定律 1、 开普勒三定律 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 (1)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。注意是同一行星轨道，不同轨道上的行星与太阳的连线在相等时间内扫过的面积不相等。 (2)近日点、远日点分别是行星距离太阳最近、最远的点。同一行星在近日点时速度最大，在远日点时速度最小。 （3）由开普勒第二定律得 即。 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。 2、 行星追及问题 （1）行星的追及问题主要研究同一中心天体的两颗卫星相距最近或最远的情况。 ①当两颗行星与中心天体在同一直线上，且位于中心天体的同一侧时，相距最近；如金星凌日现象、火星合日现象。 ②当两颗行星与中心天体在同一直线上，且位于中心天体的两侧时，相距最远；如火星冲日现象。 （2）求解时间间隔：相距最近（或最远）到再次相距最近（或最远）的时间 ①根据开普勒第三定律列出两颗行星的周期与轨道半径（或半长轴）的关系（设a为内圈行星，b为外圈行星）； ②根据题意按圈数关系或角度关系列式：（两种关系二选一） 圈数关系：根据两行星所转圈数相差$1$圈，可得； 角度关系：若为匀速圆周运动，根据两行星所转角度相差2π，可得。 ③如图所示，若已知a星轨道半径，b星轨道半径，b星周期 根据开普勒第三定律，得a星的周期为 设相邻两次相距最近的时间间隔为t，内侧的a星半长轴短、周期短，此时间内比b星多转一圈，有，解得 ~~~~练~习~的~分~割~线~~~~ 【例6】（2025秋•苏州月考）如图所示，某卫星绕行星沿椭圆轨道运动，为其轨道长轴，半长轴为，周期为，图示中、两个面积大小相等。则（　　） A．行星从到的过程中加速度逐渐减小 B．卫星从到的速率逐渐增大 C．卫星从到的运行时间大于从到的时间 D．椭圆轨道半长轴立方与周期平方的比值只与卫星的质量有关 【解答】解：、行星从到的过程中，卫星距离行星越来越近，可知引力逐渐增加，根据牛顿第二定律得加速度逐渐增加，故错误； 、卫星从到引力做正功，根据动能定理知，速率逐渐增大，故正确； 、因、两个面积大小相等，根据开普勒第二定律可知，卫星从到的运行时间等于从到的时间，故错误； 、椭圆轨道半长轴立方与周期平方的比值只与行星的质量有关，与卫星的质量无关，故错误。 故选：。 【例7】（2025秋•寿光市校级月考）如图所示，木星与地球在同一平面内绕太阳沿同一方向做匀速圆周运动。当太阳、地球和木星三者共线且太阳位于地球和木星之间时，称为木星合日。已知木星的轨道半径大约是地球的5.2倍，地球的公转周期是1年，忽略地球自转，只考虑太阳对行星的引力，则木星合日出现的周期约为（　　） A．年 B．年 C．年 D．年 【解答】解：已知木星的轨道半径大约是地球的5.2倍，根据开普勒第三定律，可得：年，设木星合日出现的周期约为，根据，可得，故正确，错误。故选：。 【例8】（2024秋•吕梁期末）2024年3月20日，“鹊桥二号”中继卫星在我国文昌航天发射场成功发射升空，“鹊桥二号”中继星环绕月球运行，该卫星主要为我国探月四期工程提供中继通信支持，其24小时椭圆轨道的半长轴为。已知月球与地球质量分别为、，则地球同步卫星的轨道半径可表示为（　　） A． B． C． D． 【解答】解：根据开普勒第三定律，结合万有引力公式，可知 可得，所以，故正确，错误。 故选：。 【例9】（2025秋•射洪市校级期中）我国古代是农业社会，古代先贤在历法中加入反映太阳运行周期的“二十四节气”。已知春分、夏至、秋分和冬至地球所处的四个位置如图所示，下列说法正确的是　　 A．地球经过冬至位置时的速度小于经过夏至位置时的速度 B．地球经过春分和秋分两位置时的加速度相同 C．地球从夏至位置运动到秋分位置所用的时间一定等于0.25年 D．由于太阳的“燃烧”导致太阳质量缓慢减小，则地球公转轨道半长轴的三次方与公转周期二次方的比值缓慢减小 【解答】解：根据开普勒第二定律可知，近日点速率大于远日点速率，因此地球经过冬至位置时的速度大于经过夏至位置时的速度，故错误； 根据牛顿第二定律有，则地球经过春分和秋分两位置时的加速度大小相同，但方向不同，故错误； 地球绕太阳运动一圈的时间是年，地球从夏至位置运动到秋分位置时，平均速率偏小，所用时间偏大，因此地球从夏至位置运动到秋分位置所用的时间年，故错误； 由牛顿第二定律有，解得可知，太阳质量缓慢减小时，地球公转轨道半长轴的三次方与公转周期二次方的比值缓慢减小，故正确。 故选：。 【例10】（2025春•商丘期末）2025年1月16日，地球恰好运行到火星和太阳之间，且三者排成一条直线，此现象被称为“火星冲日”。如图所示，已知地球到太阳的距离为1个天文单位，火星到太阳的距离约为1.5个天文单位，假设地球和火星都绕太阳同向做匀速圆周运动，取，则下一次“火星冲日”大约出现在　　 A．2026年1月 B．2026年11月 C．2027年3月 D．2027年11月 【解答】解：假设地球和火星都绕太阳同向做匀速圆周运动，设地球绕太阳做圆周运动的轨道半径为，根据开普勒第三定律得 解得年 设经过时间出现下一次“火星冲日”，则有 解得年年2个月 所以下一次“火星冲日”大约会出现在2027年3月，故正确，错误。 故选：。 声明：试题解 ，未经书面同意，不得复制发布日期：2026/1 第10页 学科网（北京）股份有限公司 $