第三章 第1节 天体运动（Word教参）-【新课程学案】2025-2026学年高中物理必修第二册（教科版）

本讲义聚焦天体运动规律这一核心知识点，梳理从地心说、日心说到开普勒行星运动定律的认识历程，系统阐述轨道椭圆、面积相等、周期定律的内容及应用，搭建从历史认知到规律理解的学习支架。 资料以核心素养为导向，通过任务驱动、典例分析（如小行星轨道计算）及跨教材素材（中国古代天文学成就）设计，培养科学思维与科学态度，课中辅助教师高效授课，课后助力学生巩固知识、查漏补缺。

　第三章　万有引力定律 第1节　天体运动 核心素养导学 物理观念 (1)了解人类对行星运动规律的认识历程，知道地心说和日心说。 (2)知道开普勒行星运动定律的内容，掌握行星运行的轨道特点和运动规律。 科学思维 理解并能应用开普勒行星运动定律解答有关问题。 科学态度与责任 (1)认识到科学研究一般从最基本的观念开始，凭借对现象的观测、模型的构建以及模型与事实之间的偏差，不断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)知道科学包含大胆的想象和创新，尊重客观事实，坚持实事求是科学研究的基本态度和社会责任。 一、地心说与日心说 1.地心说：地球位于宇宙的中心，是静止不动的，太阳、月球以及其他天体都绕地球转动。 2.日心说：太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳转动。 二、开普勒行星运动定律 定律 内容 图示 开普勒 第一定律 所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上 开普勒 第二定律 从太阳到行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积 开普勒 第三定律 (1)行星轨道半长轴的三次方与公转周期的二次方的比是一个常量。(又称“周期定律”) (2)表达式：=k(用r代表椭圆轨道的半长轴，T代表公转周期) 1.如下图甲、乙分别表示行星运动的不同学说。 甲、乙各表示什么学说? 提示：甲表示地心说，乙表示日心说。 2.如图所示，为太阳系中八大行星绕太阳的运动示意图，请对以下结论作出判断： (1)太阳是行星运行轨道的中心，各行星绕太阳做匀速圆周运动。 (×) (2)开普勒第三定律公式=k中的k值，对于所有行星(或卫星)都相等。 (×) (3)开普勒在天文观测数据的基础上总结出了行星运动的规律。 (√) (4)开普勒总结出了行星运动的规律并找出了行星按照这些规律运动的原因。 (×) 　　　　　　　　　　　　　　　　 新知学习(一)|对开普勒定律的理解 [任务驱动] 　　如图所示为地球绕太阳的运行轨道及对应的四个节气。 请根据曲线运动的特点比较秋冬两季和春夏两季对应的时间，哪两季更长一些。 　　提示：春夏两季对应时间更长。 [重点释解] 1.开普勒第一定律行星运动的轨道 (1)行星绕太阳运动的轨道严格来说不是圆而是椭圆，不同行星的轨道是不同的。 (2)太阳不在椭圆的中心，而是在其中的一个焦点上，太阳的位置是所有行星轨道的一个共同焦点。 (3)行星与太阳间的距离是不断变化的。 2.开普勒第二定律行星运动的快慢 (1)行星离太阳越近时速度越大，在近日点速度最大；行星靠近太阳时速度增大。 (2)行星离太阳越远时速度越小，在远日点速度最小；行星远离太阳时速度减小。 (3)“从太阳到行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积”是对同一颗行星来说的，不同的行星之间则无法比较。 3.开普勒第三定律行星运动的周期 (1)公式：=k，k是一个对所有行星都相同的物理量，由中心天体太阳决定，与行星无关。 (2)椭圆轨道半长轴越长的行星，其公转周期越长；反之，则公转周期越短。 [针对训练] 1.(多选)如图所示，对开普勒第一定律的理解，下列说法中正确的是 (　　) A.在行星绕太阳运动一周的时间内，它离太阳的距离是不变的 B.在行星绕太阳运动一周的时间内，它离太阳的距离是变化的 C.某个行星绕太阳运动的轨道一定是在某一固定的平面内 D.某个行星绕太阳运动的轨道一定不在一个固定的平面内 解析：选BC　根据开普勒第一定律的内容可以判定：行星绕太阳运动的轨道是椭圆，有时远离太阳，有时靠近太阳，所以它离太阳的距离是变化的，选项A错误，B正确；行星围绕着太阳运动，运动的轨道都是椭圆，所以某个行星绕太阳运动的轨道一定是在某一固定的平面内，选项C正确，D错误。 2.关于行星运动的规律，下列说法符合史实的是 (　　) A.第谷总结出了行星按照椭圆轨道运行的规律 B.开普勒在牛顿运动定律的基础上，导出了行星运动的规律 C.开普勒在天文观测数据的基础上，总结出了行星运动的规律 D.开普勒总结出了行星运动的规律，找出了行星按照这些规律运动的原因 解析：选C　开普勒在第谷观测数据的基础上，总结出了行星运动的规律，与牛顿运动定律无联系，选项A、B错误，C正确；开普勒总结出了行星运动的规律，但没有找出行星按照这些规律运动的原因，选项D错误。 3.关于行星绕太阳运动的下列说法中正确的是 (　　) A.所有行星都在同一椭圆轨道上绕太阳运动 B.行星绕太阳运动时，太阳位于行星轨道的中心处 C.行星在椭圆轨道上绕太阳运动的过程中，其速度与行星和太阳之间的距离有关，距离小时速度小，距离大时速度大 D.轨道半长轴越短的行星运动周期越短 解析：选D　不同行星绕太阳运动时的椭圆轨道不同，但有一个共同的焦点，即太阳位置，A、B均错误；由开普勒第二定律知行星与太阳之间距离小时速度大，距离大时速度小，C错误；运动的周期T与半长轴r满足=k，D正确。 新知学习(二)|开普勒定律的应用 [重点释解] 1.行星运动的近似处理 定律 近似处理方法 开普勒 第一定律 行星绕太阳运动的轨道十分接近圆，太阳处在圆心 开普勒 第二定律 对某一行星来说，它绕太阳做圆周运动的角速度(或线速度)大小不变，即行星做匀速圆周运动 开普勒 第三定律 所有行星的轨道半径r的三次方跟它的公转周期T的二次方的比值都相等，表达式为=k 2.开普勒第三定律的应用 (1)椭圆轨道——如彗星的运动 知道了彗星的周期，就可以由开普勒第三定律计算彗星轨道的半长轴长度。反之，知道了彗星轨道的半长轴也可以求出彗星的周期。 (2)近似圆轨道——如行星的运动 知道了行星到太阳的距离，就可以由开普勒第三定律计算或比较行星绕太阳运行的周期。反之，知道了行星的周期，也可以计算或比较其到太阳的距离。 [典例体验] 　　[典例]　(2025·云南高考)国际编号为192391的小行星绕太阳公转的周期约为5.8年，该小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为1 AU，八大行星绕太阳的公转轨道半径如下表所示。忽略其他行星对该小行星的引力作用，则该小行星的公转轨道应介于 (　　) 行星 水星 金星 地球 火星 木星 土星 天王星 海王星 轨道半径 R/AU 0.39 0.72 1.0 1.5 5.2 9.5 19 30 　　A.金星与地球的公转轨道之间 B.地球与火星的公转轨道之间 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 [解析]　根据开普勒第三定律可知=，其中r地=1 AU，T地=1年，T行=5.8年，代入解得r行≈3.23 AU，可知该小行星的公转轨道应介于火星与木星的公转轨道之间。故选C。 [答案]　C /方法技巧/ 应用开普勒第三定律解题的步骤 (1)首先判断两个行星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列式求解。 [针对训练] 1.如图是行星绕太阳运行的示意图，下列说法正确的是 (　　) A.速率最大点是B点 B.速率最小点是C点 C.行星从A点运动到B点做减速运动 D.行星从A点运动到B点做加速运动 解析：选C　由开普勒第二定律知行星与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相等，A点为近日点，速率最大，B点为远日点，速率最小，故选项A、B错误；行星由A点到B点的过程中，离太阳的距离越来越远，所以行星的速率越来越小，故选项C正确，D错误。 2.(2025·攀枝花高一期末)“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试验星“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”“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 解析：选A　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，故T1>T3>T2。 一、好素材分享——看其他教材如何落实核心素养 ◉科学思维——开普勒第二定律的应用 1.(选自粤教版教材“讨论与交流”)某行星在近日点到太阳的距离为a，在远日点到太阳的距离为b，过近日点时行星的速率为va，过远日点时的速率vb约为多少?(提示：计算足够短的时间内行星与太阳连线扫过的面积) 提示：取极短时间Δt，由开普勒第二定律可知，太阳与行星的连线在Δt时间内扫过的面积相等，有：a·va·Δt=b·vb·Δt。解得：vb= va。 ◉科学态度与责任——中国古代天文学的成就 2.(选自粤教版教材“资料活页”)中国是世界上天文学起步最早、发展最快的国家之一，在世界天文学发展史上占据重要地位。我国古代天文学的成就主要包括三个方面：天象观测、仪器创制和历法编订。 在天象观测方面，我国有世界上最早最完整的天象记载，无论是对太阳、月亮、行星、彗星等天体，还是对日食、月食、太阳黑子、日珥、流星雨等罕见天象，都有着历史悠久而丰富的记载，且记录精确、描述详尽。这些记载至今仍有很高的科学价值。 　　在仪器创制方面，我国古代创造性地设计和制造了许多精巧的观察和测量仪器。西周时期，天文学家用圭表度量日影长度，确定冬至、夏至等一年的二十四个节气，以指导农牧业生产。东汉的张衡(78—139)创制了利用流水作为动力的水运浑象(俗称“浑天仪”)。元代的郭守敬(1231—1316)先后创制和改进了十多种天文仪器，如简仪、高表和仰仪等。 在历法编订方面，我国古代历法不仅包括节气的推算、每月日数的分配、月和闰月的安排等，还包括日食、月食发生时刻的计算和预报、五大行星位置的推算和预报等。1281年实施的《授时历》，采用365.242 5日作为一个回归年的长度。这个数值与现今世界上通用的公历值相同，比西方早了300年。 继承我国古代天文学者的科学精神，再创我国天文学的新辉煌，是我们应有的担当。 二、新题目精选——品立意深处所蕴含的核心价值 1.自古以来，当人们仰望星空时，天空中壮丽璀璨的景象便吸引了人们的注意，人类用智慧的头脑不断地探索星体运动的奥秘。下列对星体运动认识的叙述中符合现代认识观点的是 (　　) A.人们观测到太阳每天都要东升西落，这说明地球是静止不动的，是宇宙的中心 B.人们观测到行星绕太阳做圆周运动，这说明太阳是静止不动的，是宇宙的中心 C.人们认为天体的运动是神圣的，因此天体的运动是最完美、最和谐的匀速圆周运动 D.开普勒通过对第谷大量观测数据的深入研究，得出了行星绕太阳运动的轨道是椭圆的结论 解析：选D　在太阳系中，包括地球在内的所有的行星都绕太阳运转，故太阳是太阳系的中心，而在整个宇宙中，太阳也在不断绕着其他天体运转，故太阳不是宇宙的中心，A、B错误；开普勒通过对第谷大量观测数据的深入研究，得出了行星绕太阳运动的轨道是椭圆的结论，C错误，D正确。 2.著名科学家钱学森同志是我国发展“两弹一星”的元勋功臣。1980年10月14日，中国科学院紫金山天文台发现了一颗绕太阳运行的小行星，2001年12月21日，经国际小行星中心和国际小行星命名委员会批准，这颗小行星被命名为“钱学森星”，以表彰这位“两弹一星”的功臣对我国科技事业做出的卓越贡献。若将地球和“钱学森星”绕太阳的运动都看成匀速圆周运动，它们的运行轨道如图所示。已知“钱学森星”绕太阳运行一周的时间约为3.4年，设地球绕太阳运行的轨道半径为R，则“钱学森星”绕太阳运行的轨道半径约为 (　　) A.R　　　　　　　　 B.R C.R D.R 解析：选C　根据开普勒第三定律，有=，解得：R钱= R=R，故C正确。 学科网（北京）股份有限公司 $