3.1 天体运动 课件-2025-2026学年高一下学期物理教科版必修第二册

该高中物理课件围绕天体运动展开，涵盖地心说与日心说的科学历程、开普勒三大定律及托勒密等四人物贡献。以屈原《天问》诗句导入，通过学说对比和人物贡献梳理，搭建从历史到规律的学习支架，帮助学生理解天体运动理论的发展脉络。 其亮点在于融合科学思维与科学探究，通过开普勒放弃圆轨道的推理过程培养质疑创新能力，利用行星数据表格和a³-T²图像分析引导自主探究，体现模型建构与科学论证。采用“问题-数据-结论”教学法，以“两种学说、三大定律、四大人”总结知识，助学生构建物理观念，教师可借实例提升教学效率，激发学生科学探究兴趣。

3.1 天体运动 DESIGNED BY BIGE HAO DESIGNED BY BIGE HAO BIGE HAO HEY WAKE UP! DO SOME THINGS! WORK 041 1 天何所沓（tà）？十二焉分？日月安属（zhǔ）？列星安陈？——屈原《天问》 月掩金星 一、科学历程 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转动 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。 地心说 日心说 地心说与日心说的世纪辩论 一、科学历程 第谷 为哥白尼的“日心说”提供了关键的数据支持 开普勒 计算出行星绕太阳运行的轨迹为椭圆，将第谷几千个数据总结为行星运动三大定律 托勒密 系统化地论证了地心说 哥白尼 提出了日心说 天才的观测家 天才的数学家 行星的运动是最完美最和谐的匀速圆周运动？？？ 思考：开普勒如何得出行星的运行轨道是椭圆？ 在研究第谷的观测资料时，他运用行星绕太阳做匀速圆周运动的模型算出了火星运行轨道数据，发现与第谷的观测数据之间有一个不大的偏差，开普勒坚信他导师的观测数据是不会出错的，从而断然放弃了圆轨道，而用椭圆轨道进行计算，结果偏差消除了。 二、绘制椭圆 半长轴 a o 焦点F1 半短轴 b 焦点F2 思考： 当两个焦点不断靠近时 椭圆形状如何变化？ 三、行星运动定律 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，太阳处在椭圆的 一个焦点上。（轨道定律） F2 F1 行星 太阳 注意：①行星绕太阳运行的轨道不是圆，而是椭圆 ②太阳不在椭圆的中心，而是在其中一个焦点上 ③行星与太阳间的距离是不断变化的 三、行星运动定律 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。 （面积定律） rB rA vB vA 注意：①同一颗行星在相等时间内行星与太阳连线扫过的面积相等， 不同行星没有这种规律。 ②同一颗行星近日点速率比远日点速率大（定性和定量分析） 学以致用 春夏两季（186天）比 秋冬两季（179天）要长。 你认为春夏两季的时间长还是秋冬两季的时间长？ 问题：行星运行的轨道半长轴a与周期T存在什么样的关系呢？ 行星运行的参数 行星 轨道半长轴a（106km） 公转周期（年） 水星 57.9 0.241 金星 108 0.615 地球 149 1.00 火星 228 1.88 木星 778 11.86 土星 1427 29.46 天王星 2870 84.00 海王星 4498 164.80 地球公转的轨道半径在天文学上常用来作为长度单位，叫做天文单位(AU)。 行星 水星 金星 地球 火星 木星 土星 T（年） 0.214 0.615 1 1.881 11.862 29.457 a（AU） 0.378 0.723 1 1.524 5.203 9.539 可以描点作出a-T图象，通过分析图象的性质，寻找a与T的关系 a-T a2-T 还可以作出：a2-T图像 作出：a1.5-T图像就是a3-T2图像 a（AU） 0.214 0.615 1 1.881 11.862 29.457 0.378 0.723 1 1.524 5.203 9.539 a2 0.214 0.615 1 1.881 11.862 29.457 0.15 0.523 1 2.323 27.071 90.993 线性图像，正比关系 a3=kT2 y=1.0003x+0.021 a3-T2 a1.5 0.214 0.615 1 1.881 11.862 29.457 0.241 0.615 1 1.881 11.868 29.461 三、行星运动定律 开普勒第三定律：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。（周期定律） a 表示椭圆轨道的半长轴，T 表示公转周期 思考讨论：常量k可能与什么因素有关？ 检验：木星-卫星系统 （木星） 卫星 轨道半长轴a（×10-3AU） 公转周期 T（×10-3年） 木卫五 1.21 1.34 木卫四 2.82 4.88 木卫三 4.49 9.75 木卫二 7.15 19.6 木卫一 12.6 45.7 y=0.001x-0.0008 1.79 23.81 95.06 384.2 2088.5 0.00177 0.02243 0.09052 0.36553 2.0004 三、行星运动定律 开普勒第三定律：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。（周期定律） a 表示椭圆轨道的半长轴，T 表示公转周期 注意：① k为常量，只与中心天体有关，与绕行天体无关。 ②开普勒第三定律对于所有天体系统都适用。 ③同一个天体系统，k相同，不同天体系统k不同。 如：太阳系中的k只与太阳有关，行星卫星系统中的k只与行星有关。 近似处理 太阳系八大行星的轨道示意图 109km 109km 180° 270° 90° 0° 180° 270° 90° 0° 木星 火星 地球 水星 金星 海王星 天王星 土星 木星 火星 地球 实际上，行星的轨道与圆十分接近，在中学阶段的研究中可以按圆周运动处理。 1 （1）行星绕太阳运动的轨道十分接近圆，太阳处在圆心； （2）行星做匀速圆周运动； （3）所有行星轨道半径r 的三次方与它公转周期T 的二次方的比值都相等，即 圆形轨道-开普勒行星运动定律表述 天体运动 两种学说 地心说 日心说 三大定律 轨道定律 面积定律 周期定律 四大人物 托勒密 哥白尼 第谷 开普勒 Lavf57.62.100 ·vAΔt·rA＝·vBΔt·rB $