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

该高中物理课件聚焦行星运动，系统梳理地心说、日心说两种学说及开普勒三大定律，通过“a²+b²=?”问题导入，从历史认知演进到规律总结，再到中学阶段近似处理，搭建完整知识支架。 其亮点在于融合科学史与物理规律，通过对比地心说与日心说培养科学态度，用椭圆轨道近似为圆周运动建构物理模型，结合《流浪地球》、火星冲日等情境题提升科学思维，助力学生深化理解，教师教学更具系统性与启发性。

高中物理人教版 同步复习 第七章第一节 行星的运动 01 知识剖析 1 知识点一 行星运动的两种学说   地心说 日心说 内容 (1)地球是宇宙的中心，是静止不动的； (2)太阳、月亮以及其他星体都围绕地球做圆周 运动. (1)宇宙的中心是太阳，所有的行星都绕太阳做匀速圆周运动； (2)地球是绕太阳旋转的行星，月球是绕地球旋转的卫星，它绕地球做匀速圆周运动，同时还跟地球一起绕太阳转动； (3)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. 代表人物 古希腊天文学家托勒密. 16世纪波兰天文学家哥白尼提出“日心体系”宇宙图景. 说明 古代对行星运动的两种学说都不完善，因为太阳、地球等天体都是运动的，并且行星的运行轨道是椭圆，其运动也不是匀速的，鉴于当时对自然科学的认知能力，日心说比地心说更为先进. 期中考试 知识剖析 3 1 开普勒行星运动定律的发现过程 德国天文学家开普勒研究了丹麦天文学家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；只有假设行星绕太阳运动的轨道是椭圆，才能解释这种差别，并先后于1609年和1619年发表了行星运动的三个规律. 知识点二开普勒定律 期中考试 知识剖析 4 2 开普勒行星运动定律 知识点二开普勒定律 定律 内容 图示 开普勒第一定律(轨道定律) 所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处于椭圆的一个焦点上.   开普勒第二定律(面积定律) 对任意一个行星来说，它和太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相等.   开普勒第三定律(周期定律) 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.表达式：a3/T2=k,其中a是椭圆轨道的半长轴，T为公转周期，k是常量.   期中考试 知识剖析 5 3 对开普勒行星运动定律的理解 知识点二开普勒定律 定律 理解 开普勒第一定律 各行星的椭圆轨道尽管大小不同，但是太阳是所有轨道的一个共同焦点(不是中心).行星的椭圆轨 道很接近圆，半长轴与半短轴接近. 开普勒第二定律 反映了同一行星沿椭圆轨道运动，当行星离太阳较近的时候，运行的速度较大，而离太阳较远的时候，速度较小.所以行星在近日点速度最大，在远日点速度最小. 开普勒第三定律 ①反映了行星公转周期跟轨道半长轴之间的依赖关系.椭圆轨道半长轴越长的行星，其公转周期越长；反之，其公转周期越短. ②研究绕太阳转动的各个行星时，常量k与行星无关，只与太阳有关.研究太阳系外的其他天体时，常量k只与中心天体有关. 期中考试 知识剖析 6 1 近似处理 知识点三中学阶段对天体运动的处理方法 由于大多数行星绕太阳运动的轨道与圆十分接近，因此，在中学阶段的研究中，可以利用圆周运动的相关规律来进行近似处理.这样，开普勒行星运动定律可以进行如下表述. 定律 表述 开普勒第一定律 大多数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 所有行星轨道半径的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等 期中考试 知识剖析 7 2 研究天体运动的思路 知识点三中学阶段对天体运动的处理方法 (1)为了简化运算，一般把天体运动当成匀速圆周运动来研究，此时椭圆的半长轴近似为圆周的半径. (2)进行近似处理后，天体的运动遵循牛顿运动定律和匀速圆周运动的相关规律 期中考试 知识剖析 8 03 综合训练 下列描述符合物理学史实的是（　　） A．20世纪初建立的量子力学理论，使人们认识到经典力学理论对于微观粒子的运动也是适用的 B．亚当斯和勒维耶根据天王星的观测资料，各自独立地计算出海王星的运行轨道，伽勒在勒维耶预言的位置附近发现了这颗行星，人们称其为“笔尖下发现的行星” C．第谷•布拉赫把测量天体位置的误差由大约为10′减小到2′，他的观测结果为布鲁诺的学说提供了关键性的支持 D．是什么原因使行星绕太阳运动？伽利略、开普勒以及法国数学家笛卡尔都提出过自己的解释，牛顿、卡文迪什等对这一问题的认识更进一步，认为行星的轨道是圆形的，它所受引力的大小跟行星到太阳距离的二次方成反比 B 考点一 天体运动的探索历程 综合训练 10 【答案】B 【解答】解：A、20世纪初建立的量子力学理论专门用于描述微观粒子的运动规律，而经典力学（牛顿力学）适用于宏观、低速场景，对微观粒子的运动不适用。因此，该选项混淆了经典力学与量子力学的适用范围，故A错误； B、亚当斯和勒维耶根据天王星的观测资料，各自独立地计算出海王星的运行轨道，伽勒在勒维耶预言的位置附近发现了这颗行星，人们称其为“笔尖下发现的行星”，故B正确； C、丹麦人第谷•布拉赫把测量天体位置的误差由大约为10′减小到2′，他的观测结果为哥白尼的学说提供了关键性的支持，故C错误； D、是什么原因使行星绕太阳运动？伽利略，开普勒以及法国数学家笛卡尔都提出过自己的解释，胡克、哈雷等对这一问题的认识更进一步，认为行星的轨道是圆形的，它所受引力的大小跟行星到太阳距离的二次方成反比，故D错误。 故选：B。 考点一 天体运动的探索历程 综合训练 11 在科学发展中，许多科学家对物理学的发展作出了巨大贡献。下列表述正确的是（　　） A．笛卡尔通过分析第谷观测的天文数据得出行星运动规律 B．天王星被人们称为“笔尖下发现的行星” C．牛顿进行了著名的“月—地检验”进一步验证了万有引力定律 D．开普勒巧妙地利用扭秤装置比较准确测出了万有引力常量G的值 C 考点一 天体运动的探索历程 【答案】C 【解答】解：A．开普勒通过分析第谷观测的天文数据得出行星运动规律，不是笛卡尔，故A错误； B．天王星不是利用万有引力定律发现的行星，海王星是利用万有引力定律发现的一颗行星，被人们称为“笔尖下发现的行星”，故B错误； C．牛顿进行了著名的“月—地检验”进一步验证了万有引力定律，故C正确； D．卡文迪什巧妙地利用扭秤装置比较准确测出了万有引力常量G的值，故D错误。 故选：C。 综合训练 12 发现万有引力定律的科学家是（　　） A．开普勒 B．牛顿 C．第谷 D．卡文迪许 B 考点一 天体运动的探索历程 【答案】B 【解答】解：万有引力是牛顿在前人的研究基础之上，利用牛顿三定律进行分析总结发现的； 故B正确，ACD错误。 故选：B。 综合训练 13 人类文明的进程离不开科学家们的不断探索，关于科学家和他们的贡献，下列说法正确的是（　　） A．卡文迪什用实验测出了万有引力常量G的数值 B．牛顿发现了万有引力定律，并测出了地球的质量 C．开普勒发现了行星运动定律，从而提出了“日心说” D．第谷通过长期的观测，积累了大量的天文资料，指出行星绕太阳的运动轨迹是椭圆 A 考点一 天体运动的探索历程 【答案】A 【解答】解：AB.牛顿发现了万有引力定律，卡文迪什通过“扭秤装置”测出了万有引力常量G的数值，他被称为“能够称出地球质量的人”，故A正确，B错误。 CD.哥白尼提出了“日心说”，开普勒根据第谷长期的观测，积累了大量的天文资料总结得出了开普勒三大定律；在开普勒第一定律中指出“所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳位移椭圆轨道的一个焦点上”，故CD错误。 故选：A。 综合训练 14 人类对天体运动的认识有着漫长艰难的过程，如日心说和地心说．下列说法不正确的是（　　） A．地心说认为地球处于宇宙的中心静止不动，太阳、月亮以及其他行星都绕地球运动 B．日心说认为太阳是宇宙的中心且静止不动，地球和其他行星都绕太阳运动 C．在天文学史上，虽然日心说最终战胜了地心说，但地心说更符合人们的直接经验 D．哥白尼经过长期观测和研究，提出了地心说，开普勒在总结前人大量观测资料的基础上，提出了日心说 D 考点一 天体运动的探索历程 【答案】D 【解答】解：A、地心说认为地球处于宇宙的中心静止不动，太阳、月亮以及其他行星都绕地球运动；故A正确； B、日心说认为太阳是宇宙的中心且静止不动，地球和其他行星都绕太阳运动；故B正确； C、在天文学史上，虽然日心说最终战胜了地心说，但地心说更符合人们的直接经验；故C正确； D、托勒密提出的是地心说，哥白尼提出的是日心说，故D不正确。 本题选不正确的， 故选：D。 综合训练 15 一小行星绕太阳公转的周期约为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1AU，忽略其它行星对该小行星的引力作用，则该小行星的公转轨道约为（　　） A．3AU B．4AU C．5AU D．6AU B 考点二 开普勒三大定律 【答案】B 【解答】解：已知地球公转周期Te＝1年，轨道半径Re＝1AU，小行星公转周期Ta＝8年，设小行星轨道半径为Ra， 根据开普勒第三定律得(T_a^2)/(T_e^2 )=(R_a^3)/(R_e^3 )， 解得Ra＝4AU，故ACD错误，B正确。 故选：B。 综合训练 16 如图所示，某卫星绕行星沿椭圆轨道运动，bd为其轨道长轴，半长轴为r，周期为T，图示中S1、S2两个面积大小相等。则（　　） B 考点二 开普勒三大定律 A．行星从a到b的过程中加速度逐渐减小 B．卫星从a到b的速率逐渐增大 C．卫星从a到b的运行时间大于从c到d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 综合训练 17 考点二 开普勒三大定律 【答案】B 【解答】解：A、行星从a到b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A错误； B、卫星从a到b引力做正功，根据动能定理知，速率逐渐增大，故B正确； C、因S1、S2两个面积大小相等，根据开普勒第二定律可知，卫星从a到b的运行时间等于从c到d的时间，故C错误； D、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D错误。 故选：B。 综合训练 18 如图，空间站绕地球做顺时针方向匀速圆周运动，在某处，空间站上一小零件相对空间站以一定的速率v沿轨道切线方向被射出，此后当空间站运行半个圆周时，零件相对空间站的位置可能是（　　） C 考点二 开普勒三大定律 A．A处 B．B处 C．C处 D．D处 综合训练 19 考点二 开普勒三大定律 【答案】C 【解答】解：由题意根据动量守恒定律可知，零件的速度大于空间站的速度，零件做离心运动，零件的轨道半径大于空间站的轨道半径，根据开普勒第三定律可知，空间站运动周期小于零件的运动周期，故当空间站运行时间为周期的一半时，零件运动周期还未达到半个周期，即零件转过的圆心角小于空间站转过的圆心角，所以零件可能的位置是C处。故C正确，ABD错误。 故选：C 综合训练 20 电影《流浪地球》讲述的是面对太阳快速老化膨胀的灾难，人类制定了“流浪地球”计划，这首先需要使自转角速度大小为ω的地球（半径为R）停止自转，再将地球推移出太阳系到达距离太阳最近的恒星（比邻星）。为了使地球停止自转，设想的方案就是在地球赤道上均匀地安装N台“喷气”发动机，如图所示（N较大，图中只画出了4个）。假设每台发动机均能沿赤道的切线方向提供大小恒为F的推力，该推力可阻碍地球的自转。已知描述地球转动的动力学方程与描述质点运动的牛顿第二定律方程F＝ma具有相似性，为M＝Iβ，其中M为外力的总力矩，即外力与对应力臂乘积的总和，其值为NFR；I为地球相对地轴的转动惯量；β为单位时间内地球的角速度的改变量。将地球看成质量分布均匀的球体，下列说法中不正确的是（　　） C 考点二 开普勒三大定律 A．在M＝Iβ与F＝ma的类比中，与质量m对应的物理量是转动惯量I，其物理意义是反映改变地球绕地轴转动情况的难易程度 B．转动惯量I的单位为kg•m2 C．地球自转刹车过程中，赤道表面附近的重力加速度逐渐变小 D．这些行星发动机同时开始工作，使地球停止自转所需要的时间为 综合训练 21 考点二 开普勒三大定律 【答案】C 【解答】解：A、在M＝Iβ与F＝ma的类比中，转动惯量I对应的是质量m，其物理意义是反映改变地球绕地轴转动情况的难易程度，故A正确； B、力矩M的单位为N•m，β为单位时间内地球的角速度的改变量即，则β的单位为s﹣2，根据M＝Iβ可得I，进行量纲计算有，可得I的单位为，故B正确； C、在赤道上有，所以在地球自转刹车过程中角速度逐渐减小↓，赤道附近的重力加速度逐渐变大，故C错误； D、由题可得M＝Iβ，M＝NFR，解得，又因为，联立解得使地球停止自转所需要的时间为t，故D正确。 本题是选不正确的，故选：C。 综合训练 22 C 考点二 开普勒三大定律 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 综合训练 23 考点二 开普勒三大定律 【答案】C 【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r0，根据开普勒第三定律得 解得T火≈1.84T地＝1.84年 设经过时间t出现下一次“火星冲日”，则有 解得t≈2.19年≈2年2个月 所以下一次“火星冲日”大约会出现在2027年3月，故C正确，ABD错误。 故选：C。 综合训练 24 C 考点二 开普勒三大定律 如图是地球沿椭圆轨道绕太阳运行所处不同位置对应的节气，下列说法正确的是（　　） A．夏至时地球与太阳的连线在单位时间内扫过的面积最大 B．从冬至到春分的运行时间等于从春分到夏至的运行时间 C．地球公转的线速度最大值与最小值之比等于地心到太阳中心最大距离与最小距离之比 D．地球公转轨道半长轴的三次方与公转周期平方之比与月球公转轨道半长轴三次方与公转周期平方之比相等 综合训练 25 考点二 开普勒三大定律 【答案】C 【解答】解：A、由开普勒第二定律可知：地球与太阳的连线在单位时间内扫过的面积都相等，故A错误； B、依题意可知，冬至为近日点，运行速度最大，夏至为远日点，运行速度最小；所以从冬至到春分的运行时间小于从春分到夏至的运行时间，故B错误； C、在极短时间Δt内地球与太阳的连线扫过的面积为根据开普勒第二定律可知地球与太阳的连线在单位时间内扫过的面积都相等，可得地球公转的线速度最大值与最小值之比等于地心到太阳中心最大距离与最小距离之比，故C正确； D、开普勒第三定律仅适用于绕同一中心天体运动的行星或卫星。地球绕太阳运动，月球绕地球运动，中心天体不同，则地球公转轨道半长轴的三次方与公转周期平方之比与月球公转轨道半长轴三次方与公转周期平方之比不相等，故D错误。 故选：C。 综合训练 26 C 考点二 开普勒三大定律 2005年北京时间7月4日下午1时52分，美国小探测器成功撞击“坦普尔一号”彗星，投入彗星的怀抱，实现了人类历史上第一次对彗星的“大对撞”。如图所示，假设“坦普尔一号”彗星绕太阳运行的轨道是一个椭圆，其运动周期为5.74年，下列说法中正确的是（　　） A．探测器在撞击彗星前后过程，与太阳的连线在相等时间内扫过相等的面积 B．该彗星近日点处线速度小于远日点处线速度 C．该彗星近日点处加速度大于远日点处加速度 D．该彗星椭圆轨道半长轴的平方与公转周期的三次方之比是一个常数 综合训练 27 考点二 开普勒三大定律 【答案】C 【解答】解：A、探测器和彗星绕太阳做椭圆运动的轨迹不相同，故在撞击彗星前后过程，与太阳的连线在相等时间内扫过的面积不相等，故A错误； B、从近日点向远日点运动，万有引力做负功，动能减小，所以近日点的线速度大于远日点的线速度，故B错误； C、彗星在近日点所受的万有引力大于在远日点所受的万有引力，根据牛顿第二定律 可知近日点的加速度大于远日点的加速度，故C正确； D、根据开普勒第三定律有 （常量）可知，该彗星椭圆轨道半长轴的三次方与公转周期的平方之比是一个常数，C是与太阳的质量有关的常数，故D错误。 故选：C。 综合训练 28 $