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规律，以“天圆地方说—地心说—日心说—开普勒定律”为脉络，通过诗句“不知天上宫阙，今夕是何年”及问题导入，搭建从直觉认知到科学规律的学习支架，帮助学生构建完整知识体系。 其亮点在于以科学史为线索，结合时间线梳理、数据对比（如第谷将测量误差从10ˊ减至2ˊ）及开普勒定律模型建构，渗透科学思维与科学态度。通过易错辨析、实例应用（如“鹊桥二号”周期比较）强化理解，助力学生形成物理观念，也为教师提供清晰教学框架与丰富互动素材。

必修二 1.行星的运动 第七章 万有引力与宇宙航行 授课教师：YANG 1 不知天上宫阙，今夕是何年。 新课引入 人们仰望星空，遐想无限。天体的运行有没有可循的规律呢？ 新课引入 天圆地方 远古 “天圆地方”学说的产生源于古人观察大自然的直觉感受。古人第一直觉是天为球形，地为平面。一个半球形扣在一个平面上，人在其中观看，就有天似穹庐，地似棋盘之感，所以有“天覆地载”之说。 一、人类对行星运动规律的认识—天圆地方说 天圆地方 托勒密 地心说 远古 公元140 代表人物：托勒密 地心说长期盛行于古代欧洲的宇宙学说。它最初由古希腊学者欧多克斯在公元前三世纪提出，后来经托勒密（90-168）进一步发展而逐渐建立和完善起来。 观点： 地球是宇宙的中心，是静止不动的，太阳、月亮以及其他行星都绕地球运动。 一、人类对行星运动规律的认识—地心说(托勒密) 天圆地方 托勒密 地心说 哥白尼 日心说 远古 公元140 公元1543 约在公元前260年，古希腊天文学家阿利斯塔克最早提出了日心说的观点。但真正发展并完善日心说的，是来自波兰的哥白尼（1473-1543）。 观点：太阳是静止不动的，地球和其他行星都在绕太阳做匀速圆周运动。 一、人类对行星运动规律的认识—日心说(哥白尼) 天圆地方 托勒密 地心说 哥白尼 日心说 第谷 出生 远古 140 1543 1546 第谷（1546-1601） 哥白尼之后，第谷连续20年对行星的位置进行了较仔细的测量，大大提高了测量的精确程度。在第谷之前，人们测量天体位置的误差大约是10ˊ，第谷把这个不确定性减小到2ˊ。得出行星绕太阳做匀速圆周运动的模型。 “日心说”最终战胜“地心说”的科学功臣。 一、人类对行星运动规律的认识—数据测量(第谷) 远古 140 托勒密 地心说 1543 哥白尼 日心说 1546 第谷 出生 1600 开普勒 任第谷助手 天圆地方 德国的物理学家开普勒继承和总结了他的导师第谷的全部观测资料及数据，他得到的结果与第谷的观察数据相差8ˊ，而当时第谷公认的误差为2ˊ。开普勒经过20年的研究和四年多的刻苦计算，先后否定了19种设想，最后终于计算出行星绕太阳运动的轨迹为椭圆，并总结为行星运动三大定律。 开普勒 一、人类对行星运动规律的认识—开普勒定律 1. 地心说 地心说认为 是宇宙的中心，是静止不动的，太阳、月球以及其他 星体都绕 运动。 2. 日心说 日心说认为 是静止不动的，地球和其他行星都绕 运动。 3. 局限性：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 ，与丹麦天文学家第谷的观测数据不符。 地球　 地球　 太阳　 太阳　 匀速圆周运动　 一、人类对行星运动规律的认识—小结 一、人类对行星运动规律的认识—现代认识 【易错辨析】 （1）地心说认为地球是宇宙的中心。 （　√　） （2）日心说认为太阳是静止不动的。 （　√　） （3）地心说是错误的而日心说是正确的。 （　×　） （4）太阳每天东升西落，说明太阳围着地球转。 （　×　） √ √ × × 一、人类对行星运动规律的认识—练习 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。 说明： 1.太阳并不是位于椭圆中心，而是位于焦点处。 2.不同行星轨道不同，但所有轨道的焦点重合。 开普勒第一定律也常说成轨道定律 （一）开普勒第一定律 （轨道定律） 二、开普勒定律—轨道定律 内容：对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相等。 A B C D S1 S2 S2=S1 （二）开普勒第二定律 （面积定律） 二、开普勒定律—面积定律 行星沿着椭圆轨道运行，太阳位于椭圆的一个焦点上行星在远日点的速率与在近日点的速率谁大？ 远日点速度慢 近日点速度快 （二）开普勒第二定律 （面积定律） 近快远慢 二、开普勒定律—面积定律 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？(注：中国位于北半球） （二）开普勒第二定律 （面积定律） 二、开普勒定律—面积定律 内容：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。 条件：必须绕着同一个中心天体运动 （三）开普勒第三定律 （周期定律） 猜想：你能猜出k可能跟谁有关吗?行星？太阳？ 二、开普勒定律—周期定律 行星/卫星 半长轴（106km） 周期（天） k（m³/s²） 水星 57 87.97 金星 108 225 地球 149 365 火星 228 687 木星 778 4333 土星 1426 10759 天王星 2870 30660 海王星 4498 60148 月球 0.3844 27.3 同步卫星 0.0424 1 3.36×1018 3.36×1018 3.36×1018 3.36×1018 3.36×1018 3.36×1018 3.37×1018 3.37×1018 1.03×1013 1.03×1013 结论： k值与环绕天体无关，由中心天体决定。开普勒第三定律也适用于太阳系以外的其他环绕系统， 不同的环绕系统，k值不同。 二、开普勒定律—周期定律 实际上，行星的轨道与圆十分接近（图 7.1-3），在中学阶段的研究中我们可按圆轨道处理。 二、开普勒定律—行星处理 行星绕太阳运动的轨道近似为圆，太阳处于圆心。 行星绕太阳做匀速圆周运动。 所有行星轨道半径的三次方与它的公转周期的二次方的比值都相等，即 二、开普勒定律—行星处理 1. 开普勒第一定律：所有行星绕太阳运动的轨道都是 ，太阳处 在 上。 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的时间 内扫过的 ⁠。 3. 开普勒第三定律：所有行星轨道的 跟它的 ⁠ 的比都相等，其表达式为＝k，其中a代表椭圆轨道的半长 轴，T代表公转周期，比值k是一个对所有行星 的常量。 椭圆　 椭圆的一个焦点　 面积相等　 半长轴的三次方　 公转周 期的二次方　 都相同　 二、开普勒定律—小结 【易错辨析】 （1）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。 （　√　） （2）行星轨道的半长轴越长，行星的周期越长。 （　√　） （3）开普勒定律仅适用于行星绕太阳的运动。 （　×　） √ √ × 二、开普勒定律—练习 二、开普勒定律—拓展 人类对行星运动规律的认识历程 地心说 日心说 开普勒定律 第一定律：轨道定律 椭圆轨道、焦点 第二定律：面积定律 相等时间内扫过的面积相等 第三定律：周期定律 =k，k与行星无关 行星按圆轨道后的开普勒定律 行星公转轨道是圆，太阳在圆心 行星绕太阳做匀速圆周运动 所有行星半径的三次方与周期的二次方的比值都相等 行星的运动 课堂总结 1. （地心说和日心说）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： 　在太阳系中，包括地球在内的所有行星都绕太阳运转，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. （开普勒定律的理解）（鲁科版教材必修第二册P92·T2）在太阳系中， 火星和木星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行。根据开普勒行星运动定律可知 （　　） A. 太阳位于木星运行轨道的中心 B. 火星和木星绕太阳运行速度的大小始终相等 C. 火星与木星公转周期之比的平方等于它们轨道半长轴之比的立方 D. 在相同时间内，火星与太阳连线扫过的面积等于木星与太阳连线扫过 的面积 √ 解析： 　太阳位于木星运行轨道的焦点位置，选项A错误；根据开普勒第 二定律可知，木星和火星绕太阳运行速度的大小不是始终相等的，离太阳 较近点的速度较大，离太阳较远点的速度较小，选项B错误；根据开普勒 第三定律可知， 木星与火星公转周期之比的平方等于它们椭圆轨道半长轴 之比的立方，选项C正确；根据开普勒第二定律可知，相同时间内，火星 与太阳连线扫过的面积相等，但是不等于相同时间内木星与太阳连线扫过 的面积，选项D错误。 3. （开普勒第二定律的应用）如图是行星m绕恒星M运动情况的示意图， 下列说法正确的是（　　） A. 速率最大点是A点 B. 速率最大点是B点 C. m从A到B做加速运动 D. m从C经A到D所用时间大于从D经B到C所用时间 解析： 　根据开普勒第二定律可知，行星运动至近恒星点A时速度最大、 远恒星点B时速度最小，选项A正确，B错误；m从A到B做减速运动，选项 C错误；因行星m在CAD段的平均速率大于其在DBC段的平均速率，可知m 从C经A到D所用时间小于从D经B到C所用时间，选项D错误。 √ 4. （开普勒第三定律的应用）（2025·四川省攀枝花市高一期末）新华社 2024年3月20日报道，“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。本次与“鹊桥二号”一同发射的还有两颗 通信技术实验星“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： 　根据开普勒第三定律＝k，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 周期大小的关系为T1＞T3＞T2，故选A。 Lavf58.20.100 $