人教版高中物理必修二 （行星的运动）万有引力与宇宙航行教师教学课件

1行星的运动第七章万有引力与宇宙航行

1.了解地心说与日心说的主要内容和代表人物.2.理解开普勒行星运动定律，知道开普勒第三定律中k值的大小只与中心天体有关.3.知道行星运动在中学阶段的研究中的近似处理.学习目标梳理教材夯实基础探究重点提升素养随堂演练逐点落实内容索引NEIRONGSUOYIN梳理教材夯实基础011.地心说(1)

是宇宙的中心，是静止不动的；(2)太阳、月亮以及其他行星都绕

运动；(3)地心说的代表人物是古希腊科学家

.2.日心说(1)

是宇宙的中心，是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳做

；(2)日心说的代表人物是

.两种对立的学说一地球地球托勒密太阳匀速圆周运动哥白尼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

运动.(2)开普勒研究了

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

(填“不符”或“相符”).匀速圆周第谷不符1.第一定律：所有行星绕太阳运动的轨道都是

，太阳处在

上.2.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.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是椭圆轨道的半长轴，T是公转周期，k是一个对所有行星

的常量.开普勒定律二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1.行星绕太阳运动的轨道十分接近圆，太阳处在

.2.行星绕太阳做

运动.3.所有行星

的三次方跟它的公转周期T的二次方的

，即

＝k.行星运动的近似处理三圆心匀速圆周轨道半径r比值都相等即学即用1.判断下列说法的正误.(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.(

)(4)开普勒第三定律中的常数k与行星无关，与太阳也无关.(

)√√××2.如图1所示，椭圆为地球绕太阳运动的轨道，A、B分别为地球绕太阳运动的近日点和远日点，地球经过这两点时的速率分别为vA和vB；阴影部分为地球与太阳的连线在相等时间内扫过的面积，分别用SA和SB表示，则vA_____vB、SA______SB.(均选填“>”“＝”或“<”)图1>＝探究重点提升素养02开普勒定律的理解一1.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行的轨道都是椭圆，如图2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.图22.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3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.开普勒第二定律又叫面积定律.图3(2)近日点、远日点分别是行星距离太阳最近、最远的点.同一行星在近日点速度最大，在远日点速度最小.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4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是一个对所有行星都相同的常量.开普勒第三定律也叫周期定律.图4(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值大小由中心天体决定.例1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.火星绕太阳运行速度的大小始终相等C.火星和木星公转周期之比的二次方等于它们轨道半长轴之比的三次方D.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根据开普勒第一定律可知，太阳位于木星运行椭圆轨道的一个焦点上，选项A错误；由于火星沿椭圆轨道绕太阳运行，由开普勒第二定律知，火星绕太阳运行的速度大小在不断变化，选项B错误；根据开普勒第三定律可知，火星与木星公转周期之比的二次方等于它们轨道半长轴之比的三次方，选项C正确；相同时间内，火星与太阳连线扫过的面积不等于木星与太阳连线扫过的面积，选项D错误.√针对训练1如图5所示，B为绕地球做椭圆轨道运行的卫星，椭圆的半长轴为a，运行周期为TB；C为绕地球做圆周运动的卫星，圆周的半径为r，运行周期为TC.下列说法或关系式正确的是A.地球位于B卫星轨道的一个焦点上，位于C卫星轨道的圆心上B.B卫星和C卫星运动的速度大小均不变图5√解析由开普勒第一定律可知，选项A正确；由开普勒第二定律可知，B卫星绕地球转动时速度大小在不断变化，选项B错误；开普勒定律的应用二1.当比较一个行星在椭圆轨道不同位置的速度大小时，选用开普勒第二定律；当比较或计算两个行星的周期问题时，选用开普勒第三定律.2.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我们可以按圆轨道处理，且把行星绕太阳的运动看作是匀速圆周运动，这时椭圆轨道的半长轴取圆轨道的半径.例2

(2018·夷陵中学期中)某行星沿椭圆轨道运动，远日点离太阳的距离为a，近日点离太阳的距离为b，过远日点时行星的速率为va，则过近日点时行星的速率为√例3

(2019·深圳市龙岗区高一下月考)长期以来，“卡戎星(Charon)”被认为是冥王星唯一的卫星，它的公转轨道半径r1＝19600km，公转周期T1＝6.39天.2006年3月，天文学家又发现两颗冥王星的小卫星，其中一颗的公转半径r2＝48000km，则它的公转周期T2最接近A.15天 B.25天 C.35天 D.45天√针对训练2木星和地球都绕太阳公转，木星的公转周期约为12年，地球与太阳的距离为1天文单位，则木星与太阳的距离约为A.2天文单位 B.5.2天文单位C.10天文单位 D.12天文单位√随堂演练逐点落实031.(对开普勒定律的认识)(2018·孟坝中学期末)关于开普勒行星运动定律，下列说法正确的是A.所有的行星都绕太阳做圆周运动B.对任意一个行星，它与太阳的连线在相等时间内扫过相等的面积C.在

＝k中，k是与太阳无关的常量D.开普勒行星运动定律仅适用于行星绕太阳运动√1234解析根据开普勒第一定律知，所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上，故A错误；由开普勒第二定律知，对任意一个行星，它与太阳的连线在相等时间内扫过的面积相等，故B正确；在

＝k中，k是与太阳有关的常量，故C错误；1234开普勒行星运动定律不仅适用于行星绕太阳运动，还适用于宇宙中卫星绕行星的运动，故D错误.2.(开普勒第二定律的应用)(2019·云天化中学高一下学期期中)如图6所示是行星m绕太阳M运行情况的示意图，A点是远日点，B点是近日点，CD是椭圆轨道的短轴.下列说法中正确的是A.行星运动到A点时速度最大B.行星运动到C点或D点时速度最小C.行星从C点顺时针运动到B点的过程中做加速运动D.行星从B点顺时针运动到D点的时间与从A点顺时针运动到

C点的时间相等解析由开普勒第二定律知，行星在A点速度最小，在B点速度最大，所以行星从A向B顺时针运动的过程中速度在增大，行星从B点顺时针运动到D点的时间小于从A点顺时针运动到C点的时间，故A、B、D错误，C正确.√1234图63.(对开普勒第三定律的理解)(多选)关于开普勒行星运动定律的表达式

＝k，以下理解正确的是A.k是一个与行星无关的常量B.a代表行星的球体半径C.T代表行星运动的自转周期D.T代表行星绕中心天体运动的公转周期√1234√4.(开普勒第三定律的应用)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，将这颗小行星命名为“钱学森星”.若将地球和“钱学森星”绕太阳的运动都看作匀速圆周运动，它们的运行轨道如图7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1234√图712347.1行星的运动

1.了解人类对行星运动规律的认识历程2.知道观察是研究行星运动规律的一种重要的方法3.知道如何画椭圆及椭圆的特征4.知道开普勒行星运动定律，知道开普勒行星运动定律的科学价值学习目标了解：古人对天体运动有哪些看法？

地心说和日心说

关注：日心说(1)日心说提出的背景：在当时，哥伦布和麦哲伦的探险航行已经使不少人相信地球并不是一个平台，而是一个球体。(2)哥白尼的推测：是不是地球每天在围绕自己的轴线旋转一周(3)内容：他假设地球并不是宇宙的中心，太阳是静止不动的，地球和其他行星都是围绕着太阳做匀速圆周运动.日心说的局限性：日心说相对地心说能更完美地解释天体的运动，但这两种学说都不完善。因为太阳、地球等天体都是运动的，鉴于当时对自然科学的认识能力，日心说比地心说更先进。天文学家对天体运动进一步的研究1.丹麦天文学家第谷的探索:在哥白尼之后，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10

，第谷把这个不确定性减小到2

。得出行星绕太阳做匀速圆周运动的模型。2.德国物理学家开普勒的研究.总结了他的导师第谷的全部观测资料，在他最初研究时，他得到的结果与第谷的观察数据相不一致，开普勒想,误差可能就是认为行星绕太阳做匀速圆周运动造成的.后来他花了四年时间一遍一遍地进行数学计算，通过计算这一怀疑使他发现了行星运动三大定律.定律：开普勒三定律1.开普勒第一定律（轨道定律）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。2.开普勒第二定律（面积定律）对于每一个行星而言，太阳和行星的联线在相等的时间内扫过相等的面积。近

处

快远处慢3.开普勒第三定律（周期定律）所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等。说明：①行星绕太阳的运动都符合上述表达式，如地球和木星都绕太阳转动时有：，比值k是一个与行星本身无关的物理量，只与中心天体有关。②对于同一个行星的不同卫星，它们也符合此运动规律：常考题型题组一

对开普勒行星运动定律的理解题1［2019·四川双流中学高三模拟］［多选］根据开普勒行星运动定律，以下说法中正确的是（）A.行星沿椭圆轨道运动，在远日点的速度最大，近日点的速度最小B.行星沿椭圆轨道运动，在远日点的速度最小，近日点的速度最大C.行星运动的速度大小是不变的D.行星的运动是变速曲线运动【解析】A、C错，B对：在行星运动时，行星和太阳的连线，在相等的时间内，扫过相等的面积，故远日点速度小，近日点速度大。D对：行星运行时速度的大小、方向都在改变，所以是变速曲线运动。【答案】BD【特别提醒】（1）开普勒行星运动定律也适用于其他天体的运动，如月球（或人造卫星）绕地球的运动，卫星绕行星的运动。（2）开普勒第二定律与第三定律的区别：前者揭示的是同一行星在距太阳不同距离时运动快慢的规律，后者揭示的是不同行星运动快慢的规律。题2［2019·东北师大附中高一检测］太阳系有八大行星，八大行星离太阳的远近不同，绕太阳运转的周期也不相同。下列反映公转周期与行星轨道半长轴的关系图像中正确的是（）

A

BC

D

D题3［2019·河北成安一中高一检测］对于开普勒行星运动的规律

=k，以下理解正确的是（）A.k是一个与行星质量有关的量B.若地球绕太阳运转轨道的半长轴为a地，周期为T地；月球绕地球运转轨道的半长轴为a月，周期为T月，则

=

C.T表示行星运动的自转周期D.T表示行星运动的公转周期【特别提醒】（1）天体运动的轨迹一般是椭圆，有些星体（行星、卫星）的轨迹近似为圆，为方便分析，可当作圆轨道处理。（2）在开普勒第三定律中，所有行星绕太阳转动的k值均相同；但对于不同的天体系统k值不相同。k值的大小由系统的中心天体决定。D题4某人造卫星的近地点高度是h1=439km，远地点高度是h2=2384km，则近地点处卫星的速率与远地点处卫星速率的比值是多少（已知R地=6400km）？【解析】如图所示，近地点在B点，远地点在P点，当时间Δt很小时，可认为卫星在B点附近和在P点附近的速率不变。卫星在近地点的速度用v1表示，在远地点的速度用v2表示，由开普勒第二定律得弧SABCF=弧SMPNF，即v1Δt（R地+h1）=v2Δt（R地+h2）所以，代入数据后得≈1.28

题组二开普勒行星运动定律的应用【开普勒第二定律的应用技巧】开普勒第二定律表明同一行星在距太阳不同距离时运动快慢不同。（1）行星与太阳的连线在相等时间内扫过相等的面积，而相等时间内扫过的面积与连线的长度（行星到太阳的距离）及行星在垂直于连线方向的速度大小有关，行星到太阳的距离越大，行星的速度越小，反之越大。（2）行星在近日点和远日点到太阳的距离分别为a、b，取足够短的时间Δt，行星与太阳的连线扫过的面积可近似用

lr表示，由开普勒第二定律有

vaΔt·a=

vbΔt·b，所以

=

，即速率与行星到太阳的距离成反比。题5［2018•全国Ⅲ卷］为了探测引力波，“天琴计划”预计发射地球卫星P，其轨道半径约为地球半径的16倍；另一地球卫星Q的轨道半径约为地球半径的4倍。P与Q的周期之比约为（）A.2∶1 B.4∶1C.8∶1