高中物理人教版《必修第二册》教案讲义：行星的运动

万有引力与宇宙航行（答案在最后）
1．行星的运动
知识结构导图
核心素养目标
物理观念：行星的运行轨道及运行规律．科学思维：用圆周运动规律近似处理行星的椭圆运动．
科学探究：归纳总结开普勒定律的科学认知过程．
科学态度与责任：开普勒定律在分析实际问题中的应用．
知识点一地心说与日心说
阅读教材第44页第1自然段．
1．地心说：______是宇宙的中心，是______的，太阳、月球以及其他星体都绕______运动．
2．日心说：________是静止不动的，地球和其他行星都绕________运动．
．局限性：都把天体的运动看得很神圣，认为天体的运动
假设地球绕太阳运动的道是椭圆，太阳在椭圆的一个焦点根据曲线运动的特点，从秋分到冬至再到春分经历的时间比从春分到夏至再到秋分经历的时间短，
要短．
知识点二开普勒定律
阅读教材第44～45页“
定律内容
开普勒第一定律所有________
运动的轨道都是________
__________
________
开普勒第二定律
对________
说，它与太阳的连线在________
开普勒
都相同的常量假设地球绕太阳运动的道是椭圆，太阳在椭圆的一个焦点根据曲线运动的特点，从秋分到冬至再到春分经历的时间比从春分到夏至再到秋分经历的时间短，所以秋冬两季比春夏两季要短．
【思考辨析】判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”．
(1)宇宙的中心是太阳，所有行星都在绕太阳做匀速圆周运()
(2)与日、地距离相比，恒星离地球都十分遥远．(3)围绕太阳运动的行星的速率是一成不变的．(4)开普勒定律仅适用于行星绕太阳的运动．(5)行星轨道的半长轴越长，行星的公转周期越大．(6)在中学阶段可认为地球围绕太阳做圆周运动．
要点一古代对行星运动规律的认知1．地心说：
(1)内容：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．
(2)代表人物：托勒密．
2．日心说：
(1)内容：太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动．
(2)代表人物：哥白尼．
3．两种学说的局限性：它们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、最和谐的匀速圆周运动，而这和丹麦天文学家第谷的观测数据不符．
两种学说的代表人物
点睛：日心说能解释许多地心说不能解释的自然现象，实际上在银河系中太阳不是静止不动的，太阳也不是宇宙中心，日心说也不是完全正确的．
【例1】下列说法正确的是()
A．地球是宇宙的中心，太阳、月球及其他行星都绕地球运动
B．太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳转动
C．地球是绕太阳运动的一颗行星
D．日心说比地心说完美，因此哥白尼的日心说完全正确
练1关于地心说和日心说，下列说法正确的是()
A．地心说的参考系是太阳
B．日心说的参考系是太阳
C．地心说和日心说只是参考系不同，两者具有等同的价值D．日心说是由爱因斯坦提出来的
要点二开普勒行星运动规律
探究点1如图，a、b分别是远日点和近日点，试根据开普勒第二定律分析行星在近日点和远日点附近运动时速度哪个较大，哪个较小？
探究点2开普勒第三定律中的k值与什么有关？
1.第三定律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，其公转周期越大；反之，其公转周期越小．
AB间距的一半，
与行星无关，只与太阳有关．
的含义的理解
是由中心天体决定的，中心天体不同则
是由中心天体太阳决定的；月球围绕地球是由中心天体地球决定的，而这两个常量是不同的．
气象卫星绕地球运动时，常数k只与地球质量有关
题型一对开普勒第一定律的理解
【例2】下列说法正确的是(
A．太阳系中的八大行星有一个共同的轨道焦点
B．行星的运动方向总是沿着轨道的切线方向
C．行星的运动方向总是与它和太阳的连线垂直
．太阳是静止不动的
只要对开普勒第一定律理解透彻了，
开普勒第二定律的应用
如图所示，“嫦娥三号”绕月球沿椭圆轨道运行，绕
、B分别为近月点和远月点，
距离相等的点，则下列说法正确的是
点到B点运行速率逐渐增大
点到B点运行速率逐渐减小
点到C点的运行时间等于四分之一周
点到C点的运行时间小于四分之一周
应用开普勒第三定律解题的思路
①判断两个行星的中心天体是否相同，
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．
如果将椭圆道近似按圆道处理，那么开普勒第三定律中椭圆的半长轴即近似为圆的半径．
开普勒第三定律的应用
为绕地球沿椭圆轨道运行的卫星，椭圆
；C为绕地球沿圆周运动的卫星，
T C.下列说法或关系式中正确的是
卫星轨道的一个焦点上，
运动的速度大小均不变
，该比值的大小仅与地球有关
某人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，
半径为月球绕地球运转半径的1
9，设月球绕地球运动的周期为
天，则此卫星的运转周期大约是()
C．1天D
练3“北斗”卫星定位系统由地球静止轨道卫星
卫星)、中轨道卫星和倾斜同步卫星组成，地球静止轨道卫星和中轨道卫星都在圆轨道上运行，它们距地面的高度分别约为地球半径的6倍和3.4
A．静止轨道卫星的周期约为中轨道卫星的
做一做
用图钉和细绳画椭圆
(教材P45)绘制椭圆
可以用一条细绳和两只图钉来画椭圆．如图，把白纸铺在木板上，然后按上图钉．把细绳的两端系在图钉上，用一支铅笔紧贴着细绳滑动，使绳始终保持张紧状态．铅笔在纸上画出的轨迹就是椭圆，图钉在纸上留下的痕迹叫作椭圆的焦点．保持绳长不变，当两焦点不断靠近时，椭圆形状如何变化？焦点重合时，半长轴转变为什么？
提示：椭圆越来越接近圆形，焦点重合时半长轴和半短轴相等，成为圆的半径.
1．(多选)下列选项中，属于“日心说”很快得到传播的原因的是()
A．如果以地球为中心来研究天体的运动，有很多无法解决的问题
B．如果以太阳为中心，可以解决许多问题，并且描述行星的运动也变得简单了
C．人们观测到地球确实是围绕太阳运转的
D．人们理解了太阳东升西落的现象是由地球自转引起的
2．如图所示，海王星绕太阳在椭圆轨道上运动，P为近日点，Q为远日点，M、N为轨道短轴的两个端点，海王星运行的
的运动过程中()
所用时间等于T0
4
所用时间等于T0
4
速率逐渐减小
所用时间等于T0
2
．为了探测引力波，“天琴计划”预计发射地球卫星
其轨道半径约为地球半径的16倍，另一地球卫星
与Q的周期之比约为
．太阳系有八大行星，八大行星离地球的远近不同，绕太
下列反映周期与轨道半径关系的图像中
．国际天文学联合会大会投票，通过了新的行星定义，冥王星被排除在太阳系大行星行列之外，太阳系的大行星数量由九颗减为八颗．若将八大行星绕太阳运行的轨迹粗略地认为是圆，各星球半径和轨道半径如下表所示：
水星金星地球火星木星土星天王
杂，不便于描述和研究，地球和太阳都不是宇宙的中心，故C 正确．
【答案】C
练1解析：地心说认为太阳及其他星体围绕地球运动，参考系为地球，A错误；哥白尼提出了日心说，日心说认为一切天体都绕太阳运动，参考系为太阳，B正确，D错误；地心说的提出是因为古代人缺乏足够的宇宙观测数据，以及怀着以人为本的观念，因此他们误认为地球就是宇宙的中心，而其他的星体都绕地球运行．天主教教会认为地心说是世界观的“正统理论”．而日心说是在足够的天文观测的数据基础上，由哥白尼提出的，符合科学研究的结果，而不是臆想出来的，是科学的一大进步，故两者不具有等同的价值，C错误．
答案：B
要点二
探究点1提示：根据开普勒第二定律，行星与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相等，就可判断行星在近日点附近运动时速度较大而在远日点附近运动时速度较小．
探究点2提示：k值是由中心天体本身决定的常量，也就是说，在中心天体不同的系统里k值是不同的，在中心天体相同的系统里k值是相同的．
【例2】【解析】太阳系中八大行星绕太阳运动的轨迹都是椭圆，而太阳位于八大行星椭圆轨道的一个共同焦点上，故A正确；行星的运动轨迹为椭圆，即行星做曲线运动，速度方向沿轨道的切线方向，故B正确；椭圆上某点的切线并不一定垂直于此点与焦点的连线，故C错误；太阳并非静止，它围绕银河系的中心不断转动，故D错误．
【答案】AB
【例3】【解析】根据开普勒第二定律可知，“嫦娥三号”从A点到B点运行速率逐渐减小，选项A错误，B正确；“嫦娥三号”从A点到C点运行的平均速率大于从C点到B点运行的平均速率，可知从A点到C点运行时间小于四分之一周期，选项C错误，D正确．
【答案】BD
【例4】【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。