資源簡介

中小學教育資源及組卷應用平臺
7.1行星的運動
一學科核心素養
（一）物理觀念
通過了解人類對行星運動規律的認識歷程，認識行星運動的觀念；借助開普勒行星運動定律，了解科學研究過程及其價值觀念；最終明確開普勒行星運動定律中的k值的大小只與中心天體有關。
（二）科學思維
運用托勒密、哥白尼、第谷·布拉赫、開普勒等幾位科學家對行星運動的研究過程，認識科學思維的養成過程，逐步養成自己的物理科學思維。
（三）科學探究
深刻觀察、認識、理解行星運動規律，明確科學探究的根源，在追尋科學真理的道路上，如何有效的繞過曲折過程認識事物的本質。
（四）科學態度與責任
學習前人追求科學真理的堅定與執著精神，體會科學家實事就是、尊重客觀事實、不迷信權威、勇于探索的科學態度和科學精神。
二學習重難點
重點：
理解并掌握開普勒三定律，能解決行星運動的基本問題。
難點：
對開普勒行星運動定律的理解和應用，如k值的含義等。
三課前預習
1．開普勒行星運動定律
定律 內容 公式或圖示
開普勒第一定律 所有行星繞太陽運動的軌道都是_____，太陽處在所有_____的一個_____上
開普勒第二定律 從太陽到行星的連線在_____的時間內掃過_____的面積
開普勒第三定律 所有行星的軌道的_____的三次方跟它的_____的二次方的比值都相等 公式：_____=k，k是一個與行星_____的常量
2．開普勒行星運動定律
（1）開普勒第一定律（軌道定律）：所有行星繞太陽運動的軌道都是___________，太陽處在橢圓的一個___________上。
（2）開普勒第二定律（面積定律）：對任意一個行星來說，它與太陽的連線在相等的時間內掃過相等的___________。
（3）開普勒第三定律（周期定律）：所有行星的___________跟它的___________的比值都相等，即=k，比值k是一個對于所有行星都相同的常量。
3．著名物理學家____________利用丹麥天文學家____________遺留的大量天文觀測資料發現，天體運動的軌跡不是圓，而是橢圓，且發表了天體運動的三大定律。科學巨匠____________正是在上述科學家的發現基礎上，發現了________________________。
4．行星運動的近似處理行星的軌道與圓十分接近，在中學階段的研究中我們可按圓軌道處理。這樣就可以說：
（1）行星繞太陽運動的軌道十分接近圓，太陽處在_______。
（2）行星繞太陽做_______。
（3）所有行星_______的三次方跟它的_______的二次方的比值，即。
5．在研究行星運動的過程中，第谷觀測天體記錄了大量準確數據，開普勒用這些數據驗證圓周運動模型時發現偏差，于是提出橢圓模型，消除偏差，從而發現行星運動定律。
（1）這段歷史展示的科學探索方法是____；
A．觀測數據—檢驗模型—得出規律—修改模型
B．觀測數據—檢驗模型—修改模型—得出規律
C．觀測數據—修改模型—檢驗模型—得出規律
D．觀測數據—修改模型—得出規律—檢驗模型
（2）開普勒根據第谷的觀測結果整理出的數據如下表所示，表中T表示行星繞太陽運行的周期，a表示行星運行軌道的半長軸，地球繞太陽的公轉周期為1年，地球到太陽的距離為1個天文單位。
T a a3
水星 0.241 0.387 0.058 0.058
金星 0.615 0.723 0.378 0.378
地球 1.000 1.000 1.000 1.000
火星 1.881 1.524 3.54 3.54
木星 11.862 5.203 140.71 140.85
土星 29.457 9.539 867.7 867.98
①表格中第三列數據表示的物理量為__________；
②根據開普勒整理出的數據，得到的結論是____________________。
6．關于月球的形成,科學家提出了不同的假說：
分裂說：月球本來是地球的一部分,后來由于地球轉速太快,把地球上一部分物質拋了出去,這些物質脫離地球后形成了月球。
同源說：月球和地球在同一個浮動星云內同時形成。
碰撞說：在太陽系形成的過程中,地球與一個較大天體發生了劇烈的碰撞,激射到太空中的地球物質和該碰撞天體的殘骸不斷相互吸引,最終形成了月球。
（1）有科學家用下圖形象地描述了月球的一種形成過程：
你認為這種圖示描述的是月球形成的哪種假說？__________________________
（2）月球形成初期,小天體頻繁撞擊月球,在月球表面形成了隨處可見的_______________________.
7．兩種對立的學說
（1）地心說
a. ____是宇宙的中心，是靜止不動的；
b.太陽、月球以及其他星體都繞_____運動；
c.地心說的代表人物是古希臘科學家______。
（2）日心說
a.____是宇宙的中心，是靜止不動的，地球和其他行星都繞太陽運動；
b.日心說的代表人物是______。
（3）局限性
a.古人都把天體的運動看得很神圣，認為天體的運動必然是最完美、最和諧的______。
b.開普勒研究了________的行星觀測記錄，發現如果假設行星的運動是勻速圓周運動，計算所得的數據與觀測數據______（填“不符”或“相符”）。
四自我檢測
1．我國的人造衛星圍繞地球的運動，有近地點和遠地點，由開普勒定律可知衛星在遠地點運動速率比近地點運動的速率小，如果近地點距地心距離為R1，遠地點距地心距離為R2，則該衛星在近地點運動速率和遠地點運動的速率之比為（　　）
A． B． C． D．
2．下列說法中正確的是（　　）
A．做勻速圓周運動的物體，突然受到離心力的作用，將做離心運動
B．做勻速圓周運動的物體，當提供的向心力突然變大時將做離心運動
C．做曲線運動的物體的合力一定變化的
D．開普勒發現行星繞太陽運動軌跡是橢圓
3．二十四節氣中的春分與秋分均為太陽直射赤道，春分為太陽從南回歸線回到赤道，秋分則為太陽從北回歸線回到赤道。2022年3月20日為春分，9月23日為秋分，可以推算從春分到秋分為187天，而從秋分到春分為179天。設以上兩個時間段內地球公轉的軌跡長度相等，如圖所示，關于上述自然現象，下列說法正確的是（　　）
A．地球繞太陽公轉的速度大小不變
B．從春分到秋分地球離太陽比從秋分到春分近
C．從春分到秋分地球的機械能不變
D．從春分到夏至地球公轉的速度變大
4．如圖所示，A、B兩顆衛星繞地球做勻速圓周運動，O為地心，在兩衛星運行過程中，A、B連線和O、A連線的夾角最大為θ，則A、B兩衛星（　　）
A．做圓周運動的周期之比為2
B．做圓周運動的周期之比為
C．與地心O連線在相等時間內掃過的面積之比為
D．與地心O連線在相等時間內掃過的面積之比為
5．有關開普勒三大定律，結合圖像，下面說法正確的是（　　）
A．太陽既是火星軌道的焦點，又是地球軌道的焦點
B．地球靠近太陽的過程中，運行速度的大小不變
C．在相等時間內，火星和太陽的連線掃過的面積與地球和太陽的連線掃過的面積相等
D．火星繞太陽運行一周的時間比地球繞太陽一周用的時間的短
6．如圖所示，地球衛星P繞地球做勻速圓周運動，地球相對衛星的張角為θ=2α；另一衛星Q（圖中未畫出）的張角為4α。則P與Q的周期之比為（　　）
A． B．
C． D．
7．提出日心說和發現行星運行規律的科學家分別是（　　）
A．托勒密，哥白尼 B．哥白尼，伽利略
C．第谷，哥白尼 D．哥白尼，開普勒
8．下列對開普勒定律的理解正確的是（　　）
A．所有行星繞太陽運動的軌道是同一個橢圓并且有共同的焦點
B．火星與太陽的連線、地球與太陽的連線在相等的時間內掃過相等的面積
C．在行星繞太陽運轉一周的時間內，太陽始終在行星軌道的中心點上
D．哈雷彗星繞太陽運行的軌道半長軸的三次方跟它的公轉周期的二次方的比等于地球軌道（可視為圓形）半徑的三次方跟它的公轉周期的二次方的比
9．約400年前，一位德國天文學家提出了行星運動的三個定律，揭開了行星運動的奧秘。這位天文學家是（　　）
A．伽利略 B．第谷 C．牛頓 D．開普勒
10．一顆北斗導航衛星的軌道可看作圓軌道，地球繞太陽運動的軌道也看作圓軌道。已知地球繞太陽運動的軌道半徑是該衛星繞地球運動的軌道半徑的a倍，太陽的質量是地球質量的b倍。則在相等的時間內，地球與太陽的連線掃過的面積和衛星與地球的連線掃過的面積的比值為（　　）
A． B． C． D．
參考答案：
三課前預習
1． 橢圓 橢圓 焦點 相等 相等 半長軸 公轉周期 無關
2． 橢圓 焦點 面積 軌道半長軸的三次方 公轉周期的二次方
3． 開普勒 第谷 牛頓 萬有引力
4． 圓心 勻速圓周 軌道半徑 公轉周期
5． B T2 行星繞太陽運行周期的二次方與行星運行軌道a3的比值是一個定值或是一個定值
6． 碰撞說 環形山（月坑）
7． 地球 地球 托勒密 太陽 哥白尼 勻速圓周 第谷 不符
四自我檢測
1．B
【詳解】根據開普勒第二定律，對每一個行星而言，太陽和行星的連線在相等的時間內掃過相等的面積，即
v1Δt R1＝ v2Δt R2
即
ACD錯誤，B正確。
故選B。
2．D
【詳解】A．做勻速圓周運動的物體，當所受合外力突然不足以提供向心力時，將做離心運動，實際并不存在離心力這個力，故A錯誤；
B．做勻速圓周運動的物體，當提供的向心力突然變大時將做近心運動，故B錯誤；
C．做曲線運動的物體的合力方向與速度方向始終不在同一直線上，但不一定變化，如平拋運動，故C錯誤；
D．開普勒發現行星繞太陽運動軌跡是橢圓，故D正確。
故選D。
3．C
【詳解】AB．由速度公式可知，兩段時間內地球公轉的軌跡長度相等，而兩段時間不同，所以地球繞太陽公轉的速度大小不同，時間長說明速度小，依據開普勒第二定律，速度小說明離太陽遠，所以從春分到秋分地球離太陽比從秋分到春分遠，故AB錯誤；
C．從春分到秋分，只有萬有引力做功，所以機械能守恒，即地球的機械能不變，故C正確；
D．依據開普勒第二定律可知，從春分到夏至，地球公轉的速度越來越慢，故D錯誤。
故選C。
4．C
【詳解】AB．夾角最大時，OB與AB垂直，根據幾何關系有
由開普勒第三定律可得
則
A、B錯誤；
CD．t時間內衛星與地心連線掃過的面積
則
C正確，D錯誤；
故選C。
5．A
【詳解】A．根據開普勒第一定律可知，所有的行星圍繞太陽運動的軌道都是橢圓，太陽處在所有橢圓的一個焦點上，故A正確；
BC．根據開普勒第二定律可知，對同一個行星而言，行星與太陽的連線在相同時間內掃過的面積相等，且行星在此橢圓軌道上運動的速度大小不斷變化，離太陽越近速率越大，所以地球靠近太陽的過程中，運行速率將增大，故BC錯誤；
D．根據開普勒第三定律可知，所有行星的軌道的半長軸的三次方跟公轉周期的二次方的比值都相等。由于火星的半長軸比較大，所以火星繞太陽運行一周的時間比地球的長，故D錯誤。
故選A。
6．D
【詳解】根據幾何關系可知衛星P的軌道半徑
r1=
衛星Q的軌道半徑
r2=
根據開普勒第三定律
=k
可知P與Q的周期之比為
故選D。
7．D
【詳解】提出日心說和發現行星運行規律的科學家分別是哥白尼和開普勒。
故選B。
8．D
【詳解】A．所有行星分別沿不同大小的橢圓軌道繞太陽運動，A錯誤；
B．根據開普勒第二定律可知同一橢圓運動過程中，行星與太陽的連線在相等的時間內掃過的面積相等，不同的行星周期不同，它們與太陽的連線在相等的時間內掃過的面積不相等，B錯誤；
C．行星繞太陽運轉軌道是橢圓，它離太陽的距離是變化的，太陽處在所有橢圓的一個焦點上，C錯誤；
D．根據開普勒第三定律得哈雷彗星軌道的半長軸的三次方跟它的公轉周期的二次方的比等于地球軌道（可視為圓形）半徑的三次方跟它的公轉周期的二次方的比，D正確。
故選D。
9．D
【詳解】德國天文學家開普勒提出著名的開普勒三定律，揭示了行星運動的規律。
故選D。
10．B
【詳解】根據萬有引力提供向心力，有
則連線掃過的面積為
聯立可得
式中M為中心天體質量，r為環繞天體做圓周運動的軌道半徑，依題意，則可得在相等的時間內，地球與太陽的連線掃過的面積和衛星與地球的連線掃過的面積的比值為
故選B。
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