高中物理 第一节行星的运动2教案 新人教版必修2.docx
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高中物理第一节行星的运动2教案新人教版必修2
2019-2020年高中物理第一节行星的运动-2教案新人教版必修2
课题
§7.1行星的运动
课型
新授课（1课时）
教学目标
知识与技能
1．知道地心说和日心说的基本内容．
2．知道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．
3．知道所有行星的轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等，且这个比值与行星的质量无关，但与太阳的质量有关．
4．理解人们对行星运动的认识过程是漫长复杂的，真理是来之不易的．
过程与方法
通过托勒密、哥白尼、第谷·布拉赫、开普勒等几位科学家对行星运动的不同认识，了解人类认识事物本质的曲折性并加深对行星运动的理解．
情感、态度与价值观
1．澄清对天体运动裨秘、模糊的认识，掌握人类认识自然规律的科学方法．
2．感悟科学是人类进步不竭的动力．
教学重点、难点
教学重点
理解和掌握开普勒行星运动定律，认识行星的运动．学好本节有利于对宇宙中行星的运动规律的认识，掌握人类认识自然规律的科学方法，并有利于对人造卫星的学习．
教学难点
对开普勒行星运动定律的理解和应用，通过本节的学习可以澄清人们对天体运动神秘、模糊的认识．
教学方法
探究、讲授、讨论、练习
教学手段
教具准备
挂图、多媒体课件
教学活动
[新课导入]
【多媒体演示】天体运动的图片浏览。
教师：
在浩瀚的宇宙中有无数大小不一、形态各异的天体，如月亮、地球、太阳、夜空中的星星……由这些天体组成的广袤无限的宇宙始终是我们渴望了解、不断探索的领域。
关于天体的运动，历史上有过不同的看法.
（课件投影）中国古代天文学观
我国古代先民看到北极星常年不动，以及北斗七星等拱极星的回转，便以为星空是圆的，就像是一只倒扣着的半球大锅，覆整在大地上，而北极则是这盖天的顶，又认为地是方的，就像一张围棋盘，此即“天圆地方”说．东汉时的天文学家张衡提出“浑天”说，认为天就像一个大鸡蛋，地球就是其中的蛋黄．
中国古代通常将历法和天文联系在一起．历法注重天体运行的长时间段的重复周期，而不注重天体在三维空间中的运行情况．与古希腊人和中世纪的欧洲人不同，中国历法家很少关心宇宙结构方面的讨论．在汉朝的大部分时期，人们满足于这样的假设：
有人居住的世界是一小块中心区域．靠近平面大地中央，这个平面大地是一个绕着倾斜的轴旋转的天球的直径面．天体在该天球的内面移动，但它们靠何种机制来进行这种运动则没有讨论．
中国古代有丰富的天文记录．公元前第二个千年的后期，甲骨文中已记载了新星现象．从约公元苗200年开始，在官方文件中已有关于新星的连年记载，还有流星雨、彗星、日食、太阳黑子以及异乎寻常的云、板光之类的记载，或对蕾星的跟踪观测的记录．这些现象的观测者都使用了制作精良的大型浑天仪和其他刻度仪器，所观测的天体位置，其精确程度毫不逊色于欧洲在第谷之前的观测．
学生阅读后对探索宇宙产生兴趣．
师：
在广袤无垠的宇宙中有着无数大小不一、形态各异的天体．如太阳、月亮、夜空中闪烁的星星……吸引了人们的注意，智麓的头脑开始探索天体运动的奥秘．它们的运动是靠神的支配，还是物理规律的约束?
经过不懈的努力，科学家们对它已有初步的了解，这一节让我们循着前人的足迹学习行星运动的情况．
[新课教学]
一.“地心说”和“日心说”之争
[讨论与交流]
展示问题：
请阅读教材第一段
1．古人对天体运动存在哪些看法?
生：
“地心说”和“日心说”．
师：
2．什么是“地心说”?
什么是“日心说”’?
生：
”地心说”认为地球是宇宙的中心，是静止不动的，大阳、月亮以及其他行星都绕地球运动，“日心说”则认为太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动．
“地心说’的代表人物：
托勒密（古希腊）．“地心说’符合人们的直接经验，同时也符合势力强大的宗教神学关于地球是宇宙中心的认识，故地心说一度占据了统治地位．生：
“日心说”战胜了“地心说”，最终被接受．
[讨论与交流]
展示问题：
师：
“日心说”战胜了“地心说”，最终真理战胜了谬误．请同学们阅读第64页《人类对行星运动规律的认识，中托勒密：
地心宇宙，哥白尼：
拦住了太阳，推动了地球．交流讨论，找出“地心说”遭遇的尴尬和“日心说’的成功之处．
生：
地心说所描述的天体的运动不仅复杂而且问题很多，如果把地球从天体运动的中心位置移到一个普通的、绕太阳运动的位置，换一个角度来考虑天体的运动，许多问题都可以解决，行星运动的描述也变得筒单了．
“日心说”代表人物：
哥白尼，“日心说”能更完美地解释天体的运动．
二、开普勒行量运动定律
[做一做]
用图钉和细绳画椭圆
可以用一条细绳和两图钉来画椭圆．如图7．1—l所示，把白纸镐在木板上，然后按上图钉．把细绳的两端系在图钉上，用一枝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做椭圆的焦点．
想一想，椭圆上某点到两个焦点的距离之和与椭圆上另一点到两个焦点的距寓之和有什么关系?
[课堂训练]
（分四小组进行）
师；阅读教材第二段到最后，并阅读第64页《人类对行星运动规律的认识）中第谷：
天才观察家，开普勒：
真理超出期望，投影展示以下问题：
师：
1.古人认为天体做什么运动?
生：
古人把天体的运动看得十分神圣，他们认为天体的运动不同于地面物体的运动，天体做的是最完美、最和谐的匀逮圆周运动．
师：
2．开普勒认为行星做什么样的运动?
他是怎样得出这一结论的?
生：
开普勒认为行星做椭圆运动．他发现假设行星傲匀逮圆周运动，计算所得的数据与观测数据不符，只有认为行星做椭圆运动，才能解释这一差别．
师：
3．开普勒行星运动定律哪几个方面描述了行星绕太阳运动的规律?
具体表述是什么?
生：
开普勒行星运动定律从行星运动轨道，行墨运动的线速度变化，轨道与周期的关系三个方面揭示了行星运动的规律．具体表述为：
第一定律：
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．
师：
这一定律说明了行星运动轨迹的形状，不同的行星绕大阳运行时椭圆轨道相同吗?
生：
不同．
第二定律：
对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等时间内扫过相等的面积．
教师：
如图所示，行星沿着椭圆轨道运行，太阳位于椭圆的一个焦点上．如果时间间隔相等，即t2-t1=t4-t3，那么面积A=面积B．由此可见，行星在远日点a的速率最小，在近日点b的速率最大．
开普勒第三定律：
3．所有行星的椭圆轨道的半长轴的三次方跟公转周期的平方的比值都相等．由于行星的椭圆轨道都跟圆近似，在近似计算中，可以认为行星都以太阳为圆心做匀速圆周运动，在这种情况下，若用R代表轨道半径，T代表公转周期，开普勒第三定律可以用下面的公式表示：
比值k是一个与行星无关的恒量．只与太阳有关。
教师：
给出太阳系九大行星平均轨道半径和周期的数值，供学生课后验证。
师：
这一定律发现了所有行星的轨道的半长轴与公转周期之间的定量关系，但是比值k是一个与行星无关的常量，那么你能猜想出它可能跟谁有关吗?
生：
根据开普勒第三定律知：
所有行星绕太阳运动的半长轴的三次方跟公转周期二次方的比值是一个常数k，可以猜想，这个“k”一定与运动系统的物体有关．因为常数k对于所有行星都相同，而各行星是不一样的，故跟行星无关，而在运动系中除了行星就是中心天体——太阳，故这一常数“k"一定与中心天体——太阳有关．（通过后面的学习将知道k值与太阳质量的关系）
说明：
（1）开普勘定律不仅适用于行星绕大阳运动，也适用于卫星绕着地球转，不过比例式k中的k是不同的，与中心天体有关．
（2）开普勒定律是总结行星运动的现察结果而总结归纳出来的规律．它们每一条都是经验定律，都是从行星运动所取得的资料中总结出来的规律．开普勒定律只涉及运动学、几何学方面的内容。
（3）由于行星的椭圆轨道都跟圆近似，在近似计算中，可以认为，行星都以太阳为圆心做匀速圆周运动．在这种情况下，若用。
代表轨道半径，T代表公转周期，开普勒第三定律可以用下面的公式表示
（4）开普勒关于行星运动的确切描述，不仅使人们在解决行星的运动学问题上有了依据，更澄清了人们对天体运动神秘、模糊的认识，同时也推动了对天体动力学问题的研究．
[课堂探究l
师：
引导学生深入探究：
1．播放行星绕椭圆轨道运动的课件，使学生对行星的运动有一个简单的感性认识．
2．出示九大行星轨道挂图，使学生对多数行星的轨道与圆十分接近有一个感性认识．
[讨论与交流]
师：
实际上，多数行星的轨道与圆十分接近，所以在中学阶段的研究中能够按圆处理．开普勒三定律适用于圆轨道时，应该怎样表述呢?
生：
行星的圆轨道的半径的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等．
[课堂训练]
1．下列说法正确的是…………………………（）
A．地球是宇宙的中心，太阳、月亮及其他行星都绕地球运动
B.太阳是宇宙的中心，所有天体都绕太阳运动
C.太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动
D．“地心说”和哥白尼提出的“日心说”现在看来都是不正确的
2．已知木垦绕太阳公转的周期是地球绕太阳公转周期的12倍．则木星绕太阳公转轨道的
半长轴为地球公转轨道半长轴的————倍．
参考答案
．1．答案：
D
分析；“地心说”是错误的，所以A不正确．太阳系在银河系中运动，银河系也在运动，所以，B、C不正确，D正确．
2．答案：
5．24
[小结]
本节学习的是开苦勒行星运动的三定律，其中第一定律反映了行星运动的轨迹是椭圆，第二定律描述了行星在近日点的速率最小，在远日点的速率最大，第三定律揭示了轨道半长轴与公转周期的定量关系．在近似计算中可以认为行星都以太阳为圆心做匀速圆周运动．
学生活动
作业
[布置作业]
教材第66页“问题与练习”1，2，3，4．
板书设计
1．地心说和日心说
2．第一定律：
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．
3．第二定律：
对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等时间内扫过相等的面积．
4．开普勒第三定律：
3．所有行星的椭圆轨道的半长轴的三次方跟公转周期的平方的比值都相等．
教学后记
2019-2020年高中物理第一节行星的运动-3教案新人教版必修2
【教学目标】：
（一）知识目标：
了解“地心说”和“日心说”的内容
理解开普勒三大定律的内容及其简单应用
（二）能力目标：
在由地心说日心说，再到开普勒定律的探究过程中学习提出问题、猜想与假设等方法
（三）德育目标：
通过学习人类对行星运动规律的探究过程，使学生体会物理学对社会发展的重大作用，激发学生学习物理的广泛兴趣.
【教学重点】：
理解开普勒行星定律的内容
【教学难点】：
开普勒第三定律
【教学方法】：
对半讲练法、类比法
【教学用具】：
挂图
【教学过程】：
（一）引入：
在浩瀚的宇宙中有着无数大小不一、形态各异的天体，如月亮、地球、太阳、夜空中的星星……日出日落，斗专星移，各种天体都在不停地运动，我们知道：
月亮绕着地球转，地球绕着太阳转，地球在公转的同时还在自转，天体的运动遵循着什么样的规律？
关于不同星体的运动，有地心说和日心说，我们知道地心说是错误的，那么日心说是否就完美无缺呢？
行星是否在做完美的匀速圆周运动呢？
“坐地日行八万里，巡天遥看一千河”。
由这些无数天体组成的广衰无垠的宇宙始终是人们渴望了解、不断探索的领域．
（二）新课教学：
一托勒密地心说→哥白尼日心说
学生阅读课本，和学生一起感受人类认识天体运行规律的历程，
讲授：
（1）说到日心说和地心说，你会立刻反映到哥白尼等，实际上在古代，人们对于天体的运动就存在着地心说和日心说两种对立的看法．地心说认为地球是宇宙的中心，是静止不动的，太阳、月亮以及其他行星都绕地球运动；日心说则相反，认为太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动．
（2）公元二世纪的希腊天文学家托勒密使地心说发展和完善起来，由于地心说比较符合人们的日常经验（太阳从东边升起，在西边落下，好像太阳绕地球运动），同时也符合天主教的思想：
地球是宇宙中心，宇宙万物都是上帝创造的，所以地心说得到了教会的支持，统治了人们一千年之久．但是随着生产的发展，人们对天体运动的不断研究，天文资料越来越丰富，人们发现托勒密的地心说的理论与实际观测的资料并不一致，仍然不能解释某些问题，地心说所描述的天体的运动不仅复杂而且问题很多．
（3）十六世纪波兰天文学家哥白尼，经过四十年的观测与研究，在古代日心说的启发下，重新提出了日心说：
太阳是宇宙的中心，地球和其它行星都围绕着太阳转动。
日心说反映了行星运动的情况，但是日心说不符合教会的主张，教会禁止传播哥白尼的日心说，并且残酷迫害接受日心说的人，例如：
用火烧死了坚持日心说的意大利人布鲁诺，伽利略也因为宣传日心说受到了教会的审讯和监禁。
无论地心说也好，日心说也好，古人把天体的运动看得都很神圣．认为大体的运动必然是最完美、和谐的匀速圆周运动。
例1下列说法正确的是：
（）
A、地球是宇宙的中心，太阳、月亮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运动
C、地球是绕太阳运动的一颗行星
D、日心说和地心说都是正确的
解析：
地球和太阳都不是宇宙的中心，地球绕太阳公转，是太阳系的一颗行星，C是正确的；地心说是错误的，日心说也不正确，太阳只是浩瀚宇宙中的一颗恒星。
规律总结：
与地心说相比较，日心说在天文学上的应用更广泛、更合理些，它们都没有认识到天体运动遵循的规律与地面上物体运动的规律是相同的，但都是人类对宇宙的积极的探索性的认识。
二丹麦天文学家第谷→开普勒三定律
（学生阅读课本，了解开普勒定律的发现过程，并标记开普勒三大定律的内容，教师讲解并得出开普勒定律）
丹麦天文学家第谷认为，要认识行星运动的规律，需要积累高度精确的观测资料，他连续二十年，对行星的位置进行了精确的测量，但是没有得到结果，但是他积累大量的观测数据。
在第谷去世后，他的助手德国天文学家开普勒（1571－1630）在最初研究他的导师—第谷所记录的数据时，也是以行星绕太阳做匀速圆周运动的模型来思考问题的，但是所得结果却与第谷的观测数据至少有8/的角度误差．当时公认的第谷的观测误差不超过2/，开普勒想，这不容忽视的8/也许是因为人们认为行星绕太阳做匀速圆周运动所造成的．至此，人们长期以来视为真理的观念——天体做匀速圆周运动，第一次受到了怀疑．后来开普勒又仔细研究了第谷的观测资料，经过四年多的刻苦计算，先后否定了19种设想，最后终于发现：
板书：
开普勒第一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。
解释：
这是（重点和易忽略点）开普勒地一定律（也叫轨道定律）说明了各行星运动轨道的形状并不是地心说和日心说中提到的圆，而是椭圆，是开普勒根据第谷观察火星所得数据加以演算得到的，各行星轨道是椭圆形状也不尽相同，即半长轴是不同的，但这些椭圆却有个共同的焦点，太阳正好在这个公共焦点上
预备知识：
椭圆的中心，焦点，半长轴，半短轴等。
强调：
椭圆太阳并不是位于中心，而是焦点
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、行星运动的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
D日心说的观点是正确的
解析：
对于行星的运动不能等同于匀速圆周运动。
行星从近日点到远日点时，行星的运动方向与它和太阳连线的夹角大于900的，当行星从远日点向近日点运动时，行星的运动方向与它和太阳连线的夹角小于900的，故A、B正确
规律总结：
行星运动的轨迹是椭圆，是曲线运动，行星的运动也同样符合运动和力的关系，仍然可以运用动力学和曲线运动的知识对行星运动进行分析。
此处易被忽略。
板书：
开普勒第二定律对于每一个行星而言，太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积。
解释：
这是重点，开普勒第二定律（也叫面积定律），说明每一行星的矢径（太阳和行星的连线）经过相等的时间扫过的面积相等，显然行星运动的线速度大小在轨道上各点是不相同的。
行星在轨道上离太阳最近的地方叫近日点，它经过该点时速度最大；在轨道上离太阳最远的地方叫远日点，行星经过该点时速度最小（近日点和远日点分别在轨道椭圆长轴的两端）利用开普勒第二定律可以定性地解释行星在轨道上运动的快慢和一些天文现象。
（近日点速度大，远日点速度小）
例3地球绕太阳运动的轨道是一椭圆，当地球从近日点到远日点运动时，地球运动的速度大小（地球运动中受到太阳的引力方向在地球与太阳的连线上，并且可以认为这时地球只受到太阳的引力）（）
A、不断增大B逐渐减小C大小不变D没有具体数值无法计算
解析：
本题中虽然没有具体数值，但我们可以知道地球从近日点到远日点运动时，所受到的引力的方向与运动方向的夹角大于900，因而这个力产生两个作用效果：
一个作用使地球的运动方向改变，另一个使地球速度的大小发生改变，即把太阳对地球的引力分成两个，一个垂直于地球运动方向，此力改变地球运动的方向，另一个力与地球运动方向共线，在地球从近日点到远日点运动时，此力与地球运动的方向相反，引力做负功，地球的速度减小，B正确
点拨：
本节知识与曲线运动功和能的关系密切联系，需多加练习。
板书：
开普勒第三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。
讲授：
开普勒第三定律（也叫周期定律）是说所有行星的轨道的半长轴的三次方与公转周期的二次方的比值相等，若用R代表椭圆轨道的半长轴，T代表公转周期，由上面的叙述可知R3/T2＝k比值k是一个与行星无关的常量．
注释：
对于此公式，常用来讨论一些天体的运动周期和半长轴的关系，是常考点，需引起重视。
开普勒定律不仅适用行星绕太阳运动，也适用卫星绕地球转动，只不过R3/T2＝k中K的值是不同的，做题过程中必须注意。
开普勒关于行星运动的确切描述不仅使人们在解决行星的运动学问题上有了依据，更澄清了人们多年来对天体运动神秘、模糊的认识，同时也推动了对天体动力学问题的研究．
多数行星的轨道与圆十分接近，所以中学阶段的研究通常把行星的轨道按圆周处理。
对于此近似处理，只是为了计算、研究方便，不能由此说行星是在做匀速圆周运动，此处是理解这个问题最易出错的地方。
例4、根据地理知识，结合开普勒定律，判断水星和火星的公转周期，哪一个更长些？
解析：
由开普勒第三定律可以知道R3/T2＝k，k是一个与行星无关的常量，因而哪个行星离太阳近，哪个行星的周期就短，由地理知识可以知道，水星是八大行星中离太阳最近的，因而水星是八大行星中公转周期最短的，所以火星的公转周期比水星更长一些
点拨：
本章的知识与天文学知识联系较多，与地理知识也有很多的联系，因此在学习过程中，多查找相关资料，提高解题的准确性。
三加深理解
（学生巩固并加深理解）：
一、研究天体运行时，太阳系中的八大行星及卫星运动的椭圆轨道的两个焦点相距很近，因此行星的椭圆轨道都很接近圆．在要求不太高时，通常可以认为行星以太阳为圆心做匀速圆周运动．这样做使处理问题的方法大为简化，而得到的结果与行星的实际运行情况相差并不很大．
1、在上述情况下，的表达式中a就是圆的半径R，利用的结论解决某些问题很方便。
二、
在太阳系中，比例系数K是一个与行星无关的常量，但不是恒量，在不同的星系中，K值不相同。
该定律不仅适用于行星，也适用于其它天体。
如对绕地球飞行的卫星来说，它们的k值相同与卫星无关。
（四）巩固练习例
1冥王星离太阳的距离是地球离太阳距离的39.6倍，那么冥王星绕太阳的公转周期是多少？
（冥王星和地球绕太阳公转的轨道可视为圆形轨道）
分析：
地球和冥王星都绕太阳公转，地球和冥王星绕太阳公转的运动遵循开普勒定律。
已知地球绕太阳公转的周期为一年，可利用开普勒第三定律求解冥王星的公转周期。
解：
设冥王星的公转周期为，轨道半径为，地球的公转周期为，轨道半径为
根据开普勒第三定律有,
因为=365╳24h,所以=╳365╳24=
总结反思：
利用开普勒第三定律，将太阳的行星和地球绕太阳公转的半径联系起来，利用开普勒第三定律求解。
1、（xx广东综合，35）据报道，美国计划2021年开始每年送15000名游客上太空旅游，如图所示，当航天器围绕地球做椭圆轨道运行时，近地点的速率大于（填大于\小于或等于）远地点的速率.
（四）小结：
一、了解从地心说到日心说人类认知宇宙的历程
二、重点掌握开普勒三定律及其简单应用
开普勒第一定律：
所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的焦点上。
开普勒第二定律：
行星与太阳的连线在相同的时间内扫过的面积相等。
开普勒第三定律：
所有行星轨道半长轴的三次方跟公转周期平方的比值都相等，即
（五）作业：
阅读课文深入了解天体的运动规律
完成P66练习题
（六）板书设计：
行星的运动
一、托勒密地心说→哥白尼日心说
二、开普勒三定律及其简单应用
开普勒第一定律：
所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的焦点上。
开普勒第二定律：
行星与太阳的连线在相同的时间内扫过的面积相等。
开普勒第三定律：
所有行星轨道半长轴的三次方跟公转周期平方的比值都相等，即
三开普勒定律的理解
（1）各行星在不同的椭圆轨道上，但所有椭圆，轨道的焦点重合，太阳位于重合的焦点上。
（2）在开普勒第三定律中R3/T2＝k
每个行星各自轨道半径的三次方与各自周期的平方的比值都相同。
比值k是一个与行星无关的常量．
随堂练习
1某人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径为月球绕地球运转半径的1/3，则此卫星的运转周期大约为几天
A1-4天B4-8天C8-16天D大于16天
答案：
由可知，T=10天左右。
故C正确
2.（xx上海，3）火星有两颗卫星，分别是火卫一和火卫二，它们的轨道近似为圆。
已知火卫一的周期为7小时39分，火卫二的周期为30小时18分，则两颗卫星相比
A火卫一距火星表面较近
B火卫二的角速度较大
C火卫一的运动速度较大
D火卫二的向心加速度较大
解析：
AD由开普勒第三定律得：
周期越小，半径越小，火卫一距火星表面较近；距离越近运动速度较大，角速度较小，向心加速度较大
3、关于行星的运动，下列说法正确的是
A.行星轨道的半长轴越长，自转周期就越大
B.行星轨道的半长轴越长，公转周期就越大
C.水星离太阳最近，公转周期越大
D.冥王星离太阳最远，绕太阳运动的公转周期越长
答案、BD由可知，R越大，T越大，故B、D正确，C错误。
式中的T是公转周期，而非自转周期，故A错误。
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