高中物理第六章萬有引力與航天6.1行星的運(yùn)動(dòng)教案新人教版必修2(I)

1、6.1行星的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目?jī)?nèi)容課題6.1行星的運(yùn)動(dòng)修改與創(chuàng)新教學(xué)目標(biāo)1、知識(shí)與技能（1）知道地心說和日心說的基本內(nèi)容；（2）知道所有行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓，太陽處在橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上；（3）知道所有行星的軌道的半長(zhǎng)軸的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等，且這個(gè)比值與行星的質(zhì)量無關(guān)，但與太陽的質(zhì)量有關(guān)；（4）理解人們對(duì)行星運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)過程是漫長(zhǎng)復(fù)雜的，真理是來之不易的。2、過程與方法：過托勒密、哥白尼、第谷布拉赫、開普勒等幾位科學(xué)家對(duì)行星運(yùn)動(dòng)的不同認(rèn)識(shí)，了解人類認(rèn)識(shí)事物本質(zhì)的曲折性并加深對(duì)行星運(yùn)動(dòng)的理解。3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀（1）澄清對(duì)天體運(yùn)動(dòng)裨秘、模糊的認(rèn)識(shí)，掌握人類認(rèn)識(shí)自然規(guī)律的科學(xué)方法

2、。（2）感悟科學(xué)是人類進(jìn)步不竭的動(dòng)力。教學(xué)重、難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：理解和掌握開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律，認(rèn)識(shí)行星的運(yùn)動(dòng)。學(xué)好本節(jié)有利于對(duì)宇宙中行星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)，掌握人類認(rèn)識(shí)自然規(guī)律的科學(xué)方法，并有利于對(duì)人造衛(wèi)星的學(xué)習(xí)。教學(xué)難點(diǎn)：對(duì)開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律的理解和應(yīng)用，通過本節(jié)的學(xué)習(xí)可以澄清人們對(duì)天體運(yùn)動(dòng)神秘、模糊的認(rèn)識(shí)。教學(xué)準(zhǔn)備掛圖、多媒體課件教學(xué)過程（一）新課導(dǎo)入多媒體演示：天體運(yùn)動(dòng)的圖片瀏覽。在浩瀚的宇宙中有無數(shù)大小不一、形態(tài)各異的天體，如月亮、地球、太陽、夜空中的星星由這些天體組成的廣袤無限的宇宙始終是我們渴望了解、不斷探索的領(lǐng)域。關(guān)于天體的運(yùn)動(dòng)，歷史上有過不同的看法。中國(guó)古代天文學(xué)觀。我國(guó)古代先民看到

3、北極星常年不動(dòng)，以及北斗七星等拱極星的回轉(zhuǎn)，便以為星空是圓的，就像是一只倒扣著的半球大鍋，覆整在大地上，而北極則是這蓋天的頂，又認(rèn)為地是方的，就像一張圍棋盤，此即“天圓地方”說。東漢時(shí)的天文學(xué)家張衡提出“渾天”說，認(rèn)為天就像一個(gè)大雞蛋，地球就是其中的蛋黃。中國(guó)古代通常將歷法和天文聯(lián)系在一起。歷法注重天體運(yùn)行的長(zhǎng)時(shí)間段的重復(fù)周期，而不注重天體在三維空間中的運(yùn)行情況，與古希臘人和中世紀(jì)的歐洲人不同，中國(guó)歷法家很少關(guān)心宇宙結(jié)構(gòu)方面的討論。在漢朝的大部分時(shí)期，人們滿足于這樣的假設(shè)：有人居住的世界是一小塊中心區(qū)域，靠近平面大地中央，這個(gè)平面大地是一個(gè)繞著傾斜的軸旋轉(zhuǎn)的天球的直徑面，天體在該天球的內(nèi)面移動(dòng)

4、，但它們靠何種機(jī)制來進(jìn)行這種運(yùn)動(dòng)則沒有討論。中國(guó)古代有豐富的天文記錄。公元前第二個(gè)千年的后期，甲骨文中已記載了新星現(xiàn)象，從約公元苗200年開始，在官方文件中已有關(guān)于新星的連年記載，還有流星雨、彗星、日食、太陽黑子以及異乎尋常的云、板光之類的記載，或?qū)傩堑母櫽^測(cè)的記錄。這些現(xiàn)象的觀測(cè)者都使用了制作精良的大型渾天儀和其他刻度儀器，所觀測(cè)的天體位置，其精確程度毫不遜色于歐洲在第谷之前的觀測(cè)。在廣袤無垠的宇宙中有著無數(shù)大小不一、形態(tài)各異的天體，如太陽、月亮、夜空中閃爍的星星吸引了人們的注意，智麓的頭腦開始探索天體運(yùn)動(dòng)的奧秘，它們的運(yùn)動(dòng)是靠神的支配，還是物理規(guī)律的約束？經(jīng)過不懈的努力，科學(xué)家們對(duì)它已

5、有初步的了解，這一節(jié)讓我們循著前人的足跡學(xué)習(xí)行星運(yùn)動(dòng)的情況。（二）新課教學(xué)1、“地心說”和“日心說”之爭(zhēng)討論與交流（1）古人對(duì)天體運(yùn)動(dòng)存在哪些看法？（“地心說”和“日心說”）（2）什么是“地心說”？什么是“日心說”？（”地心說”認(rèn)為地球是宇宙的中心，是靜止不動(dòng)的，大陽、月亮以及其他行星都繞地球運(yùn)動(dòng)， “日心說”則認(rèn)為太陽是靜止不動(dòng)的，地球和其他行星都繞太陽運(yùn)動(dòng)?！暗匦恼f的代表人物：托勒密(古希臘)“地心說符合人們的直接經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也符合勢(shì)力強(qiáng)大的宗教神學(xué)關(guān)于地球是宇宙中心的認(rèn)識(shí)，故地心說一度占據(jù)了統(tǒng)治地位。）“日心說”戰(zhàn)勝了“地心說”，最終被接受。討論與交流“日心說”戰(zhàn)勝了“地心說”，最終真理戰(zhàn)

6、勝了謬誤，請(qǐng)同學(xué)們閱讀第64頁人類對(duì)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)，中托勒密：地心宇宙，哥白尼：攔住了太陽，推動(dòng)了地球。交流討論，找出“地心說”遭遇的尷尬和“日心說的成功之處？（地心說所描述的天體的運(yùn)動(dòng)不僅復(fù)雜而且問題很多，如果把地球從天體運(yùn)動(dòng)的中心位置移到一個(gè)普通的、繞太陽運(yùn)動(dòng)的位置，換一個(gè)角度來考慮天體的運(yùn)動(dòng)，許多問題都可以解決，行星運(yùn)動(dòng)的描述也變得筒單了。）“日心說”代表人物：哥白尼，“日心說”能更完美地解釋天體的運(yùn)動(dòng)。2、開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律做一做：用圖釘和細(xì)繩畫橢圓，可以用一條細(xì)繩和兩圖釘來畫橢圓，如圖7.1l所示，把白紙鎬在木板上，然后按上圖釘，把細(xì)繩的兩端系在圖釘上，用一枝鉛筆緊貼著細(xì)繩滑動(dòng)，

7、使繩始終保持張緊狀態(tài)，鉛筆在紙上畫出的軌跡就是橢圓，圖釘在紙上留下的痕跡叫做橢圓的焦點(diǎn)。想一想：橢圓上某點(diǎn)到兩個(gè)焦點(diǎn)的距離之和與橢圓上另一點(diǎn)到兩個(gè)焦點(diǎn)的距寓之和有什么關(guān)系？課堂訓(xùn)練：分四小組進(jìn)行，閱讀教材第二段到最后，并閱讀第64頁人類對(duì)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí))中第谷：天才觀察家，開普勒：真理超出期望，投影展示以下問題： （1）古人認(rèn)為天體做什么運(yùn)動(dòng)？（古人把天體的運(yùn)動(dòng)看得十分神圣，他們認(rèn)為天體的運(yùn)動(dòng)不同于地面物體的運(yùn)動(dòng)，天體做的是最完美、最和諧的勻逮圓周運(yùn)動(dòng)。）（2）開普勒認(rèn)為行星做什么樣的運(yùn)動(dòng)？他是怎樣得出這一結(jié)論的？（開普勒認(rèn)為行星做橢圓運(yùn)動(dòng)，他發(fā)現(xiàn)假設(shè)行星傲勻逮圓周運(yùn)動(dòng)，計(jì)算所得的數(shù)據(jù)與觀

8、測(cè)數(shù)據(jù)不符，只有認(rèn)為行星做橢圓運(yùn)動(dòng)，才能解釋這一差別。）（3）開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律哪幾個(gè)方面描述了行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的規(guī)律？具體表述是什么？（開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律從行星運(yùn)動(dòng)軌道，行墨運(yùn)動(dòng)的線速度變化，軌道與周期的關(guān)系三個(gè)方面揭示了行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律）具體表述為： 第一定律：所有行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓，太陽處在橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。這一定律說明了行星運(yùn)動(dòng)軌跡的形狀，不同的行星繞大陽運(yùn)行時(shí)橢圓軌道相同嗎？（不同）第二定律：對(duì)任意一個(gè)行星來說，它與太陽的連線在相等時(shí)間內(nèi)掃過相等的面積。如圖所示，行星沿著橢圓軌道運(yùn)行，太陽位于橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上，如果時(shí)間間隔相等，即t2t1=t4t3，那么面積A=面積B。由此可見

9、，行星在遠(yuǎn)日點(diǎn)a的速率最小，在近日點(diǎn)b的速率最大。 第三定律：所有行星的橢圓軌道的半長(zhǎng)軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的平方的比值都相等。由于行星的橢圓軌道都跟圓近似，在近似計(jì)算中，可以認(rèn)為行星都以太陽為圓心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，在這種情況下，若用R代表軌道半徑，T代表公轉(zhuǎn)周期，開普勒第三定律可以用下面的公式表示： 比值k是一個(gè)與行星無關(guān)的恒量，只與太陽有關(guān)。k水=3.361018K金=3.351018K地=3.311018K火=3.361018給出太陽系九大行星平均軌道半徑和周期的數(shù)值，供學(xué)生課后驗(yàn)證。這一定律發(fā)現(xiàn)了所有行星的軌道的半長(zhǎng)軸與公轉(zhuǎn)周期之間的定量關(guān)系，但是比值k是一個(gè)與行星無關(guān)的常量，那么你能猜想

10、出它可能跟誰有關(guān)嗎？提示：根據(jù)開普勒第三定律知：所有行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的半長(zhǎng)軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期二次方的比值是一個(gè)常數(shù)k，可以猜想，這個(gè)“k”一定與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的物體有關(guān)。因?yàn)槌?shù)k對(duì)于所有行星都相同，而各行星是不一樣的，故跟行星無關(guān)，而在運(yùn)動(dòng)系中除了行星就是中心天體太陽，故這一常數(shù)“k一定與中心天體太陽有關(guān)。(通過后面的學(xué)習(xí)將知道k值與太陽質(zhì)量的關(guān)系)說明：（1）開普勘定律不僅適用于行星繞大陽運(yùn)動(dòng)，也適用于衛(wèi)星繞著地球轉(zhuǎn)，不過比例式 k中的k是不同的，與中心天體有關(guān)。（2）開普勒定律是總結(jié)行星運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)察結(jié)果而總結(jié)歸納出來的規(guī)律。它們每一條都是經(jīng)驗(yàn)定律，都是從行星運(yùn)動(dòng)所取得的資料中總結(jié)出來的規(guī)律。開普

11、勒定律只涉及運(yùn)動(dòng)學(xué)、幾何學(xué)方面的內(nèi)容。（3）由于行星的橢圓軌道都跟圓近似，在近似計(jì)算中，可以認(rèn)為，行星都以太陽為圓心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)在這種情況下，若用。代表軌道半徑，T代表公轉(zhuǎn)周期，開普勒第三定律可以用下面的公式表示（4）開普勒關(guān)于行星運(yùn)動(dòng)的確切描述，不僅使人們?cè)诮鉀Q行星的運(yùn)動(dòng)學(xué)問題上有了依據(jù)，更澄清了人們對(duì)天體運(yùn)動(dòng)神秘、模糊的認(rèn)識(shí)，同時(shí)也推動(dòng)了對(duì)天體動(dòng)力學(xué)問題的研究。課堂探究（1）播放行星繞橢圓軌道運(yùn)動(dòng)的課件，使學(xué)生對(duì)行星的運(yùn)動(dòng)有一個(gè)簡(jiǎn)單的感性認(rèn)識(shí)。（2）出示九大行星軌道掛圖，使學(xué)生對(duì)多數(shù)行星的軌道與圓十分接近有一個(gè)感性認(rèn)識(shí)。討論與交流：實(shí)際上，多數(shù)行星的軌道與圓十分接近，所以在中學(xué)階段的研究

12、中能夠按圓處理，開普勒三定律適用于圓軌道時(shí)，應(yīng)該怎樣表述呢？（行星的圓軌道的半徑的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等）課堂訓(xùn)練（1）下列說法正確的是( )A.地球是宇宙的中心，太陽、月亮及其他行星都繞地球運(yùn)動(dòng)B.太陽是宇宙的中心，所有天體都繞太陽運(yùn)動(dòng)C.太陽是靜止不動(dòng)的，地球和其他行星都繞太陽運(yùn)動(dòng)D.“地心說”和哥白尼提出的“日心說”現(xiàn)在看來都是不正確的（2）已知木墾繞太陽公轉(zhuǎn)的周期是地球繞太陽公轉(zhuǎn)周期的12倍則木星繞太陽公轉(zhuǎn)軌道的半長(zhǎng)軸為地球公轉(zhuǎn)軌道半長(zhǎng)軸的（）倍。參考答案：1答案：D 分析；“地心說”是錯(cuò)誤的，所以A不正確太陽系在銀河系中運(yùn)動(dòng)，銀河系也在運(yùn)動(dòng)，所以，B、C不正確，D正確。 2答案：524小結(jié)：本節(jié)學(xué)習(xí)的是開苦勒行星運(yùn)動(dòng)的三定律，其中第一定律反映了行星運(yùn)動(dòng)的軌跡是橢圓，第二定律描述了行星在近日點(diǎn)的速率最小，在遠(yuǎn)日點(diǎn)的速率最大，第三定律揭示了軌道半長(zhǎng)軸與公轉(zhuǎn)周期的定量關(guān)系。在近似計(jì)算中可以認(rèn)為行星都以太陽為圓心做勻速圓周運(yùn)