【優(yōu)教通-備課參考】2020年高中物理教學(xué)設(shè)計(jì)：6.2《行星的運(yùn)動(dòng)》5(人教版必修2)

第1節(jié)行星的運(yùn)動(dòng)新課教學(xué)一托勒密地心說(shuō)→哥白尼日心說(shuō)同學(xué)閱讀課本，和同學(xué)一起感受人類生疏天體運(yùn)行規(guī)律的歷程，講授：（1）說(shuō)到日心說(shuō)和地心說(shuō)，你會(huì)馬上反映到哥白尼等，實(shí)際上在古代，人們對(duì)于天體的運(yùn)動(dòng)就存在著地心說(shuō)和日心說(shuō)兩種對(duì)立的看法．地心說(shuō)認(rèn)為地球是宇宙的中心，是靜止不動(dòng)的，太陽(yáng)、月亮以及其他行星都繞地球運(yùn)動(dòng)；日心說(shuō)則相反，認(rèn)為太陽(yáng)是靜止不動(dòng)的，地球和其他行星都繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)．（2）公元二世紀(jì)的希臘天文學(xué)家托勒密使地心說(shuō)進(jìn)展和完善起來(lái)，由于地心說(shuō)比較符合人們的日常閱歷（太陽(yáng)從東邊升起，在西邊落下，好像太陽(yáng)繞地球運(yùn)動(dòng)），同時(shí)也符合天主教的思想：地球是宇宙中心，宇宙萬(wàn)物都是上帝制造的，所以地心說(shuō)得到了教會(huì)的支持，統(tǒng)治了人們一千年之久．但是隨著生產(chǎn)的進(jìn)展，人們對(duì)天體運(yùn)動(dòng)的不斷爭(zhēng)辯，天文資料越來(lái)越豐富，人們發(fā)覺(jué)托勒密的地心說(shuō)的理論與實(shí)際觀測(cè)的資料并不全都，照舊不能解釋某些問(wèn)題，地心說(shuō)所描述的天體的運(yùn)動(dòng)不僅簡(jiǎn)潔而且問(wèn)題很多．（3）十六世紀(jì)波蘭天文學(xué)家哥白尼，經(jīng)過(guò)四十年的觀測(cè)與爭(zhēng)辯，在古代日心說(shuō)的啟發(fā)下，重新提出了日心說(shuō)：太陽(yáng)是宇宙的中心，地球和其它行星都圍圍著太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)。日心說(shuō)反映了行星運(yùn)動(dòng)的狀況，但是日心說(shuō)不符合教會(huì)的主見(jiàn)，教會(huì)禁止傳播哥白尼的日心說(shuō)，并且殘酷迫害接受日心說(shuō)的人，例如：用火燒死了堅(jiān)持日心說(shuō)的意大利人布魯諾，伽利略也由于宣揚(yáng)日心說(shuō)受到了教會(huì)的審訊和監(jiān)禁。無(wú)論地心說(shuō)也好，日心說(shuō)也好，古人把天體的運(yùn)動(dòng)看得都很神圣．認(rèn)為大體的運(yùn)動(dòng)必定是最完善、和諧的勻速圓周運(yùn)動(dòng)。例1下列說(shuō)法正確的是：（）A、地球是宇宙的中心，太陽(yáng)、月亮及其他行星都繞地球運(yùn)動(dòng)B、太陽(yáng)是靜止不動(dòng)的，地球和其他行星都繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)C、地球是繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的一顆行星D、日心說(shuō)和地心說(shuō)都是正確的解析：地球和太陽(yáng)都不是宇宙的中心，地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)，是太陽(yáng)系的一顆行星，C是正確的；地心說(shuō)是錯(cuò)誤的，日心說(shuō)也不正確，太陽(yáng)只是浩瀚宇宙中的一顆恒星。規(guī)律總結(jié)：與地心說(shuō)相比較，日心說(shuō)在天文學(xué)上的應(yīng)用更廣泛、更合理些，它們都沒(méi)有生疏到天體運(yùn)動(dòng)遵循的規(guī)律與地面上物體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律是相同的，但都是人類對(duì)宇宙的樂(lè)觀的探究性的生疏。二丹麥天文學(xué)家第谷→開(kāi)普勒三定律（同學(xué)閱讀課本，了解開(kāi)普勒定律的發(fā)覺(jué)過(guò)程，并標(biāo)記開(kāi)普勒三大定律的內(nèi)容，老師講解并得出開(kāi)普勒定律）丹麥天文學(xué)家第谷認(rèn)為，要生疏行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，需要積累高度精確的觀測(cè)資料，他連續(xù)二十年，對(duì)行星的位置進(jìn)行了精確的測(cè)量，但是沒(méi)有得到結(jié)果，但是他積累大量的觀測(cè)數(shù)據(jù)。在第谷去世后，他的助手德國(guó)天文學(xué)家開(kāi)普勒（1571－1630）在最初爭(zhēng)辯他的導(dǎo)師—第谷所記錄的數(shù)據(jù)時(shí)，也是以行星繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的模型來(lái)思考問(wèn)題的，但是所得結(jié)果卻與第谷的觀測(cè)數(shù)據(jù)至少有8/的角度誤差．當(dāng)時(shí)公認(rèn)的第谷的觀測(cè)誤差不超過(guò)2/，開(kāi)普勒想，這不容忽視的8/或許是由于人們認(rèn)為行星繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所造成的．至此，人們長(zhǎng)期以來(lái)視為真理的觀念——天體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，第一次受到了懷疑．后來(lái)開(kāi)普勒又認(rèn)真爭(zhēng)辯了第谷的觀測(cè)資料，經(jīng)過(guò)四年多的刻苦計(jì)算，先后否定了19種設(shè)想，最終最終發(fā)覺(jué)：板書(shū)：開(kāi)普勒第確定律全部的行星圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓，太陽(yáng)處在全部橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。解釋：這是（重點(diǎn)和易忽視點(diǎn)）開(kāi)普勒地確定律（也叫軌道定律）說(shuō)明白各行星運(yùn)動(dòng)軌道的外形并不是地心說(shuō)和日心說(shuō)中提到的圓，而是橢圓，是開(kāi)普勒依據(jù)第谷觀看火星所得數(shù)據(jù)加以演算得到的，各行星軌道是橢圓外形也不盡相同，即半長(zhǎng)軸是不同的，但這些橢圓卻有個(gè)共同的焦點(diǎn)，太陽(yáng)正好在這個(gè)公共焦點(diǎn)上預(yù)備學(xué)問(wèn)：橢圓的中心，焦點(diǎn)，半長(zhǎng)軸，半短軸等。強(qiáng)調(diào)：橢圓太陽(yáng)并不是位于中心，而是焦點(diǎn)例2下列說(shuō)法正確的是（）A、太陽(yáng)系中的八大行星有一個(gè)共同的軌道焦點(diǎn)B、行星運(yùn)動(dòng)的方向總是沿著軌道的切線方向C、行星的運(yùn)動(dòng)方向總是與它和太陽(yáng)的連線垂直D日心說(shuō)的觀點(diǎn)是正確的解析：對(duì)于行星的運(yùn)動(dòng)不能等同于勻速圓周運(yùn)動(dòng)。行星從近日點(diǎn)到遠(yuǎn)日點(diǎn)時(shí)，行星的運(yùn)動(dòng)方向與它和太陽(yáng)連線的夾角大于900的，當(dāng)行星從遠(yuǎn)日點(diǎn)向近日點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，行星的運(yùn)動(dòng)方向與它和太陽(yáng)連線的夾角小于900的，故A、B正確規(guī)律總結(jié)：行星運(yùn)動(dòng)的軌跡是橢圓，是曲線運(yùn)動(dòng)，行星的運(yùn)動(dòng)也同樣符合運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系，照舊可以運(yùn)用動(dòng)力學(xué)和曲線運(yùn)動(dòng)的學(xué)問(wèn)對(duì)行星運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析。此處易被忽視。板書(shū)：開(kāi)普勒其次定律對(duì)于每一個(gè)行星而言，太陽(yáng)和行星的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過(guò)相等的面積。tttV小V大大解釋：這是重點(diǎn)，開(kāi)普勒其次定律（也叫面積定律），說(shuō)明每一行星的矢徑（太陽(yáng)和行星的連線）經(jīng)過(guò)相等的時(shí)間掃過(guò)的面積相等，明顯行星運(yùn)動(dòng)的線速度大小在軌道上各點(diǎn)是不相同的。行星在軌道上離太陽(yáng)最近的地方叫近日點(diǎn)，它經(jīng)過(guò)該點(diǎn)時(shí)速度最大；在軌道上離太陽(yáng)最遠(yuǎn)的地方叫遠(yuǎn)日點(diǎn)，行星經(jīng)過(guò)該點(diǎn)時(shí)速度最?。ń拯c(diǎn)和遠(yuǎn)日點(diǎn)分別在軌道橢圓長(zhǎng)軸的兩端）利用開(kāi)普勒其次定律可以定性地解釋行星在軌道上運(yùn)動(dòng)的快慢和一些天文現(xiàn)象。（近日點(diǎn)速度大，遠(yuǎn)日點(diǎn)速度小）例3地球繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道是一橢圓，當(dāng)?shù)厍驈慕拯c(diǎn)到遠(yuǎn)日點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，地球運(yùn)動(dòng)的速度大?。ǖ厍蜻\(yùn)動(dòng)中受到太陽(yáng)的引力方向在地球與太陽(yáng)的連線上，并且可以認(rèn)為這時(shí)地球只受到太陽(yáng)的引力）（）不斷增大B漸漸減小C大小不變D沒(méi)有具體數(shù)值無(wú)法計(jì)算解析：本題中雖然沒(méi)有具體數(shù)值，但我們可以知道地球從近日點(diǎn)到遠(yuǎn)日點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，所受到的引力的方向與運(yùn)動(dòng)方向的夾角大于900，因而這個(gè)力產(chǎn)生兩個(gè)作用效果：一個(gè)作用使地球的運(yùn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)變，另一個(gè)使地球速度的大小發(fā)生轉(zhuǎn)變，即把太陽(yáng)對(duì)地球的引力分成兩個(gè)，一個(gè)垂直于地球運(yùn)動(dòng)方向，此力轉(zhuǎn)變地球運(yùn)動(dòng)的方向，另一個(gè)力與地球運(yùn)動(dòng)方向共線，在地球從近日點(diǎn)到遠(yuǎn)日點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，此力與地球運(yùn)動(dòng)的方向相反，引力做負(fù)功，地球的速度減小，B正確點(diǎn)撥：本節(jié)學(xué)問(wèn)與曲線運(yùn)動(dòng)功和能的關(guān)系親熱聯(lián)系，需多加練習(xí)。板書(shū)：開(kāi)普勒第三定律全部行星的軌道的半長(zhǎng)軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等。講授：開(kāi)普勒第三定律（也叫周期定律）是說(shuō)全部行星的軌道的半長(zhǎng)軸的三次方與公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值相等，若用R代表橢圓軌道的半長(zhǎng)軸，T代表公轉(zhuǎn)周期，由上面的敘述可知R3/T2＝k比值k是一個(gè)與行星無(wú)關(guān)的常量．注釋：對(duì)于此公式，常用來(lái)爭(zhēng)辯一些天體的運(yùn)動(dòng)周期和半長(zhǎng)軸的關(guān)系，是?？键c(diǎn)，需引起重視。開(kāi)普勒定律不僅適用行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)，也適用衛(wèi)星繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)，只不過(guò)R3/T2＝k中K的值是不同的，做題過(guò)程中必需留意。開(kāi)普勒關(guān)于行星運(yùn)動(dòng)的精確描述不僅使人們?cè)诮鉀Q行星的運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題上有了依據(jù)，更澄清了人們多年來(lái)對(duì)天體運(yùn)動(dòng)奇怪、模糊的生疏，同時(shí)也推動(dòng)了對(duì)天體動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的爭(zhēng)辯．多數(shù)行星的軌道與圓格外接近，所以中學(xué)階段的爭(zhēng)辯通常把行星的軌道按圓周處理。對(duì)于此近似處理，只是為了計(jì)算、爭(zhēng)辯便利，不能由此說(shuō)行星是在做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，此處是理解這個(gè)問(wèn)題最易出錯(cuò)的地方。例4、依據(jù)地理學(xué)問(wèn)，結(jié)合開(kāi)普勒定律，推斷水星和火星的公轉(zhuǎn)周期，哪一個(gè)更長(zhǎng)些？解析：由開(kāi)普勒第三定律可以知道R3/T2＝k，k是一個(gè)與行星無(wú)關(guān)的常量，因而哪個(gè)行星離太陽(yáng)近，哪個(gè)行星的周期就短，由地理學(xué)問(wèn)可以知道，水星是八大行星中離太陽(yáng)最近的，因而水星是八大行星中公轉(zhuǎn)周期最短的，所以火星的公轉(zhuǎn)周期比水星更長(zhǎng)一些點(diǎn)撥：本章的學(xué)問(wèn)與天文學(xué)學(xué)問(wèn)聯(lián)系較多，與地理學(xué)問(wèn)也有很多的聯(lián)系，因此在學(xué)習(xí)過(guò)程中，多查找相關(guān)資料，提高解題的精確性。三加深理解·S·S一、爭(zhēng)辯天體運(yùn)行時(shí)，太陽(yáng)系中的八大行星及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的橢圓軌道的兩個(gè)焦點(diǎn)相距很近，因此行星的橢圓軌道都很接近圓．在要求不太高時(shí)，通常可以認(rèn)為行星以太陽(yáng)為圓心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)．這樣做使處理問(wèn)題的方法大為簡(jiǎn)化，而得到的結(jié)果與行星的實(shí)際運(yùn)行狀況相差并不很大．在上述狀況下，的表達(dá)式中a就是圓的半徑R，利用的結(jié)論解決某些問(wèn)題很便利。二、在太陽(yáng)系中，比例系數(shù)K是一個(gè)與行星無(wú)關(guān)的常量，但不是恒量，在不同的星系中，K值不相同。該定律不僅適用于行星，也適用于其它天體。如對(duì)繞地球飛行的衛(wèi)星來(lái)說(shuō)，它們的k值相同與衛(wèi)星無(wú)關(guān)。(四)鞏固練習(xí)例1冥王星離太陽(yáng)的距離是地球離太陽(yáng)距離的39.6倍，那么冥王星繞太陽(yáng)的公轉(zhuǎn)周期是多少？（冥王星和地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的軌道可視為圓形軌道）分析：地球和冥王星都繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)，地球和冥王星繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)遵循開(kāi)普勒定律。已知地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的周期為一年，可利用開(kāi)普勒第三定律求解冥王星的公轉(zhuǎn)周期。解：設(shè)冥王星的公轉(zhuǎn)周期為，軌道半徑為，地球的公轉(zhuǎn)周期為，軌道半徑為依據(jù)開(kāi)普勒第三定律有,由于=365╳24h,所以=╳365╳24=總結(jié)反思：利用開(kāi)普勒第三定律，將太陽(yáng)的行星和地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的半徑聯(lián)系起來(lái)，利用開(kāi)普勒第三定律求解。1、（2006廣東綜合，35）據(jù)報(bào)道，美國(guó)方案2021年開(kāi)頭每年送15000名游客上太空旅游，如圖所示，當(dāng)航天器圍繞地球做橢圓軌道運(yùn)行時(shí)，近地點(diǎn)的速率大于（填大于\小于或等于）遠(yuǎn)地點(diǎn)的速率.(四)小結(jié)：一、了解從地心說(shuō)到日心說(shuō)人類認(rèn)知宇宙的歷程二、重點(diǎn)把握開(kāi)普勒三定律及其簡(jiǎn)潔應(yīng)用開(kāi)普勒第確定律：全部行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓，太陽(yáng)處在橢圓的焦點(diǎn)上。開(kāi)普勒其次定律：行星與太陽(yáng)的連線在相同的時(shí)間內(nèi)掃過(guò)的面積相等。開(kāi)普勒第三定律：全部行星軌道半長(zhǎng)軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期平方的比值都相等，即(五)作業(yè)：閱讀課文深化了解天體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律完成P36練習(xí)題(六)板書(shū)設(shè)計(jì)：行星的運(yùn)動(dòng)一、托勒密地心說(shuō)→哥白尼日心說(shuō)二、開(kāi)普勒三定律及其簡(jiǎn)潔應(yīng)用開(kāi)普勒第確定律：全部行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓，太陽(yáng)處在橢圓的焦點(diǎn)上。開(kāi)普勒其次定律：行星與太陽(yáng)的連線在相同的時(shí)間內(nèi)掃過(guò)的面積相等。開(kāi)普勒第三定律：全部行星軌道半長(zhǎng)軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期平方的比值都相等，即三開(kāi)普勒定律的理解（1）各行星在不同的橢圓軌道上，但全部橢圓，軌道的焦點(diǎn)重合，太陽(yáng)位于重合的焦點(diǎn)上。（2）在開(kāi)普勒第三定律中R3/T2＝k每個(gè)行星各自軌道半徑的三次方與各自周期的平方的比值都相同。比值k是一個(gè)與行星無(wú)關(guān)的常量．隨堂練習(xí)1某人造地球衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其軌道半徑為月球繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)半徑的1/3，則此衛(wèi)星的運(yùn)轉(zhuǎn)周期大約為幾天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正確2.火星有兩顆衛(wèi)星，分別是火衛(wèi)一和火衛(wèi)二，它們的軌道近似為圓。已知火衛(wèi)一的周期為7小時(shí)39分，火衛(wèi)二的周期為30小時(shí)18分，則兩顆衛(wèi)星相比A火衛(wèi)一距火星表面較近B火衛(wèi)二的角速度較大C火衛(wèi)一的運(yùn)動(dòng)速度