【同步備課】2020年高中物理教學設(shè)計人教版必修2-6.1-行星的運動

6.1行星的運動★教學目標知道地心說和日心說的基本內(nèi)容。學習開普勒三大定律，能用三大定律解決問題。了解人類對行星的生疏過程是漫長簡單的，真是來之不易的。★教學過程一、引入 師：同學們，在前面的學習中我們爭辯了地面上物體的運動，從今日開頭我們來爭辯天空中的運動：天體運動。 師：自古以來，當人們仰視星空時，天空中壯麗燦爛的現(xiàn)象便吸引了他們的留意。才智的頭腦開頭探究星體運動的奇特。直到二十一世紀的今日，科學迅猛進展，人類最終能夠飛出地球，登上月球。還能飛向萬籟俱寂的茫茫太空，探究更遙遠的星球。但你可知道：人類走到這一步經(jīng)過了多少艱辛曲折？在對行星規(guī)律的生疏過程里人們經(jīng)受了地心說、日心說及到開普勒定律。二、地心說古希臘的天文學家和哲學家通過直接的感性生疏，認為地球是宇宙的中心，是靜止不動的，太陽月亮等各星體都圍繞地球做簡潔的完善的圓周運動。由于地心說符合人們的直接閱歷，如：太陽從東邊升起，從西邊落下；同時也符合強大的宗教神學關(guān)于地球是宇宙中心的生疏，故地心說一度占據(jù)了統(tǒng)治地位。代\o"中國訓(xùn)練出版網(wǎng)\""表人物：亞里士多德最先提出，古希臘的托勒密加以完善的三、日心說隨著世界航海事業(yè)的進展，人們期望借助星星的位置為船隊導(dǎo)航，因而對行星的運動觀測越來越精確.再加上第谷等科學家經(jīng)過長期觀測及記錄的大量的觀測數(shù)據(jù)，用托勒密的“地心說”模型很難得出完善的解答.當時，哥倫布和麥哲倫的探險航行已經(jīng)使不少人信任地球并不是一個平臺，而是一個球體，哥白尼就開頭推想是不是地球每天圍繞自己的軸線旋轉(zhuǎn)一周呢？他假設(shè)地球并不是宇宙的中心，它與其他行星都是圍圍著太陽做勻速圓周運動.這就是“日心說”的模型。日心說認為太陽是宇宙的中心，且太陽是靜止不動的，地球和其它行星都繞太陽做簡潔而完善的圓周運動。代表人物：波蘭科學家哥\o"中國訓(xùn)練出版網(wǎng)\""白尼四、地心說與日心說的碰撞師：兩種學說斗爭的時間很長，雖然地心說占據(jù)統(tǒng)治地位的時間長，但最終日心說戰(zhàn)勝了地心說。 師：“地心說”占統(tǒng)治地位時間較長的緣由是由于它比較符合人們的日常閱歷，如：太陽從東邊升起，從西邊落下；同時它也符合當時在政治上占統(tǒng)治地位的宗教神學觀點. 師：“日心說”所以能夠戰(zhàn)勝“地心說”是由于好多“地心說”不能解析的現(xiàn)象“日心說”則能說明，也就是說，“日心說”比“地心說”更科學、更接近事實.例如：若地球不動，晝夜交替是太陽繞地球運動形成的.那么，每天的狀況就應(yīng)是相同的，而事實上，每天白天的長短不同，冷暖不同.而“日心說”則能說明這種狀況：白晝是地球自轉(zhuǎn)形成的，而四季是地球繞太陽公轉(zhuǎn)形成的。 師：雖然“地心說”符合人們的閱歷，但它還是錯誤的.進而說明“眼見為實”的說法并非確定正確.例如：我們乘車時觀看到樹木在向后運動，而事實上并沒有動(相對于地面). 師：從目前科研結(jié)果和我們所把握的學問來看，“日心說”也并不是確定正確的，由于太陽只是太陽系的一個中心天體，而太陽系只是宇宙中眾多星系之一，所以太陽并不是宇宙的中心，也不是靜止不動的.“日心說”只是與“地心說”相比更精確?????一些罷了。 師：經(jīng)過前面的學習我們對“地心說”和“日心說”有了初步的生疏，事實上從“地心說”向“日心說”的過渡經(jīng)受了漫長的時間，并且科學家們付出了艱苦的奮斗，哥白尼就是其中一位.他在哥倫布和麥哲倫猜想的基礎(chǔ)上，假設(shè)地球并不是宇宙的中心，而和其他天體一樣都是繞太陽做勻速圓周運動的行星，從而使很多問題得以解決，也建立起了“日心說”的基本模型.但他的觀點不符合當時歐\o"中國訓(xùn)練出版網(wǎng)\""洲統(tǒng)治教會的利益，因而受到了教會的迫害.使得這一正確的觀點被推遲一個世紀才被人們接受。前人的這種對問題一絲不茍、孜孜以求的精神值得我們學習，所以我們對待學習要腳踏實地，認認真真，不放過一點疑問。讓同學課后閱讀“科學腳印?????”觀看動畫：日心說示意圖；日地月視頻文件：地球自轉(zhuǎn)與白天黑夜五、開普勒三大定律 師：德國的物理學家開普勒繼承和總結(jié)了他的導(dǎo)師第谷的全部觀測資料及觀測數(shù)據(jù)，也是以行星繞太陽做勻速圓周運動的模型來思考和計算的，由于不管是“地心說”還是“日心說”，都把天體運動看得很神圣，認為天體運動必定是最完善、最和諧的勻速圓周運動。但結(jié)果總是與第谷的觀測數(shù)據(jù)有8′的角度誤差.當時公認的第谷的觀測誤差不超過2′（第谷是一個觀看天才，它通過對780顆左右的恒星持續(xù)觀看，將觀測結(jié)果從前人的10′偏差減小到2′）開普勒想，天體運動很可能不是勻速圓周運動.在這個大膽思路下，開普勒又經(jīng)過四年多的刻苦計算，先后否定了19種設(shè)想，最終最終計算出行星是繞太陽運動的，并且運動軌跡為橢圓，證明白哥白尼的“日心說”是正確的.并總結(jié)為行星運動三定律。①開普勒第肯定律：全部行星繞太陽運動的軌道都是橢圓，太陽處在橢圓的一個焦點上。（橢圓定律）課本“做一做”，了解橢圓的特點。可以用一條細繩和兩圖釘來畫橢圓．如圖所示，把白紙鎬在木板上，然后按上圖釘．把細繩的兩\o"中國訓(xùn)練出版網(wǎng)\""端系在圖釘上，用一枝鉛筆緊貼著細繩滑動，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．想一想，橢圓上某點到兩個焦點的距離之和與橢圓上另一點到兩個焦點的距離之和有什么關(guān)系?觀看動畫：開普勒第肯定律觀看動畫：開普勒第肯定律(雙行星)近日點遠日點【牢記】：近日點遠日點近日點遠日點【補充】：由于地軸方向恒指向北極星方向，\o"中國訓(xùn)練出版網(wǎng)\""在近日點時，太陽直射南回歸線（冬至），在遠日點時，太陽直射北回歸線（夏至）。在春分和秋分時候太陽直射赤道。所以春夏比秋冬時間長，但由于地球軌道接近于圓，所以相差不了幾天。②開普勒其次定律：對任意一個行星來說，它與太陽的連線在相等時間內(nèi)掃過相等的面積．（面積定律）觀看動畫：開普勒其次定律【問題】：行星沿著橢圓軌道運行，太陽位于橢圓的一個焦點上，則行星在遠日點的速率與在近日點的速率誰大？【解析】：依據(jù)相等時間的面積相等可知近日點速率大于遠日點速率?！纠斡洝浚盒行窃诮拯c的速率大于遠日點的速率。③開普勒第三定律：全部行星的橢圓軌道的半長軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的平方的比值都相等．（周期定律） 若用a表示橢圓半長軸，T代表公轉(zhuǎn)周期，則開普勒第三定律告知我們：觀看動畫：開普勒第三定律【問題】：公式中的比例系數(shù)k可能與誰有關(guān)？【解析】：開普勒第三定律知：全部行星繞太陽運動的半長軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期二次方的比值是一個常數(shù)k，可以猜想，這個“k”肯定與運動系統(tǒng)的物體有關(guān)．由于常數(shù)k對于全部行星都相同，而各行星是不一樣的，故跟行星無關(guān)，而在運動系中除了行星就是中心天體——太陽，故這一常數(shù)“k"肯定與中心天體——太陽有關(guān)【牢記】：k與中心天體(太陽)有關(guān)例1、我們假設(shè)地球繞太陽運動時的軌道半長軸為為，公轉(zhuǎn)周期為，火星繞太陽運動的軌道半徑為，公轉(zhuǎn)周期為，那這些物理量之間應(yīng)當滿足怎樣的關(guān)系？ 【牢記】：①行星繞太陽運動軌道是圓，太陽處在圓心上。②對某一行星來說，它繞太陽做圓周運動的角速度（或線速度）不變，即行星做勻速圓周運動。③全部行星的軌道半徑的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的平方的比值都相等。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公式表示為：,k與太陽有關(guān)。【參考資料】：給出太陽系九大行星平均軌道半徑和周期的數(shù)值，供課后驗證。kk水=3.36×1018K金=3.35×1018K地=3.31×1018K火=3.36×1018擴展及留意：開普勒定律不僅適用于行星繞太陽運動，同時它適用于全部的天體運動。只不過對于不同的中心天體，中的k值不一樣。如金星繞太陽的與地球繞太陽的是一樣的，由于它們的中心天體一樣，均是太陽。但月球繞地球運動的與地球繞太陽的是不一樣的，由于它們的足以天體不一樣。開普勒定律是依據(jù)行星運動的現(xiàn)察結(jié)果而總結(jié)歸納出來的規(guī)律．它們每一條都是閱歷定律，都是從行星運動所取得的資料中總結(jié)出來的規(guī)律．開普勒定律只涉及運動學、幾何學方面的內(nèi)容，不涉及力學緣由。開普勒關(guān)于行星運動的精確?????描述，不僅使人們在解決行星的運動學問題上有了依據(jù)，更澄清了人們對天體運動奇特、模糊的生疏，同時也推動了對天體動力學問題的爭辯．例2、下列說法中正確的是（ABCD）A.大多數(shù)人造地球衛(wèi)星的軌道都是橢圓，地球處在這些橢圓的一個焦點上B.人造地球衛(wèi)星在橢圓軌道上運動時速度是不斷變化的；在近日點四周速率大，遠地點四周速率小；衛(wèi)星與地心的連線，在相等時間內(nèi)掃過的面積相等C.大多數(shù)人造地球衛(wèi)星的軌道，跟月亮繞地球運動的軌道，都可以近似看做為圓，這些圓的圓心在地心處D.月亮和人造地球衛(wèi)星繞地球運動，跟行星繞太陽運動，遵循相同的規(guī)律例3、關(guān)于開普勒定律，下列說法正確的是（ABC）A.開普勒定律是依據(jù)長時間連續(xù)不斷的、對行星位置觀測記錄的大量數(shù)據(jù)，進行計算分析后獲得的結(jié)論B.依據(jù)開普勒其次定律，行星在橢圓軌道上繞太陽運動的過程中，其速度隨行星與太陽之間距離的變化而變化，距離小時速度大，距離大時速度小C.行星繞太陽運動的軌道，可以近似看做為圓，即可以認為行星繞太陽做勻速圓周運動D.開普勒定律，只適用于太陽系，對其他恒星系不適用；行星的衛(wèi)星（包括人造衛(wèi)星）繞行星的運動，是不遵循開普勒定律的例4、\o"中國訓(xùn)練出版網(wǎng)\""地球繞太陽的運行軌道是橢圓，因而地球與太陽之間的距離隨季節(jié)變化。冬至這天地球離太陽最近，夏至最遠。下列關(guān)于地球在這兩天繞太陽公轉(zhuǎn)速度大小的說法中，正確的是