【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)》1(人教版必修2)

6.1行星的運(yùn)動(dòng)★教學(xué)目標(biāo)知道地心說和日心說的基本內(nèi)容。學(xué)習(xí)開普勒三大定律，能用三大定律解決問題。了解人類對(duì)行星的生疏過程是漫長(zhǎng)簡(jiǎn)潔的，真是來(lái)之不易的?！锝虒W(xué)過程一、引入 師：同學(xué)們，在前面的學(xué)習(xí)中我們爭(zhēng)辯了地面上物體的運(yùn)動(dòng)，從今日開頭我們來(lái)爭(zhēng)辯天空中的運(yùn)動(dòng)：天體運(yùn)動(dòng)。 師：自古以來(lái)，當(dāng)人們仰視星空時(shí)，天空中壯麗絢爛的現(xiàn)象便吸引了他們的留意。才智的頭腦開頭探究星體運(yùn)動(dòng)的奇怪。直到二十一世紀(jì)的今日，科學(xué)迅猛進(jìn)展，人類最終能夠飛出地球，登上月球。還能飛向萬(wàn)籟俱寂的茫茫太空，探究更遙遠(yuǎn)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(duì)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(xué)家和哲學(xué)家通過直接的感性生疏，認(rèn)為地球是宇宙的中心，是靜止不動(dòng)的，太陽(yáng)月亮等各星體都圍繞地球做簡(jiǎn)潔的完善的圓周運(yùn)動(dòng)。由于地心說符合人們的直接閱歷，如：太陽(yáng)從東邊升起，從西邊落下；同時(shí)也符合強(qiáng)大的宗教神學(xué)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(jìn)展，人們期望借助星星的位置為船隊(duì)導(dǎo)航，因而對(duì)行星的運(yùn)動(dòng)觀測(cè)越來(lái)越精確.再加上第谷等科學(xué)家經(jīng)過長(zhǎng)期觀測(cè)及記錄的大量的觀測(cè)數(shù)據(jù)，用托勒密的“地心說”模型很難得出完善的解答.當(dāng)時(shí)，哥倫布和麥哲倫的探險(xiǎn)航行已經(jīng)使不少人信任地球并不是一個(gè)平臺(tái)，而是一個(gè)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(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng).這就是“日心說”的模型。日心說認(rèn)為太陽(yáng)是宇宙的中心，且太陽(yáng)是靜止不動(dòng)的，地球和其它行星都繞太陽(yáng)做簡(jiǎn)潔而完善的圓周運(yùn)動(dòng)。代表人物：波蘭科學(xué)家哥白尼四、地心說與日心說的碰撞師：兩種學(xué)說斗爭(zhēng)的時(shí)間很長(zhǎng)，雖然地心說占據(jù)統(tǒng)治地位的時(shí)間長(zhǎng)，但最終日心說戰(zhàn)勝了地心說。 師：“地心說”占統(tǒng)治地位時(shí)間較長(zhǎng)的緣由是由于它比較符合人們的日常閱歷，如：太陽(yáng)從東邊升起，從西邊落下；同時(shí)它也符合當(dāng)時(shí)在政治上占統(tǒng)治地位的宗教神學(xué)觀點(diǎn). 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(xué)、更接近事實(shí).例如：若地球不動(dòng)，晝夜交替是太陽(yáng)繞地球運(yùn)動(dòng)形成的.那么，每天的狀況就應(yīng)是相同的，而事實(shí)上，每天白天的長(zhǎng)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(yáng)公轉(zhuǎn)形成的。 師：雖然“地心說”符合人們的閱歷，但它還是錯(cuò)誤的.進(jìn)而說明“眼見為實(shí)”的說法并非確定正確.例如：我們乘車時(shí)觀看到樹木在向后運(yùn)動(dòng)，而事實(shí)上并沒有動(dòng)(相對(duì)于地面). 師：從目前科研結(jié)果和我們所把握的學(xué)問來(lái)看，“日心說”也并不是確定正確的，由于太陽(yáng)只是太陽(yáng)系的一個(gè)中心天體，而太陽(yáng)系只是宇宙中眾多星系之一，所以太陽(yáng)并不是宇宙的中心，也不是靜止不動(dòng)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(xué)習(xí)我們對(duì)“地心說”和“日心說”有了初步的生疏，事實(shí)上從“地心說”向“日心說”的過渡經(jīng)受了漫長(zhǎng)的時(shí)間，并且科學(xué)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(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)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(diǎn)不符合當(dāng)時(shí)歐洲統(tǒng)治教會(huì)的利益，因而受到了教會(huì)的迫害.使得這一正確的觀點(diǎn)被推遲一個(gè)世紀(jì)才被人們接受。前人的這種對(duì)問題一絲不茍、孜孜以求的精神值得我們學(xué)習(xí)，所以我們對(duì)待學(xué)習(xí)要腳踏實(shí)地，認(rèn)認(rèn)真真，不放過一點(diǎn)疑問。讓同學(xué)課后閱讀“科學(xué)腳印?????”觀看動(dòng)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(guó)的物理學(xué)家開普勒繼承和總結(jié)了他的導(dǎo)師第谷的全部觀測(cè)資料及觀測(cè)數(shù)據(jù)，也是以行星繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的模型來(lái)思考和計(jì)算的，由于不管是“地心說”還是“日心說”，都把天體運(yùn)動(dòng)看得很神圣，認(rèn)為天體運(yùn)動(dòng)必定是最完善、最和諧的勻速圓周運(yùn)動(dòng)。但結(jié)果總是與第谷的觀測(cè)數(shù)據(jù)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2′（第谷是一個(gè)觀看天才，它通過對(duì)780顆左右的恒星持續(xù)觀看，將觀測(cè)結(jié)果從前人的10′偏差減小到2′）開普勒想，天體運(yùn)動(dòng)很可能不是勻速圓周運(yùn)動(dòng).在這個(gè)大膽思路下，開普勒又經(jīng)過四年多的刻苦計(jì)算，先后否定了19種設(shè)想，最終最終計(jì)算出行星是繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的，并且運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)三定律。①開普勒第確定律：全部行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓，太陽(yáng)處在橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。（橢圓定律）課本“做一做”，了解橢圓的特點(diǎn)?？梢杂靡粭l細(xì)繩和兩圖釘來(lái)畫橢圓．如圖所示，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)，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)的距離之和有什么關(guān)系?觀看動(dòng)畫：開普勒第確定律【問題】：這確定律說明白行星運(yùn)動(dòng)軌跡的外形，那不同的行星繞大陽(yáng)運(yùn)行時(shí)橢圓軌道相同嗎? 【解析】：不是。不同行星繞太陽(yáng)運(yùn)行的橢圓軌道不一樣，但這些軌道有一個(gè)共同的焦點(diǎn)，即太陽(yáng)所處的位置。觀看動(dòng)畫：開普勒第確定律(雙行星)近日點(diǎn)遠(yuǎn)日點(diǎn)【牢記】：近日點(diǎn)遠(yuǎn)日點(diǎn)近日點(diǎn)遠(yuǎn)日點(diǎn)【補(bǔ)充】：由于地軸方向恒指向北極星方向，在近日點(diǎn)時(shí)，太陽(yáng)直射南回歸線（冬至），在遠(yuǎn)日點(diǎn)時(shí)，太陽(yáng)直射北回歸線（夏至）。在春分和秋分時(shí)候太陽(yáng)直射赤道。所以春夏比秋冬時(shí)間長(zhǎng)，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(duì)任意一個(gè)行星來(lái)說，它與太陽(yáng)的連線在相等時(shí)間內(nèi)掃過相等的面積．（面積定律）觀看動(dòng)畫：開普勒其次定律【問題】：行星沿著橢圓軌道運(yùn)行，太陽(yáng)位于橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上，則行星在遠(yuǎn)日點(diǎn)的速率與在近日點(diǎn)的速率誰(shuí)大？【解析】：依據(jù)相等時(shí)間的面積相等可知近日點(diǎn)速率大于遠(yuǎn)日點(diǎn)速率?！纠斡洝浚盒行窃诮拯c(diǎn)的速率大于遠(yuǎn)日點(diǎn)的速率。③開普勒第三定律：全部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．（周期定律） 若用a表示橢圓半長(zhǎng)軸，T代表公轉(zhuǎn)周期，則開普勒第三定律告知我們：觀看動(dòng)畫：開普勒第三定律【問題】：公式中的比例系數(shù)k可能與誰(shuí)有關(guān)？【解析】：開普勒第三定律知：全部行星繞太陽(yáng)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”確定與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的物體有關(guān)．由于常數(shù)k對(duì)于全部行星都相同，而各行星是不一樣的，故跟行星無(wú)關(guān)，而在運(yùn)動(dòng)系中除了行星就是中心天體——太陽(yáng)，故這一常數(shù)“k"確定與中心天體——太陽(yáng)有關(guān)【牢記】：k與中心天體(太陽(yáng))有關(guān)例1、我們假設(shè)地球繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)時(shí)的軌道半長(zhǎng)軸為為，公轉(zhuǎn)周期為，火星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為，公轉(zhuǎn)周期為，那這些物理量之間應(yīng)當(dāng)滿足怎樣的關(guān)系？ 六、太陽(yáng)系 師：我們現(xiàn)在來(lái)了解一下太陽(yáng)系的各行星及其運(yùn)行狀況。 師：自從冥王星于2006年8月24日被國(guó)際天文聯(lián)會(huì)取消其行星地位，降為“矮行星”后，從今太陽(yáng)系由“九大行星”變?yōu)椤鞍舜笮行?。我們先?lái)看一些圖片。觀看動(dòng)畫：九大行星運(yùn)行圖；九大行星七、開普勒三大定律的近似處理 師：從剛才的爭(zhēng)辯我們發(fā)覺，太陽(yáng)系行星的軌道與圓格外接近，所以在階段的爭(zhēng)辯中我們按圓軌道處理。這樣，開普勒三大定律就可以說成【牢記】：①行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)軌道是圓，太陽(yáng)處在圓心上。②對(duì)某一行星來(lái)說，它繞太陽(yáng)做圓周運(yùn)動(dòng)的角速度（或線速度）不變，即行星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。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(yáng)有關(guān)?！緟⒖假Y料】：給出太陽(yáng)系九大行星平均軌道半徑和周期的數(shù)值，供課后驗(yàn)證。kk水=3.36×1018K金=3.35×1018K地=3.31×1018K火=3.36×1018擴(kuò)展及留意：開普勒定律不僅適用于行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)它適用于全部的天體運(yùn)動(dòng)。只不過對(duì)于不同的中心天體，中的k值不一樣。如金星繞太陽(yáng)的與地球繞太陽(yáng)的是一樣的，由于它們的中心天體一樣，均是太陽(yáng)。但月球繞地球運(yùn)動(dòng)的與地球繞太陽(yáng)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(yùn)動(dòng)的現(xiàn)察結(jié)果而總結(jié)歸納出來(lái)的規(guī)律．它們每一條都是閱歷定律，都是從行星運(yùn)動(dòng)所取得的資料中總結(jié)出來(lái)的規(guī)律．開普勒定律只涉及運(yùn)動(dòng)學(xué)、幾何學(xué)方面的內(nèi)容，不涉及力學(xué)緣由。開普勒關(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)問題上有了依據(jù)，更澄清了人們對(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)問題的爭(zhēng)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(gè)焦點(diǎn)上B.人造地球衛(wèi)星在橢圓軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)速度是不斷變化的；在近日點(diǎn)四周速率大，遠(yuǎn)地點(diǎn)四周速率??；衛(wèi)星與地心的連線，在相等時(shí)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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)，跟行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)，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(zhǎng)時(shí)間連續(xù)不斷的、對(duì)行星位置觀測(cè)記錄的大量數(shù)據(jù)，進(jìn)行計(jì)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(yáng)運(yùn)動(dòng)的過程中，其速度隨行星與太陽(yáng)之間距離的變化而變化，距離小時(shí)速度大，距離大時(shí)速度小C.行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道，可以近似看做為圓，即可以認(rèn)為行星繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)D.開普勒定律，只適用于太陽(yáng)系，對(duì)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(yùn)動(dòng)，是不遵循開普勒定律的例4、地球繞太陽(yáng)的運(yùn)行軌道是橢圓，因而地球與太陽(yáng)之間的距離隨季節(jié)變化。冬至這天地球離太陽(yáng)最近，夏至最遠(yuǎn)。下列關(guān)于地球在這兩天繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)速度大小的說法中，