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行星的运动教案


新课程·高一必修·物理 1(人教版)

第七章
7.1
★新课标要求

万有引力与航天
行星的运动

(一)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。 (二)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。 (三)情感、态度与价值观 1、澄清对天体运动神秘模糊的认识,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 开普勒行星运动定律 ★教学难点 对开普勒行星运动定律的理解和应用 ★教学方法 教师启发、引导,学生自主阅读、思考,讨论、交流学习成果。 ★教学工具 计算机、投影仪等多媒体教学设备 ★教学过程 (一)引入新课 教师活动:在浩瀚的宇宙中有着无数大小不一、形态各异的天体。白天我们沐浴着太阳的光 辉,夜晚,仰望苍穹,繁星闪烁,美丽的月亮把我们带入无限的遐想中。由这些天体所组成的宇 宙始终是人们渴望了解又不断探索的领域。 经成百上千年的探索, 伟大的科学家们对它已经有了 一些初步的了解。本节我们就共同来学习前人所探索到的行星的运动情况。 (二)进行新课 1、古人对天体运动的看法及发展过程 教师活动:引导学生阅读教材第一段,投影出示以下提纲: 1、古代人们对天体运动存在哪些看法? 2、什么是“地心说” ,什么是“日心说”? 3、哪种学说占统治地位的时间较长? 4、两种学说争论的结果是什么? 学生活动:阅读课文,并从课文中找出相应的答案。学生代表发言。 1、在古代,人们对于天体的运动存在着地心说和日心说两种对立的看法。 2、 “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”认为太阳是宇宙的中心,地球\,月亮以及其他行星 都在绕太阳运动。 3、 “地心说”占领统治地位的时间较长. 4、 “日心说”与“地心说”争论的结果是“日心说”最终战胜了“地心说”.真 理最终战胜了谬误。 2、开普勒行星运动定律
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教师活动:引导学生阅读教材,投影出示以下提纲: 1、古人认为天体做什么运动? 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? 3、开普勒行星运动定律哪几个方面的描述了行星绕太阳运动的规律?具体表述 是什么? 学生活动:阅读课文,并从课文中找出相应的答案。学生代表发言。 1、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、最和谐的匀速圆周运动. 2、开普勒认为行星做椭圆运动。他发现假设行星作匀速圆周运动,计算所得的 数据与观测数据不符,只有认为行星作椭圆运动,才能解释这一差别。 3、开普勒行星运动定律从行星运动轨道、行星运动的线速度变化、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。 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。 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。即:

a3 ?k T2
比值 k 是一个与行星无关的常量。 教师活动:认真听取学生代表发言,点评总结。引导学生深入探究: [出示挂图] 介绍行星运动的挂图, 使学生对行星的运动有一个简单的感性认识. [放录像] 使学生通过对天体运动的立体画面的观看, 对天体运动的感性认识进 一步提高. 思考:比值 k 与行星无关,你能猜想出它可能跟谁有关吗? 实际上,多数行星的轨道与圆十分接近,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? 学生活动:分组讨论,并根据课文、挂图及录像所提供的线索得出答案。学生代表发言。 根据开普勒第三定律知: 所有行星绕太阳运动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。 (三)课堂总结、点评 教师活动:让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结,其他同学在笔记本上总 结,然后请同学评价黑板上的小结内容。 学生活动:认真总结概括本节内容,并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自 己的小结,看谁的更好,好在什么地方。 点评:总结课堂内容,培养学生概括总结能力。 教师要放开,让学生自己总结所学内容,允许内容的顺序不同,从而构建他们自己的知识框 架。 (四)实例探究 [例 1]关于行星的运动以下说法正确的是( ) A.行星轨道的半长轴越长,自转周期就越长 B.行星轨道的半长轴越长,公转周期就越长 C.水星轨道的半长轴最短,公转周期就最长 D.冥王星离太阳“最远” ,公转周期就最长
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2.为什么说曲线运动一定是变速运动?? 分析: 由开普勒第三定律

a3 ? k 可知,a 越大,T 越大,故 BD 正确,C 错误;式中的 T T2

是公转周期而非自转周期,故 A 错。 答案:BD [例 2]已知木星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。 思维入门指导: 木星和地球均为绕太阳运行的行星,可利用开普勒第三定律直接求解。本 题考查开普勒第三定律的应用。 解:由开普勒第三定律 对地球:

a13 ?k T12

a3 ? k 可知: T2 a3 对木星 2 ? k T22

2 所以 a 2 ? 3 (T2 / T1 ) ? a1 ? 5.24 a1

a3 点拨:在利用开普勒第三定律解题时,应注意它们的比值 2 ? k 中的 k 是一个与行星运动 T
无关的常量。 [例 3]已知地球绕太阳作椭圆运动。在地球远离太阳运动的过程中,其速率越来越小,试 判断地球所受向心力如何变化。若此向心力突然消失,则地球运动情况将如何? 思维入门指导:行星的运动为曲线运动,因此本节知识常常和曲线运动知识相综合。 解:由于地球在远离太阳运动的过程中,其速率减小,据牛顿第二定律有, Fn ? mv ? ? , 由开普勒第二定律知,地球在远离太阳运动的过程中角速度 ? (单位时间内地球与太阳的连线 扫过的角度)也减小,故向心力 Fn 减小。若此向心力突然消失,则地球将沿轨道的切线方向做

离心运动。 点拨:地球绕太阳的运动虽然并非匀速圆周运动,但向心力公式仍适用。任一时刻,地球的 速度方向均沿椭圆的切线方向。 ★课余作业 1、课后完成 P66“问题与练习”中的问题。 2、课后阅读教材 P64“科学足迹”栏目中的阅读材料,体会人类对行星运动规律的认识历 程。参考下面的几个问题,分组讨论,每个小组写一篇读后感。 (1) “地心说”为什么能占领较长的统治时间? (2)俗话说“眼见为实” ,这种说法是否绝对正确?试举例。 (3) “日心说”为什么能战胜“地心说”?试举例说明。 (4) “日心说”的观点是否正确? (5)读后有何启发和感想? 参考范文: “地心说”占领统治地位时间较长的原因是由于它比较符合人们的日常经验,如:太阳从东 边升起,从西边落下;同时它也符合当时在政治上占统治地位的宗教神学观点. 由于“日心说”最终战胜了“地心说” ,虽然“地心说”符合人们的经验,但它还是错误的. 进而说明“眼见为实”的说法并非绝对正确.例如:我们乘车时观察到树木在向后运动,而事实 上并没有动(相对于地面). “日心说”所以能够战胜“地心说”是因为好多“地心说”不能解析的现象“日心说”则能 说明,也就是说, “日心说”比“地心说”更科学、更接近事实.例如:若地球不动,昼夜交替是
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太阳绕地球运动形成的.那么,每天的情况就应是相同的,而事实上,每天白天的长短不同,冷 暖不同.而“日心说”则能说明这种情况:白昼是地球自转形成的,而四季是地球绕太阳公转形 成的。 从目前科研结果和我们所掌握的知识来看, “日心说”也并不是绝对正确的,因为太阳只是 太阳系的一个中心天体,而太阳系只是宇宙中众多星系之一,所以太阳并不是宇宙的中心,也不 是静止不动的.“日心说”只是与“地心说”相比更准确一些罢了。 经过前面的学习我们对“地心说”和“日心说”有了初步的认识,事实上从“地心说”向“日 心说”的过渡经历了漫长的时间,并且科学家们付出了艰苦的奋斗,哥白尼就是其中一位.他在 哥伦布和麦哲伦猜想的基础上, 假设地球并不是宇宙的中心, 而和其他天体一样都是绕太阳做匀 速圆周运动的行星,从而使许多问题得以解决,也建立起了“日心说”的基本模型.但他的观点 不符合当时欧洲统治教会的利益,因而受到了教会的迫害.使得这一正确的观点被推迟一个世纪 才被人们接受. 前人的这种对问题一丝不苟、 孜孜以求的精神值得我们学习, 所以我们对待学习要脚踏实地, 认认真真,不放过一点疑问。 ★教学体会 思维方法是解决问题的灵魂, 是物理教学的根本; 亲自实践参与知识的发现过程是培养学生 能力的关键,离开了思维方法和实践活动,物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培 养就成了镜中花,水中月。 附: 教材分析 本节内容对学生来说是抽象的、陌生的,甚至无法去感知。对天体的运动充满好奇,又觉得 非常神秘而不易理解。所以我们必须去引导学生了解人们对星体运动认识的发展过程,从“日心 说”和“地心说”的内容到其两者之间的争论,从第谷的精心观测到开普勒的数学运算,在学生 整体感知的过程中引导学生体会这些大师们的思路、 方法及他们的一丝不苟的科学精神, 并激发 他们热爱科学、探索真理的求知热情。 要充分应用好 64 页课后阅读材料。 教学建议 日心说、 地心说及两者之间的争论有许多内容可以向学生介绍, 教材为了简单明了地讲述开 普勒定律,没有过多地叙述这些内容.教学中可以结合教学的实际情况向学生介绍有关的历史材 料,也可引导学生课外阅读有关的读物。这些内容学生会很感兴趣,又容易接受,也是我们进行 科学方法和思想教育的好素材。 学习本节课的目的是为下一节推导万有引力定律做铺垫,对开普勒定律没必要做过高要求。

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