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2019-2020年人教版必修二6.1《行星的運動》WORD教案3 【教學目標】： (一)知識目標：了解“地心說”和“日心說”的內容 理解開普勒三大定律的內容及其簡單應用 (二)能力目標：在由地心說日心說，再到開普勒定律的探究過程中學習提出問題、猜想與假設等方法 (三)德育目標：通過學習人類對行星運動規(guī)律的探究過程，使學生體會物理學對社會發(fā)展的重大作用，激發(fā)學生學習物理的廣泛興趣. 【教學重點】：理解開普勒行星定律的內容 【教學難點】： 開普勒第三定律 【教學方法】：對半講練法、類比法 【教學用具】：掛圖 【教學過程】： (一)引入： 在浩瀚的宇宙中有著無數(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……日出日落，斗專星移，各種天體都在不停地運動，我們知道：月亮繞著地球轉，地球繞著太陽轉，地球在公轉的同時還在自轉，天體的運動遵循著什么樣的規(guī)律？關于不同星體的運動，有地心說和日心說，我們知道地心說是錯誤的，那么日心說是否就完美無缺呢？行星是否在做完美的勻速圓周運動呢？“坐地日行八萬里，巡天遙看一千河”。由這些無數(shù)天體組成的廣衰無垠的宇宙始終是人們渴望了解、不斷探索的領域． (二)新課教學： 一 托勒密地心說→哥白尼日心說 學生閱讀課本，和學生一起感受人類認識天體運行規(guī)律的歷程， 講授： （1）說到日心說和地心說，你會立刻反映到哥白尼等，實際上在古代，人們對于天體的運動就存在著地心說和日心說兩種對立的看法．地心說認為地球是宇宙的中心，是靜止不動的，太陽、月亮以及其他行星都繞地球運動；日心說則相反，認為太陽是靜止不動的，地球和其他行星都繞太陽運動． （2）公元二世紀的希臘天文學家托勒密使地心說發(fā)展和完善起來，由于地心說比較符合人們的日常經驗（太陽從東邊升起，在西邊落下，好像太陽繞地球運動），同時也符合天主教的思想：地球是宇宙中心，宇宙萬物都是上帝創(chuàng)造的，所以地心說得到了教會的支持，統(tǒng)治了人們一千年之久．但是隨著生產的發(fā)展，人們對天體運動的不斷研究，天文資料越來越豐富，人們發(fā)現(xiàn)托勒密的地心說的理論與實際觀測的資料并不一致，仍然不能解釋某些問題， 地心說所描述的天體的運動不僅復雜而且問題很多． （3）十六世紀波蘭天文學家哥白尼，經過四十年的觀測與研究，在古代日心說的啟發(fā)下，重新提出了日心說：太陽是宇宙的中心，地球和其它行星都圍繞著太陽轉動。日心說反映了行星運動的情況，但是日心說不符合教會的主張，教會禁止傳播哥白尼的日心說，并且殘酷迫害接受日心說的人，例如：用火燒死了堅持日心說的意大利人布魯諾，伽利略也因為宣傳日心說受到了教會的審訊和監(jiān)禁。無論地心說也好，日心說也好，古人把天體的運動看得都很神圣．認為大體的運動必然是最完美、和諧的勻速圓周運動。 例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動 B 、太陽是靜止不動的，地球和其他行星都繞太陽運動 C 、地球是繞太陽運動的一顆行星 D 、日心說和地心說都是正確的 解析：地球和太陽都不是宇宙的中心，地球繞太陽公轉，是太陽系的一顆行星，C是正確的；地心說是錯誤的，日心說也不正確，太陽只是浩瀚宇宙中的一顆恒星。 規(guī)律總結：與地心說相比較，日心說在天文學上的應用更廣泛、更合理些，它們都沒有認識到天體運動遵循的規(guī)律與地面上物體運動的規(guī)律是相同的，但都是人類對宇宙的積極的探索性的認識。 二 丹麥天文學家第谷→開普勒三定律 （學生閱讀課本，了解開普勒定律的發(fā)現(xiàn)過程，并標記開普勒三大定律的內容，教師講解并得出開普勒定律） 丹麥天文學家第谷認為，要認識行星運動的規(guī)律，需要積累高度精確的觀測資料，他連續(xù)二十年，對行星的位置進行了精確的測量，但是沒有得到結果，但是他積累大量的觀測數(shù)據(jù)。 在第谷去世后，他的助手德國天文學家開普勒（ 1571－1630）在最初研究他的導師—第谷所記錄的數(shù)據(jù)時，也是以行星繞太陽做勻速圓周運動的模型來思考問題的，但是所得結果卻與第谷的觀測數(shù)據(jù)至少有8/的角度誤差．當時公認的第谷的觀測誤差不超過2/，開普勒想，這不容忽視的8/也許是因為人們認為行星繞太陽做勻速圓周運動所造成的．至此，人們長期以來視為真理的觀念——天體做勻速圓周運動，第一次受到了懷疑．后來開普勒又仔細研究了第谷的觀測資料，經過四年多的刻苦計算，先后否定了19種設想，最后終于發(fā)現(xiàn)： 板書：開普勒第一定律 所有的行星圍繞太陽運動的軌道都是橢圓，太陽處在所有橢圓的一個焦點上。 解釋：這是（重點和易忽略點）開普勒地一定律（也叫軌道定律）說明了各行星運動軌道的形狀并不是地心說和日心說中提到的圓，而是橢圓，是開普勒根據(jù)第谷觀察火星所得數(shù)據(jù)加以演算得到的，各行星軌道是橢圓形狀也不盡相同，即半長軸是不同的，但這些橢圓卻有個共同的焦點，太陽正好在這個公共焦點上 預備知識：橢圓的中心，焦點，半長軸，半短軸等。 強調：橢圓 太陽并不是位于中心，而是焦點 例2下列說法正確的是（ ） A 、太陽系中的八大行星有一個共同的軌道焦點 B 、行星運動的方向總是沿著軌道的切線方向 C 、行星的運動方向總是與它和太陽的連線垂直 D日心說的觀點是正確的 解析：對于行星的運動不能等同于勻速圓周運動。行星從近日點到遠日點時，行星的運動方向與它和太陽連線的夾角大于900的，當行星從遠日點向近日點運動時，行星的運動方向與它和太陽連線的夾角小于900的，故A、B正確 規(guī)律總結：行星運動的軌跡是橢圓，是曲線運動，行星的運動也同樣符合運動和力的關系，仍然可以運用動力學和曲線運動的知識對行星運動進行分析。此處易被忽略。 板書：開普勒第二定律 對于每一個行星而言，太陽和行星的連線在相等的時間內掃過相等的面積。 t t V小 V大大 解釋：這是重點，開普勒第二定律（也叫面積定律），說明每一行星的矢徑（太陽和行星的連線）經過相等的時間掃過的面積相等，顯然行星運動的線速度大小在軌道上各點是不相同的。行星在軌道上離太陽最近的地方叫近日點，它經過該點時速度最大；在軌道上離太陽最遠的地方叫遠日點，行星經過該點時速度最?。ń拯c和遠日點分別在軌道橢圓長軸的兩端）利用開普勒第二定律可以定性地解釋行星在軌道上運動的快慢和一些天文現(xiàn)象。 （近日點速度大，遠日點速度小） 例3地球繞太陽運動的軌道是一橢圓，當?shù)厍驈慕拯c到遠日點運動時，地球運動的速度大?。ǖ厍蜻\動中受到太陽的引力方向在地球與太陽的連線上，并且可以認為這時地球只受到太陽的引力）（ ） A、 不斷增大 B逐漸減小 C大小不變 D沒有具體數(shù)值無法計算 解析：本題中雖然沒有具體數(shù)值，但我們可以知道地球從近日點到遠日點運動時，所受到的引力的方向與運動方向的夾角大于900，因而這個力產生兩個作用效果：一個作用使地球的運動方向改變，另一個使地球速度的大小發(fā)生改變，即把太陽對地球的引力分成兩個，一個垂直于地球運動方向，此力改變地球運動的方向，另一個力與地球運動方向共線，在地球從近日點到遠日點運動時，此力與地球運動的方向相反，引力做負功，地球的速度減小，B正確 點撥：本節(jié)知識與曲線運動功和能的關系密切聯(lián)系，需多加練習。 板書：開普勒第三定律 所有行星的軌道的半長軸的三次方跟公轉周期的二次方的比值都相等。 講授：開普勒第三定律（也叫周期定律）是說所有行星的軌道的半長軸的三次方與公轉周期的二次方的比值相等，若用R代表橢圓軌道的半長軸，T代表公轉周期，由上面的敘述可知 R3/ T2＝k 比值k是一個與行星無關的常量． 注釋：對于此公式，常用來討論一些天體的運動周期和半長軸的關系，是常考點，需引起重視。開普勒定律不僅適用行星繞太陽運動，也適用衛(wèi)星繞地球轉動，只不過R3/ T2＝k中K的值是不同的，做題過程中必須注意。 開普勒關于行星運動的確切描述不僅使人們在解決行星的運動學問題上有了依據(jù)，更澄清了人們多年來對天體運動神秘、模糊的認識，同時也推動了對天體動力學問題的研究． 多數(shù)行星的軌道與圓十分接近，所以中學階段的研究通常把行星的 軌道按圓周處理。對于此近似處理，只是為了計算、研究方便，不能由此說行星是在做勻速圓周運動，此處是理解這個問題最易出錯的地方。 例4、根據(jù)地理知識，結合開普勒定律，判斷水星和火星的公轉周期，哪一個更長些？ 解析：由開普勒第三定律可以知道R3/ T2＝k，k是一個與行星無關的常量，因而哪個行星離太陽近，哪個行星的周期就短，由地理知識可以知道，水星是八大行星中離太陽最近的，因而水星是八大行星中公轉周期最短的，所以火星的公轉周期比水星更長一些 點撥：本章的知識與天文學知識聯(lián)系較多，與地理知識也有很多的聯(lián)系，因此在學習過程中，多查找相關資料，提高解題的準確性。 三 加深理解 S （ 學生鞏固并加深理解）： 一、研究天體運行時，太陽系中的八大行星及衛(wèi)星運動的橢圓軌道的兩個焦點相距很近，因此行星的橢圓軌道都很接近圓．在要求不太高時，通?？梢哉J為行星以太陽為圓心做勻速圓周運動．這樣做使處理問題的方法大為簡化，而得到的結果與行星的實際運行情況相差并不很大． 1、 在上述情況下，的表達式中a就是圓的半徑R，利用的結論解決某些問題很方便。 二、 在太陽系中，比例系數(shù)K是一個與行星無關的常量，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。如對繞地球飛行的衛(wèi)星來說，它們的k值相同與衛(wèi)星無關。 (四)鞏固練習例 1 冥王星離太陽的距離是地球離太陽距離的39.6 倍，那么冥王星繞太陽的公轉周期是多少？（冥王星和地球繞太陽公轉的軌道可視為圓形軌道） 分析：地球和冥王星都繞太陽公轉，地球和冥王星繞太陽公轉的運動遵循開普勒定律。已知地球繞太陽公轉的周期為一年，可利用開普勒第三定律求解冥王星的公轉周期。 解：設冥王星的公轉周期為，軌道半徑為，地球的公轉周期為，軌道半徑為 根據(jù)開普勒第三定律有, 因為=365╳24h,所以=╳365╳24= 總結反思：利用開普勒第三定律，將太陽的行星和地球繞太陽公轉的半徑聯(lián)系起來，利用開普勒第三定律求解。 1、（xx廣東綜合，35）據(jù)報道，美國計劃2021年開始每年送15000名游客上太空旅游，如圖所示，當航天器圍繞地球做橢圓軌道運行時，近地點的速率大于 （填大于\小于或等于）遠地點的速率. (四)小結： 一、了解從地心說到日心說人類認知宇宙的歷程 二、重點掌握開普勒三定律及其簡單應用 開普勒第一定律：所有行星繞太陽運動的軌道都是橢圓，太陽處在橢圓的焦點上。 開普勒第二定律：行星與太陽的連線在相同的時間內掃過的面積相等。 開普勒第三定律：所有行星軌道半長軸的三次方跟公轉周期平方的比值都相等，即 (五)作業(yè)： 閱讀課文深入了解天體的運動規(guī)律 完成P66練習題 (六)板書設計： 行星的運動 一、托勒密地心說→哥白尼日心說 二、開普勒三定律及其簡單應用 開普勒第一定律：所有行星繞太陽運動的軌道都是橢圓，太陽處在橢圓的焦點上。 開普勒第二定律：行星與太陽的連線在相同的時間內掃過的面積相等。 開普勒第三定律：所有行星軌道半長軸的三次方跟公轉周期平方的比值都相等，即 三開普勒定律的理解 （1）各行星在不同的橢圓軌道上，但所有橢圓，軌道的焦點重合，太陽位于重合的焦點上。 （2）在開普勒第三定律中R3/ T2＝k 每個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是一個與行星無關的常量． 隨堂練習 1某人造地球衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動，其軌道半徑為月球繞地球運轉半徑的1/3，則此衛(wèi)星的運轉周期大約為幾天 A 1-4天 B 4-8天 C 8-16天 D 大于16天 答案：由可知，T=10天左右。故C正確 2.（2004上海，3）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39分，火衛(wèi)二的周期為30小時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)一的運動速度較大 D 火衛(wèi)二的向心加速度較大 解析：AD由開普勒第三定律得：周期越小，半徑越小，火衛(wèi)一距火星表面較近；距離越近運動速度較大，角速度較小，向心加速度較大 3、關于行星的運動，下列說法正確的是 A. 行星軌道的半長軸越長，自轉周期就越大 B.行星軌道的半長軸越長，公轉周期就越大 C. 水星離太陽最近，公轉周期越大 D. 冥王星離太陽最遠，繞太陽運動的公轉周期越長 答案、BD 由可知，R越大，T越大，故B、D正確，C錯誤。式中的T是公轉周期，而非自轉周期，故A錯誤。