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2019-2020年人教版高中物理必修二 第六章 第1節(jié) 行星的運(yùn)動(dòng) 教案 課 題 6.1 行星的運(yùn)動(dòng) 課 型 新授課（1課時(shí)） 教 學(xué) 目 標(biāo) 知識(shí)與技能 1．知道地心說(shuō)和日心說(shuō)的基本內(nèi)容． 2．知道所有行星繞太陽(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． 3．知道所有行星的軌道的半長(zhǎng)軸的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等，且這個(gè)比值與行星的質(zhì)量無(wú)關(guān)，但與太陽(yáng)的質(zhì)量有關(guān)． 4．理解人們對(duì)行星運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)過(guò)程是漫長(zhǎng)復(fù)雜的，真理是來(lái)之不易的． 過(guò)程與方法 通過(guò)托勒密、哥白尼、第谷布拉赫、開(kāi)普勒等幾位科學(xué)家對(duì)行星運(yùn)動(dòng)的不同認(rèn)識(shí)，了解人類(lèi)認(rèn)識(shí)事物本質(zhì)的曲折性并加深對(duì)行星運(yùn)動(dòng)的理解． 情感、態(tài)度與價(jià)值觀 1．澄清對(duì)天體運(yùn)動(dòng)裨秘、模糊的認(rèn)識(shí)，掌握人類(lèi)認(rèn)識(shí)自然規(guī)律的科學(xué)方法． 2．感悟科學(xué)是人類(lèi)進(jìn)步不竭的動(dòng)力． 教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn) 教學(xué)重點(diǎn) 理解和掌握開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律，認(rèn)識(shí)行星的運(yùn)動(dòng)．學(xué)好本節(jié)有利于對(duì)宇宙中行星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)，掌握人類(lèi)認(rèn)識(shí)自然規(guī)律的科學(xué)方法，并有利于對(duì)人造衛(wèi)星的學(xué)習(xí)． 教學(xué)難點(diǎn) 對(duì)開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律的理解和應(yīng)用，通過(guò)本節(jié)的學(xué)習(xí)可以澄清人們對(duì)天體運(yùn)動(dòng)神秘、模糊的認(rèn)識(shí)． 教 學(xué) 方 法 探究、講授、討論、練習(xí) 教 學(xué) 手 段 教具準(zhǔn)備 多媒體課件 教 學(xué) 活 動(dòng) [新課導(dǎo)入] 【多媒體演示】天體運(yùn)動(dòng)的圖片瀏覽。 教師：在浩瀚的宇宙中有無(wú)數(shù)大小不一、形態(tài)各異的天體，如月亮、地球、太陽(yáng)、夜空中的星星……由這些天體組成的廣袤無(wú)限的宇宙始終是我們渴望了解、不斷探索的領(lǐng)域。關(guān)于天體的運(yùn)動(dòng)，歷史上有過(guò)不同的看法. (課件投影)中國(guó)古代天文學(xué)觀 我國(guó)古代先民看到北極星常年不動(dòng)，以及北斗七星等拱極星的回轉(zhuǎn)，便以為星空是圓的，就像是一只倒扣著的半球大鍋，覆整在大地上，而北極則是這蓋天的頂，又認(rèn)為地是方的，就像一張圍棋盤(pán)，此即“天圓地方”說(shuō)．東漢時(shí)的天文學(xué)家張衡提出“渾天”說(shuō)，認(rèn)為天就像一個(gè)大雞蛋，地球就是其中的蛋黃． 中國(guó)古代通常將歷法和天文聯(lián)系在一起．歷法注重天體運(yùn)行的長(zhǎng)時(shí)間段的重復(fù)周期，而不注重天體在三維空間中的運(yùn)行情況．與古希臘人和中世紀(jì)的歐洲人不同，中國(guó)歷法家很少關(guān)心宇宙結(jié)構(gòu)方面的討論．在漢朝的大部分時(shí)期，人們滿足于這樣的假設(shè)：有人居住的世界是一小塊中心區(qū)域．靠近平面大地中央，這個(gè)平面大地是一個(gè)繞著傾斜的軸旋轉(zhuǎn)的天球的直徑面．天體在該天球的內(nèi)面移動(dòng)，但它們靠何種機(jī)制來(lái)進(jìn)行這種運(yùn)動(dòng)則沒(méi)有討論． 中國(guó)古代有豐富的天文記錄．公元前第二個(gè)千年的后期，甲骨文中已記載了新星現(xiàn)象．從約公元苗200年開(kāi)始，在官方文件中已有關(guān)于新星的連年記載，還有流星雨、彗星、日食、太陽(yáng)黑子以及異乎尋常的云、板光之類(lèi)的記載，或?qū)傩堑母櫽^測(cè)的記錄．這些現(xiàn)象的觀測(cè)者都使用了制作精良的大型渾天儀和其他刻度儀器，所觀測(cè)的天體位置，其精確程度毫不遜色于歐洲在第谷之前的觀測(cè)． 學(xué)生閱讀后對(duì)探索宇宙產(chǎn)生興趣． 師：在廣袤無(wú)垠的宇宙中有著無(wú)數(shù)大小不一、形態(tài)各異的天體．如太陽(yáng)、月亮、夜空中閃爍的星星……吸引了人們的注意，智麓的頭腦開(kāi)始探索天體運(yùn)動(dòng)的奧秘．它們的運(yùn)動(dòng)是靠神的支配，還是物理規(guī)律的約束?經(jīng)過(guò)不懈的努力，科學(xué)家們對(duì)它已有初步的了解，這一節(jié)讓我們循著前人的足跡學(xué)習(xí)行星運(yùn)動(dòng)的情況． [新課教學(xué)] 一.“地心說(shuō)”和“日心說(shuō)”之爭(zhēng) [討論與交流] 展示問(wèn)題： 請(qǐng)閱讀教材第一段 1．古人對(duì)天體運(yùn)動(dòng)存在哪些看法? 生：“地心說(shuō)”和“日心說(shuō)”． 師：2．什么是“地心說(shuō)”?什么是“日心說(shuō)”’? 生：”地心說(shuō)”認(rèn)為地球是宇宙的中心，是靜止不動(dòng)的，大陽(yáng)、月亮以及其他行星都繞地球運(yùn)動(dòng)， “日心說(shuō)”則認(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)． “地心說(shuō)’的代表人物：托勒密(古希臘)．“地心說(shuō)’符合人們的直接經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也符合勢(shì)力強(qiáng)大的宗教神學(xué)關(guān)于地球是宇宙中心的認(rèn)識(shí)，故地心說(shuō)一度占據(jù)了統(tǒng)治地位．生：“日心說(shuō)”戰(zhàn)勝了“地心說(shuō)”，最終被接受． [討論與交流] 展示問(wèn)題： 師：“日心說(shuō)”戰(zhàn)勝了“地心說(shuō)”，最終真理戰(zhàn)勝了謬誤．請(qǐng)同學(xué)們閱讀第64頁(yè)《人類(lèi)對(duì)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)，中托勒密：地心宇宙，哥白尼：攔住了太陽(yáng)，推動(dòng)了地球．交流討論，找出“地心說(shuō)”遭遇的尷尬和 “日心說(shuō)’的成功之處． 生：地心說(shuō)所描述的天體的運(yùn)動(dòng)不僅復(fù)雜而且問(wèn)題很多，如果把地球從天體運(yùn)動(dòng)的中心位置移到一個(gè)普通的、繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的位置，換一個(gè)角度來(lái)考慮天體的運(yùn)動(dòng)，許多問(wèn)題都可以解決，行星運(yùn)動(dòng)的描述也變得筒單了． “日心說(shuō)”代表人物：哥白尼，“日心說(shuō)”能更完美地解釋天體的運(yùn)動(dòng)． 二、開(kāi)普勒行量運(yùn)動(dòng)定律 [做一做] 用圖釘和細(xì)繩畫(huà)橢圓 可以用一條細(xì)繩和兩圖釘來(lái)畫(huà)橢圓．如圖7．1—l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(huà)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)的距寓之和有什么關(guān)系? [課堂訓(xùn)練] (分四小組進(jìn)行) 師；閱讀教材第二段到最后，并閱讀第64頁(yè)《人類(lèi)對(duì)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí))中第谷：天才觀察家，開(kāi)普勒：真理超出期望，投影展示以下問(wèn)題： 師：1.古人認(rèn)為天體做什么運(yùn)動(dòng)? 生：古人把天體的運(yùn)動(dòng)看得十分神圣，他們認(rèn)為天體的運(yùn)動(dòng)不同于地面物體的運(yùn)動(dòng)，天體做的是最完美、最和諧的勻逮圓周運(yùn)動(dòng)． 師：2．開(kāi)普勒認(rèn)為行星做什么樣的運(yùn)動(dòng)?他是怎樣得出這一結(jié)論的? 生：開(kāi)普勒認(rèn)為行星做橢圓運(yùn)動(dòng)．他發(fā)現(xiàn)假設(shè)行星傲勻逮圓周運(yùn)動(dòng)，計(jì)算所得的數(shù)據(jù)與觀測(cè)數(shù)據(jù)不符，只有認(rèn)為行星做橢圓運(yùn)動(dòng)，才能解釋這一差別． 師：3．開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律哪幾個(gè)方面描述了行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的規(guī)律?具體表述是什么? 生：開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律從行星運(yùn)動(dòng)軌道，行墨運(yùn)動(dòng)的線速度變化，軌道與周期的關(guān)系三個(gè)方面揭示了行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律．具體表述為： 第一定律：所有行星繞太陽(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． 師：這一定律說(shuō)明了行星運(yùn)動(dòng)軌跡的形狀，不同的行星繞大陽(yáng)運(yùn)行時(shí)橢圓軌道相同嗎? 生：不同． 第二定律：對(duì)任意一個(gè)行星來(lái)說(shuō)，它與太陽(yáng)的連線在相等時(shí)間內(nèi)掃過(guò)相等的面積． 教師：如圖所示，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．如果時(shí)間間隔相等，即t2-t1=t4-t3，那么面積A=面積B．由此可見(jiàn)，行星在遠(yuǎn)日點(diǎn)a的速率最小，在近日點(diǎn)b的速率最大． 開(kāi)普勒第三定律：3．所有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．由于行星的橢圓軌道都跟圓近似，在近似計(jì)算中，可以認(rèn)為行星都以太陽(yáng)為圓心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，在這種情況下，若用R代表軌道半徑，T代表公轉(zhuǎn)周期，開(kāi)普勒第三定律可以用下面的公式表示： 　　比值k是一個(gè)與行星無(wú)關(guān)的恒量．只與太陽(yáng)有關(guān)。 教師：給出太陽(yáng)系九大行星平均軌道半徑和周期的數(shù)值，供學(xué)生課后驗(yàn)證。 k水=3.361018 K金=3.351018 K地=3.311018 K火=3.361018 師：這一定律發(fā)現(xiàn)了所有行星的軌道的半長(zhǎng)軸與公轉(zhuǎn)周期之間的定量關(guān)系，但是比值k是一個(gè)與行星無(wú)關(guān)的常量，那么你能猜想出它可能跟誰(shuí)有關(guān)嗎? 生：根據(jù)開(kāi)普勒第三定律知：所有行星繞太陽(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”一定與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的物體有關(guān)．因?yàn)槌?shù)k對(duì)于所有行星都相同，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"一定與中心天體——太陽(yáng)有關(guān)． (通過(guò)后面的學(xué)習(xí)將知道k值與太陽(yáng)質(zhì)量的關(guān)系) 說(shuō)明：(1)開(kāi)普勘定律不僅適用于行星繞大陽(yáng)運(yùn)動(dòng)，也適用于衛(wèi)星繞著地球轉(zhuǎn)，不過(guò)比例式 k中的k是不同的，與中心天體有關(guān)． (2)開(kāi)普勒定律是總結(jié)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．它們每一條都是經(jīng)驗(yàn)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(kāi)普勒定律只涉及運(yùn)動(dòng)學(xué)、幾何學(xué)方面的內(nèi)容。 (3)由于行星的橢圓軌道都跟圓近似，在近似計(jì)算中，可以認(rèn)為，行星都以太陽(yáng)為圓心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)．在這種情況下，若用。代表軌道半徑，T代表公轉(zhuǎn)周期，開(kāi)普勒第三定律可以用下面的公式表示 (4)開(kāi)普勒關(guān)于行星運(yùn)動(dòng)的確切描述，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)，更澄清了人們對(duì)天體運(yùn)動(dòng)神秘、模糊的認(rèn)識(shí)，同時(shí)也推動(dòng)了對(duì)天體動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的研究． [課堂探究l 師：引導(dǎo)學(xué)生深入探究： 1．播放行星繞橢圓軌道運(yùn)動(dòng)的課件，使學(xué)生對(duì)行星的運(yùn)動(dòng)有一個(gè)簡(jiǎn)單的感性認(rèn)識(shí)． 2．出示九大行星軌道掛圖，使學(xué)生對(duì)多數(shù)行星的軌道與圓十分接近有一個(gè)感性認(rèn)識(shí)． [討論與交流] 師：實(shí)際上，多數(shù)行星的軌道與圓十分接近，所以在中學(xué)階段的研究中能夠按圓處理．開(kāi)普勒三定律適用于圓軌道時(shí)，應(yīng)該怎樣表述呢? 生：行星的圓軌道的半徑的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等． [課堂訓(xùn)練] 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)是宇宙的中心，所有天體都繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng) C.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) D．“地心說(shuō)”和哥白尼提出的“日心說(shuō)”現(xiàn)在看來(lái)都是不正確的 2．已知木墾繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的周期是地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)周期的12倍．則木星繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)軌道的 半長(zhǎng)軸為地球公轉(zhuǎn)軌道半長(zhǎng)軸的————倍． 參考答案 ．1．答案：D 分析；“地心說(shuō)”是錯(cuò)誤的，所以A不正確．太陽(yáng)系在銀河系中運(yùn)動(dòng)，銀河系也在運(yùn)動(dòng)，所以，B、C不正確，D正確． 2．答案：5．24 [小結(jié)] 本節(jié)學(xué)習(xí)的是開(kāi)苦勒行星運(yùn)動(dòng)的三定律，其中第一定律反映了行星運(yùn)動(dòng)的軌跡是橢圓，第二定律描述了行星在近日點(diǎn)的速率最小，在遠(yuǎn)日點(diǎn)的速率最大，第三定律揭示了軌道半長(zhǎng)軸與公轉(zhuǎn)周期的定量關(guān)系．在近似計(jì)算中可以認(rèn)為行星都以太陽(yáng)為圓心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)． 學(xué) 生 活 動(dòng) 作業(yè) [布置作業(yè)] 教材第 “問(wèn)題與練習(xí)”1，2，3，4． 板 書(shū) 設(shè) 計(jì) 1．地心說(shuō)和日心說(shuō) 2．第一定律：所有行星繞太陽(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． 3．第二定律：對(duì)任意一個(gè)行星來(lái)說(shuō)，它與太陽(yáng)的連線在相等時(shí)間內(nèi)掃過(guò)相等的面積． 4．開(kāi)普勒第三定律：3．所有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． 教 學(xué) 后 記 注意k的大小什么有關(guān)