高中物理必修2《行星的運(yùn)動》教案
教學(xué)目標(biāo)
1、知識與技能
(1)知道地心說和日心說的基本內(nèi)容;
(2)知道所有行星繞太陽運(yùn)動的軌道都是橢圓，太陽處在橢圓的一個焦點(diǎn)上;
(3)知道所有行星的軌道的半長軸的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等，且這個比值與行星的質(zhì)量無關(guān)，但與太陽的質(zhì)量有關(guān);
(4)理解人們對行星運(yùn)動的認(rèn)識過程是漫長復(fù)雜的，真理是來之不易的。
2、過程與方法：過托勒密、哥白尼、第谷·布拉赫、開普勒等幾位科學(xué)家對行星運(yùn)動的不同認(rèn)識，了解人類認(rèn)識事物本質(zhì)的曲折性并加深對行星運(yùn)動的理解。
3、情感、態(tài)度與價值觀
(1)澄清對天體運(yùn)動裨秘、模糊的認(rèn)識，掌握人類認(rèn)識自然規(guī)律的科學(xué)方法。
(2)感悟科學(xué)是人類進(jìn)步不竭的動力。
教學(xué)重難點(diǎn)
二、教學(xué)重點(diǎn)：理解和掌握開普勒行星運(yùn)動定律，認(rèn)識行星的運(yùn)動。學(xué)好本節(jié)有利于對宇宙中行星的運(yùn)動規(guī)律的認(rèn)識，掌握人類認(rèn)識自然規(guī)律的科學(xué)方法，并有利于對人造衛(wèi)星的學(xué)習(xí)。
三、教學(xué)難點(diǎn)：對開普勒行星運(yùn)動定律的理解和應(yīng)用，通過本節(jié)的學(xué)習(xí)可以澄清人們對天體運(yùn)動神秘、模糊的認(rèn)識。
教學(xué)工具
多媒體、板書
教學(xué)過程
一、地心說和日心說
1.基本知識
(1)地心說
①內(nèi)容：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(yùn)動.
②代表人物：托勒密.
(2)日心說
①內(nèi)容：太陽是靜止不動的，地球和其他行星都繞太陽運(yùn)動.
(3)兩種學(xué)說的局限性
它們都把天體的運(yùn)動看得很神圣，認(rèn)為天體的運(yùn)動必然是最完美、最和諧的勻速圓周運(yùn)動，而這和丹麥天文學(xué)家第谷的觀測數(shù)據(jù)不符.
2.思考判斷
(1)宇宙的中心是太陽，所有行星都在繞太陽做勻速圓周運(yùn)動.(×)
(2)造成天體每天東升西落的原因是天空不轉(zhuǎn)動，只是地球每天自西向東自轉(zhuǎn)一周.(×)
(3)與日地距離相比，恒星離地球都十分遙遠(yuǎn).(√)
探究交流
地心說和日心說是兩種截然不同的觀點(diǎn)，現(xiàn)在看來這兩種觀點(diǎn)哪一種是正確的?
【提示】 兩種觀點(diǎn)受人們意識的限制，是人類發(fā)展到不同歷史時期的產(chǎn)物.兩種觀點(diǎn)都具有歷史局限性，現(xiàn)在看來都是不完全正確的.
二、開普勒行星運(yùn)動定律
1.基本知識
2.思考判斷
(1)圍繞太陽運(yùn)動的行星的速率是一成不變的.(×)
(2)開普勒定律僅適用于行星繞太陽的運(yùn)動.(×)
(3)行星軌道的半長軸越長，行星的周期越長.(√)
探究交流
行星繞太陽在橢圓軌道上運(yùn)行，行星距太陽較近處與距太陽較遠(yuǎn)處相比較，運(yùn)動速率何處較大?
【提示】 由開普勒第二定律可知，由于在相等的時間內(nèi)，行星與太陽的連線掃過相等的面積，顯然相距較近時相等時間內(nèi)經(jīng)過的弧長必須較長，因此運(yùn)動速率較大.
三、行星運(yùn)動的近似處理
1.基本知識
(1)行星繞太陽運(yùn)動的軌道十分接近圓，太陽處在圓心.
(2)對某一行星來說，它繞太陽做圓周運(yùn)動的角速度(或線速度)不變，即行星做勻速圓周運(yùn)動.
(3)所有行星軌道半徑的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等.
2.思考判斷
(1)在中學(xué)階段可認(rèn)為地球圍繞太陽做圓周運(yùn)動.(√)
中的a可認(rèn)為是行星的軌道半徑.(√)
探究交流
下圖是火星沖日年份示意圖，觀察圖中地球、火星的位置，思考地球和火星誰的公轉(zhuǎn)周期更長.
火星沖日年份示意圖
【提示】 由題圖可知，地球到太陽的距離小于火星到太陽的距離，根據(jù)開普勒第三定律可得：火星的公轉(zhuǎn)周期更長一些.
四、對開普勒行星運(yùn)動定律的理解
【問題導(dǎo)思】
1.開普勒三定律分別從哪些方面揭示了行星的運(yùn)動規(guī)律?
2.太陽的位置是各行星的軌道焦點(diǎn)嗎?
誤區(qū)警示：
開普勒三定律是行星繞太陽運(yùn)動的總結(jié)定律，實(shí)踐表明該定律也適用于其他天體的運(yùn)動，如月球繞地球運(yùn)動、衛(wèi)星繞木星運(yùn)動，甚至人造衛(wèi)星繞地球運(yùn)動等.
例：有一個名叫谷神的小行星(質(zhì)量為m=1.00×1021 kg)，它的軌道半徑是地球繞太陽運(yùn)動的軌道半徑的2.77倍，則它繞太陽一周所需要的時間為( )
【審題指導(dǎo)】 該題中谷神小行星與地球比較公轉(zhuǎn)周期，需明確以下問題：
(1)地球的公轉(zhuǎn)周期為1年.
(2)利用開普勒第三定律求解.
【答案】 D
五、天體運(yùn)動的規(guī)律及分析方法
1.天體的運(yùn)動可近似看成勻速圓周運(yùn)動：天體雖做橢圓運(yùn)動，但它們的軌道一般接近圓.中學(xué)階段我們在處理天體運(yùn)動問題時，為簡化運(yùn)算，一般把天體的運(yùn)動當(dāng)作圓周運(yùn)動來研究，并且把它們視為做勻速圓周運(yùn)動，橢圓的半長軸即為圓半徑.
2.在處理天體運(yùn)動時，開普勒第三定律表述為：天體軌道半徑r的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期T的二次方的比值為常數(shù)，
據(jù)此可知，繞同一天體運(yùn)動的多個天體，軌道半徑r越大的天體，其周期越長.
3.天體的運(yùn)動遵循牛頓運(yùn)動定律及勻速圓周運(yùn)動規(guī)律，與一般物體的運(yùn)動在應(yīng)用這兩個規(guī)律上沒有區(qū)別.
特別提醒
1.
對于同一中心天體的不同行星k的數(shù)值相同，對于不同的中心天體的行星k的數(shù)值不同. 2.公式
常常用于比較不同行星周期或半徑.
例：飛船沿半徑為R的圓周繞地球運(yùn)動，其周期為T.如果飛船要返回地面，可在軌道上某點(diǎn)A處，將速率降低到適當(dāng)數(shù)值，從而使飛船沿著以地心為焦點(diǎn)的橢圓軌道運(yùn)動，橢圓和地球表面在B點(diǎn)相切，如圖6-1-2所示.如果地球半徑為R0，求飛船由A點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn)所需要的時間
規(guī)律總結(jié)：開普勒第三定律的應(yīng)用
應(yīng)用開普勒第三定律可分析行星的周期、半徑，應(yīng)用時可按以下步驟分析：
1.首先判斷兩個行星的中心天體是否相同，只有對同一個中心天體開普勒第三定律才成立.
2.明確題中給出的周期關(guān)系或半徑關(guān)系.
3.根據(jù)開普勒第三定律列式求解.
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教學(xué)目標(biāo)
1、知識與技能
(1)知道地心說和日心說的基本內(nèi)容;
(2)知道所有行星繞太陽運(yùn)動的軌道都是橢圓，太陽處在橢圓的一個焦點(diǎn)上;
(3)知道所有行星的軌道的半長軸的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等，且這個比值與行星的質(zhì)量無關(guān)，但與太陽的質(zhì)量有關(guān);
(4)理解人們對行星運(yùn)動的認(rèn)識過程是漫長復(fù)雜的，真理是來之不易的。
2、過程與方法：過托勒密、哥白尼、第谷·布拉赫、開普勒等幾位科學(xué)家對行星運(yùn)動的不同認(rèn)識，了解人類認(rèn)識事物本質(zhì)的曲折性并加深對行星運(yùn)動的理解。
3、情感、態(tài)度與價值觀
(1)澄清對天體運(yùn)動裨秘、模糊的認(rèn)識，掌握人類認(rèn)識自然規(guī)律的科學(xué)方法。
(2)感悟科學(xué)是人類進(jìn)步不竭的動力。
教學(xué)重難點(diǎn)
二、教學(xué)重點(diǎn)：理解和掌握開普勒行星運(yùn)動定律，認(rèn)識行星的運(yùn)動。學(xué)好本節(jié)有利于對宇宙中行星的運(yùn)動規(guī)律的認(rèn)識，掌握人類認(rèn)識自然規(guī)律的科學(xué)方法，并有利于對人造衛(wèi)星的學(xué)習(xí)。
三、教學(xué)難點(diǎn)：對開普勒行星運(yùn)動定律的理解和應(yīng)用，通過本節(jié)的學(xué)習(xí)可以澄清人們對天體運(yùn)動神秘、模糊的認(rèn)識。
教學(xué)工具
多媒體、板書
教學(xué)過程
一、地心說和日心說
1.基本知識
(1)地心說
①內(nèi)容：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(yùn)動.
②代表人物：托勒密.
(2)日心說
①內(nèi)容：太陽是靜止不動的，地球和其他行星都繞太陽運(yùn)動.
(3)兩種學(xué)說的局限性
它們都把天體的運(yùn)動看得很神圣，認(rèn)為天體的運(yùn)動必然是最完美、最和諧的勻速圓周運(yùn)動，而這和丹麥天文學(xué)家第谷的觀測數(shù)據(jù)不符.
2.思考判斷
(1)宇宙的中心是太陽，所有行星都在繞太陽做勻速圓周運(yùn)動.(×)
(2)造成天體每天東升西落的原因是天空不轉(zhuǎn)動，只是地球每天自西向東自轉(zhuǎn)一周.(×)
(3)與日地距離相比，恒星離地球都十分遙遠(yuǎn).(√)
探究交流
地心說和日心說是兩種截然不同的觀點(diǎn)，現(xiàn)在看來這兩種觀點(diǎn)哪一種是正確的?
【提示】 兩種觀點(diǎn)受人們意識的限制，是人類發(fā)展到不同歷史時期的產(chǎn)物.兩種觀點(diǎn)都具有歷史局限性，現(xiàn)在看來都是不完全正確的.
二、開普勒行星運(yùn)動定律
1.基本知識
2.思考判斷
(1)圍繞太陽運(yùn)動的行星的速率是一成不變的.(×)
(2)開普勒定律僅適用于行星繞太陽的運(yùn)動.(×)
(3)行星軌道的半長軸越長，行星的周期越長.(√)
探究交流
行星繞太陽在橢圓軌道上運(yùn)行，行星距太陽較近處與距太陽較遠(yuǎn)處相比較，運(yùn)動速率何處較大?
【提示】 由開普勒第二定律可知，由于在相等的時間內(nèi)，行星與太陽的連線掃過相等的面積，顯然相距較近時相等時間內(nèi)經(jīng)過的弧長必須較長，因此運(yùn)動速率較大.
三、行星運(yùn)動的近似處理
1.基本知識
(1)行星繞太陽運(yùn)動的軌道十分接近圓，太陽處在圓心.
(2)對某一行星來說，它繞太陽做圓周運(yùn)動的角速度(或線速度)不變，即行星做勻速圓周運(yùn)動.
(3)所有行星軌道半徑的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等.
2.思考判斷
(1)在中學(xué)階段可認(rèn)為地球圍繞太陽做圓周運(yùn)動.(√)
中的a可認(rèn)為是行星的軌道半徑.(√)
探究交流
下圖是火星沖日年份示意圖，觀察圖中地球、火星的位置，思考地球和火星誰的公轉(zhuǎn)周期更長.
火星沖日年份示意圖
【提示】 由題圖可知，地球到太陽的距離小于火星到太陽的距離，根據(jù)開普勒第三定律可得：火星的公轉(zhuǎn)周期更長一些.
四、對開普勒行星運(yùn)動定律的理解
【問題導(dǎo)思】
1.開普勒三定律分別從哪些方面揭示了行星的運(yùn)動規(guī)律?
2.太陽的位置是各行星的軌道焦點(diǎn)嗎?
誤區(qū)警示：
開普勒三定律是行星繞太陽運(yùn)動的總結(jié)定律，實(shí)踐表明該定律也適用于其他天體的運(yùn)動，如月球繞地球運(yùn)動、衛(wèi)星繞木星運(yùn)動，甚至人造衛(wèi)星繞地球運(yùn)動等.
例：有一個名叫谷神的小行星(質(zhì)量為m=1.00×1021 kg)，它的軌道半徑是地球繞太陽運(yùn)動的軌道半徑的2.77倍，則它繞太陽一周所需要的時間為( )
【審題指導(dǎo)】 該題中谷神小行星與地球比較公轉(zhuǎn)周期，需明確以下問題：
(1)地球的公轉(zhuǎn)周期為1年.
(2)利用開普勒第三定律求解.
【答案】 D
五、天體運(yùn)動的規(guī)律及分析方法
1.天體的運(yùn)動可近似看成勻速圓周運(yùn)動：天體雖做橢圓運(yùn)動，但它們的軌道一般接近圓.中學(xué)階段我們在處理天體運(yùn)動問題時，為簡化運(yùn)算，一般把天體的運(yùn)動當(dāng)作圓周運(yùn)動來研究，并且把它們視為做勻速圓周運(yùn)動，橢圓的半長軸即為圓半徑.
2.在處理天體運(yùn)動時，開普勒第三定律表述為：天體軌道半徑r的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期T的二次方的比值為常數(shù)，
據(jù)此可知，繞同一天體運(yùn)動的多個天體，軌道半徑r越大的天體，其周期越長.
3.天體的運(yùn)動遵循牛頓運(yùn)動定律及勻速圓周運(yùn)動規(guī)律，與一般物體的運(yùn)動在應(yīng)用這兩個規(guī)律上沒有區(qū)別.
特別提醒
1.
對于同一中心天體的不同行星k的數(shù)值相同，對于不同的中心天體的行星k的數(shù)值不同. 2.公式
常常用于比較不同行星周期或半徑.
例：飛船沿半徑為R的圓周繞地球運(yùn)動，其周期為T.如果飛船要返回地面，可在軌道上某點(diǎn)A處，將速率降低到適當(dāng)數(shù)值，從而使飛船沿著以地心為焦點(diǎn)的橢圓軌道運(yùn)動，橢圓和地球表面在B點(diǎn)相切，如圖6-1-2所示.如果地球半徑為R0，求飛船由A點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn)所需要的時間
規(guī)律總結(jié)：開普勒第三定律的應(yīng)用
應(yīng)用開普勒第三定律可分析行星的周期、半徑，應(yīng)用時可按以下步驟分析：
1.首先判斷兩個行星的中心天體是否相同，只有對同一個中心天體開普勒第三定律才成立.
2.明確題中給出的周期關(guān)系或半徑關(guān)系.
3.根據(jù)開普勒第三定律列式求解.
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