2024-2025学年高中物理第三章万有引力定律1天体运动教案1教科版必修2

PAGE1-天体运动教学目标1.能简要地说出日心说、地心说的两种不同观点。2.知道开普勒对行星运动描述的三定律。3.体会科学家在宣扬和追求科学真理时所表现的坚决信念和献身精神。重点难点重点：开普勒三定律难点：对开普勒三定律的理解和应用设计思想万有引力定律揭示了天体运动的规律与地上物体运动的规律具有内在的一样性，正是在该理论指导之下，人类胜利登上了月球，实现了千百年来的飞天之梦。本节介绍了人类早期对天体运动的相识，重点是开普勒对行星运动描述的三定律。本节教学既是前面《匀速圆周运动》内容的进一步的延长和拓展，又是为了学习万有引力定律和后续原子结构模型做铺垫。本节课在充分利用大量物理史实的基础上，以解决如何描述行星运动的系列问题为线索，围绕太阳-行星模型性绽开教学，实行以启发式讲授为主的教学方式，指导阅读、比较历史上关于宇宙中心、行星运动轨迹的观点和思想，引导学生把物理事实作为证据的观念，依据证据、逻辑和已有学问做出科学说明，留意对学生进行科学精神与人文精神教化及科学方法教化。教学资源《天体运动》多媒体课件教学设计【课堂引入】展示视频：“天宫一号”放射场景；“神舟九号”与“天宫一号”首次手控对接（过渡：天宫一号是中国第一个目标飞行器和空间试验室，于2011年9月29日21时16分3秒在酒泉卫星放射中心放射，飞行器全长10.4米，最大直径3.35米，由试验舱和资源舱构成。它的放射标记着中国迈入中国航天“三步走”战略的其次步其次阶段。2011年11月3日凌晨实现与神舟八号飞船的对接任务。2012年6月18日14时14分与神舟九号对接胜利。依据安排神舟十号飞船也将在接下来的时间里与天宫一号完成交会对接任务。“天宫一号”为什么能够上天？这就是本章要探讨的主要内容，我们首先一起沿着前人的脚步来探究天体运动的规律。）【课堂学习】学习活动一：日心说（组织学生阅读课文，自主学习）问题1：古代人们对天体运动有哪些观点?（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。）问题2：什么是“地心说”？扬中（地心说的代表人物是亚里士多德和托勒密。他们从人们的日常阅历（太阳从东边升起，西边落下）提出地心说，认为地球是宇宙的中心，并且静止不动，全部行星围绕地球作圆周运动。地心说比较符合当时人们的阅历和宗教神学的思想，成为神学的信条，被人们信奉了一千多年，但它所描述的天体运动，不仅困难而且以此为依据所得的历法与实际差异很大。）扬中问题3：什么是“日心说”?（日心说的代表人物是哥白尼，他在《天体运行论》一书中，对日心说进行了详细的论述和数学论证。认为太阳是静止不动的，地球和其他行星围绕太阳运动。把地球从天体运动的中心位置移到了一个一般的行星的位置。行星运动的描述显得更简洁、更科学。日心说使科学从神学中解放出来，战胜了地心说，渐渐被人们接受。）问题4：哥白尼的学说完全正确吗？大家知道是哪位科学家发觉了行星运动的规律？与地心说相比，哥白尼的日心说无疑是进步的，但他固守天体作匀速圆周运动的传统思想，追求数的和谐与美，他的天体运动模型缺乏深化的物理思索，事实上是一个数学模型。丹麦天文学家第谷认为，要相识行星运动的规律，须要积累高度精确的观测资料，他连续二十年，对行星的位置进行了精确的测量，虽然没有得到结果，但是他积累大量的观测数据。第谷去世后，他的助手德国天文学家开普勒（571－1630）在最初探讨他的导师第谷所记录的数据时，也是以行星绕太阳做匀速圆周运动的模型来思索问题的，但是所得结果却与第谷的观测数据至少有8分的角度误差。当时公认的第谷的观测误差不超过2分，开普勒想，这不容忽视的8分或许是因为人们认为行星绕太阳做匀速圆周运动所造成的。至此，人们长期以来视为真理的观念——天体做匀速圆周运动，第一次受到了怀疑。后来开普勒又细致探讨了第谷的观测资料，经过四年多的刻苦计算，先后否定了19种设想，最终最终发觉了天体运动的规律，提出了闻名的行星运动定律。（这部分内容学生不太熟识，应以老师介绍为主，同时利用史实让学生体会科学探讨的艰辛，真理的得出来之不易，要经验几代人的共同努力。另外，通过开普勒的事例培育学生严谨的看法：即使是8分的误差也是不容忽视的。）学习活动二：开普勒行星运动定律问题1：你知道椭圆吗？在数学中，椭圆是平面上到两个固定点的距离之和是常数的轨迹。这两个固定点叫做焦点。经由这个定义，这样画出一个椭圆：先打算一条线，将这条线的两端各绑在一点上（这两个点就当作是椭圆的两个焦点）；取一支笔，将线绷紧，这时候两个点和笔就形成了一个三角形；然后拉着线起先作图，持续的使线绷紧，最终就可以完成一个椭圆的图形了，如图所示。椭圆各参量如图所示。问题2：开普勒第肯定律的内容是什么？如何理解“全部”两字？开普勒第肯定律：全部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。各行星在不同的椭圆轨道上，但全部椭圆轨道的焦点重合，太阳位于重合的焦点上，如图。（展示动画：八大行星）问题3：开普勒其次定律的内容是什么？如何理解该定律？开普勒其次定律：从太阳到行星的连线在相等时间内扫过相等的面积。如图：假如时间间隔相等，即t2-t1=t4-t3，那么面积A=面积B。问题：如图，行星绕太阳的运行轨道为椭圆，近地点A到太阳的距离为a，远日点B到太阳的距离为b，求行星在A、B两点的速率之比。【解析】：以近地点和远地点为中心，取一个同样的极短的时间间隔Δt，由开普勒其次定律可知，在这个时间Δt内，卫星和地心的连线扫过的面积相等，如图所示。设卫星在近地点和远地点的速率分别为v1和v2，并把卫星在这极短时间Δt内的运动看成匀速率运动。因这两个扇形面积相等：，所以：v1：v2=b:a由此也可以发觉，行星做的是变速运动，越接近太阳，运动越快。问题4：开普勒第三定律的内容是什么？开普勒第三定律：行星轨道半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值是一个常量。即：问题5：这里的k有可能与什么有关呢？组织学生活动：教材第44页练习与评价3的表格。将全班学生分为八组，让学生用计算器计算出每组k的数值，然后全班沟通，统一填在表格中，最终全班同学一起计算k的平均值。结论：可见k是一个与行星无关的常数。（k是一个与行星或卫星无关的常量，但不同星球的行星或卫星K值不肯定相等。）问题：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。解析：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干脆求解。本题考查开普勒第三定律的应用。由开普勒第三定律可知：对地球：对木星所以点拨：在利用开普勒第三定律解题时，应留意它们的比值中的k是一个与行星运动无关的常量。（过渡：探讨发觉，开普勒定律不仅适用于行星，也适用于卫星，但这时应与天体的质量有关，开普勒关于行星运动的描述为万有引力定律的发觉奠定了基础。行星沿椭圆做变速运动，它的运动如此困难，我们数学上还没有学习椭圆，而且椭圆也比较困难，中学阶段如何去探讨行星的运动呢？）学习活动三：中学处理天体运动的方法问题1：能否将行星的椭圆轨道简化成我们熟识的圆轨道？这样做的误差大吗？开普勒在最初探讨他的导师第谷所记录的数据时，也是以行星绕太阳做匀速圆周运动的模型来思索问题的，但是所得结果却与第谷的观测数据有8分的角度误差，当时公认的第谷的观测误差不超过2分。可见，将椭圆轨道简化成圆轨道误差并不太大。而且行星的椭圆轨道都很接近圆(展示动画：八大行星，很简洁看出轨道特别接近圆)，所以在中学阶段分析和处理天体运动时，常把椭圆轨道作为圆轨道来处理，太阳处在圆心，这是突出主要因素，忽视次要因素的志向化方法，是探讨物理最常用的方法。问题2：将行星运动轨道简化成椭圆后，行星的运动遵循什么规律？依据开普勒其次定律，对某一行星来说，它绕太阳做圆周运动的角速度不变（或线速度大小不变），即行星做匀速圆周运动。这是我们熟识的运动模型。问题3：此时，开普勒第三定律应当如何改写？全部行星轨道半径的三次方跟它公转周期的二次方的比值都相等，即。开普勒关于行星运动的描述为万有引力定律的发觉奠定了基础。（学习活动三的内容在人教版中有明确的探讨，但教科版中只是其次节出现一句话的描述，笔者还是倾向人教版的观点，这样做能为后面的学习打下伏笔，学生理解起来也更便利。）【课堂小结】 问题1：“地心说”和“日心说”的代表分别是谁？问题2：开普勒三定律的内容各是什么？如何理解？问题3：中学阶段处理天体运动的方法是什么？【板书设计】一、日心说地心说——托勒密日心说——哥白尼二、开普勒行星运动定律1．开普勒第肯定律：轨道定律2．开普勒其次定律：面积定律3．开普勒第三定律：周期定律三、中学处理天体运动的方法1．行星绕太阳运动的轨道特别接近圆，太阳处在圆心。2.对某一行星来说，它绕太阳做圆周运动的角速度不变，即行星做匀速圆周运动。3.全部行星轨道半径的三次方跟它公转周期的二次方的比值都相等，即。天体运动课堂反馈1、首先总结出行星绕太阳运动规律的天文学家是()A.第谷B.哥白尼C.牛顿D.开普勒2、关于开普勒行星运动定律，下列说法正确的是（）A.开普勒定律是依据长期连绵不断的、对行星位置观测记录的大量数据，进行计算分析后获得的结论B.依据开普勒其次定律，行星在椭圆轨道上绕太阳运动的过程中，其速度的大小随行星与太阳之间距离的改变而改变，距离小时速度小，距离大时速度大C.行星绕太阳运动的轨道，可以近似看作为圆，即可以认为行星绕太阳做匀速圆周运动D.开普勒定律，只适用于太阳系，对其他恒星系不适用；行星的卫星（包括人造卫星）绕行星的运动，是不遵循开普勒定律的3、关于行星绕太阳运动的下列说法中正确的是（

）A.全部行星都在同一椭圆轨道上绕太阳运动B.行星绕太阳运动时太阳位于行星轨道的中心处C.离太阳越近的行星的运动周期越长D.全部行星的轨道半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等4、关于开普勒第三定律的公式，以下理解正确的（）A．k是一个与行星无关的常量B．若地球绕太阳运转轨道的半长轴为R