3.1 天体运动 教学设计 高中物理新教科版必须第二册（2022-2023学年）

/index《天体运动》教学设计基本信息县（市、区）学校姓名学科物理教学目标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.体会科学家在宣传和追求科学真理时所表现的坚定信念和献身精神。（1）能积极主动地思考和观察分析生活中天体运动实例，体验自主构建知识结构的乐趣和成就感。教学重点重点：开普勒三定律难点：对开普勒三定律的理解和应用学习难点自主建立和完善相关知识的思维导图，太阳系行星运行图所选技术教学视频PPT课件希沃投影仪器技术使用目的教学视频能够形象直观的看到行星运动的模拟轨道，太阳系中各个行星的椭圆轨道图像，人造地球卫星的发射和回收，提供同学们的学习物理兴趣PPT课件能够把课堂的知识点的展示，归纳，运用体现在同学们眼前，节约了大量的写字时间，同学们容易看懂，容易理解，记忆和应用。能够实时反映学生的作用情况，完成的效果如何，错在哪里，老师可以给其他同学作为典型例子来讲，让其他同学不要范同样的错误，让教学的效果更好，同学们接收起来更形象直观教学过程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致性，正是在该理论指导之下，人类成功登上了月球，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认识，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》内容的进一步的延伸和拓展，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-行星模型性展开教学，采取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，根据证据、逻辑和已有知识做出科学解释，注重对学生进行科学精神与人文精神教育及科学方法教育。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”发射场景；“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实验室，于2011年9月29日21时16分3秒在酒泉卫星发射中心发射，飞行器全长10.4米，最大直径3.35米，由实验舱和资源舱构成。它的发射标志着中国迈入中国航天“三步走”战略的第二步第二阶段。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分与神舟九号对接成功。按照计划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？这就是本章要研究的主要内容，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”？（地心说的代表人物是亚里士多德和托勒密。他们从人们的日常经验（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，所有行星围绕地球作圆周运动。地心说比较符合当时人们的经验和宗教神学的思想，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，不仅复杂而且以此为依据所得的历法差异很问题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，对日心说进行了具体各行星在不同的椭圆轨道上，但所有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：开普勒第二定律的内容是什么？如何理解该定律？开普勒第二定律：从太阳到行星的连线在相等时间内扫过相等的面积。如图：如果时间间隔相等，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，由开普勒第二定律可知，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由此也可以发现，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，然后全班交流，统一填在表格中，最后全班同学一起计算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值不一定相等。）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直接求解。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，应注意它们的比值中的k是一个与行星运动无关的常量。（过渡：研究发现，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现奠定了基础。行星沿椭圆做变速运动，它的运动如此复杂，我们数学上还没有学习椭圆，而且椭圆也比较复杂，中学阶段如何去研究行星的运动呢？）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悉的圆轨道？这样做的误差大吗？开普勒在最初研究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考问题的，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，很容易看出轨道非常接近圆)，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，忽略次要因素的理想化方法，是研究物理最常用的方法。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？根据开普勒第二定律，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。这是我们熟悉的运动模型。问题3：此时，开普勒第三定律应该如何改写？所有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现奠定了基础。（学习活动三的内