《行星的运动》教案案例.doc

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学科名称：

物理

教材版本：

人民教育出版社

教学内容：

高一必修2

第七章  万有引力与航天

第一课时 《行星的运动》教案案例

设计时段：

一课时

一、教材分析

行星的运动选自人教版普通高中物理必修2第六章第1节。

本节教学既是前面《运动的描述》和《曲线运动》内容的进一步的延伸和拓展，又能为后面学习万有引力定律做铺垫。

在本章中占有较为重要的地位，具有承前启后的作用。

同时该节内容也涉及大量物理史实、贴近学生生活和联系社会实际的事实，可进一步培育学生的科学情感、精神和发展观。

（一）教学目标

1．知识与技能

（1）知道地心说和日心说的基本内容。

（2.）掌握理解开普勒三大定律的内容，并能应用。

（3）理解人们对行星运动的认识过程是漫长复杂的，真理是来之不易的。

2．过程与方法

    通过托勒密、哥白尼、第谷•布拉赫、开普勒等几位科学家对行星运动的不同认识，了解人类认识事物本质的曲折性并加深对行星运动的理解。

3．情感、态度与价值观

（1）澄清对天体运动神秘、模糊的认识，掌握人类认识自然规律的科学方法。

（2）感悟科学是人类进步不竭的动力。

（二）教学重点、难点

1．教学重点

    理解和掌握开普勒行星运动定律，认识行星的运动。

学好本节有利于对宇宙中行星的运动规律的认识，掌握人类认识自然规律的科学方法，并有利于对人造卫星的学习。

2．教学难点

    如何引导学生探究开普楞是如何提出行星的运动定律的。

    对开普勒行星运动定律的理解和应用，通过本节的学习可以澄清人们对天体运动神秘、模糊的认识．

二、学情分析

1.在物理1的第一章《运动的描述》部分，学生已学习了参考系、运动轨迹、运动快慢描述的相关知识；物理2的第六章《曲线运动》部分，已学习了圆周运动快慢描述的相关知识，说明学生已具备学习行星运动的描述的基本知识。

2.另外，学生在地理学科中对宇宙中的不同级别的天体系统已有所了解，而在数学学科中对椭圆的相关知识还未学。

所以，老师要适当地复述和补充这些内容，促使学生更好的理解开普勒行星运动定律。

3.高一学生对感性材料比较感兴趣，接收新知识的能力也很强，高一的学生还保留一些童真，他们对本节课的图片动画等资料应该觉得有趣，所以他们对本节课内容的学习愿望还是比较强烈的。

三、教法学法

   教法：

为了让学生加深对本节内容的理解，在教学中我采用阅读、讲授、讨论、练习等方法进行教学。

   学法：

为体现学生的主体作用，我引导学生自己阅读文字和图片材料，理解物理含义，培养学生阅读能力，在讨论中突破难点。

　教学内容：

行星的运动

　　设计思想：

介绍发现开普勒三定律的过程，也可以让学生将所知道的关于行星的运动规律及科学家的故事与同学分享。

　　教学内容分析：

本节内容主要介绍了人类历史上发现行星运动规律——开普勒三定律的一个过程。

从托勒密发展并完善的地心说，哥白尼勇敢的壮举——提出日心说，布鲁诺宣传和捍卫真理，第谷天才的行星观测技术，到开普勒发现并总结三大定律，经历了一千多年的时间，要让学生了解这段真理发现的艰难历程，并从科学家身上看到坚持不懈、勇于创新的科学精神。

　　教学准备：

多媒体ppt课件

　　教学过程设计：

引入：

　　展示各种星座图片，请同学说一说所知道的关于星座的一些知识。

　　其实这些看似简单的知识是经过许多科学家奉献了一生的心血才发现的规律，因为当时的天文观测技术不发达，人们甚至只能依靠肉眼去观察。

今天，我们就来了解一下这段发现行星运动规律的历史，开始一段经历了一千多年的发现之旅。

　　新授：

　　一、地心说与日心说：

对天体的运动，历史上有过“地心说”和“日心说”两种对立的认识。

发生过激烈的斗争。

　　1、地心说：

由于地球的自转，我们在地球上看到天上的星星，感觉上都是绕地球运动，太阳与月亮也一样，这样人们就很容易得出，地球是宇宙的中心，太阳、月亮及所有的星星都是绕地球转动的。

这就是地心说。

　　提出者：

托勒密，伟大的古代天文学家（约90～168），于公元二世纪，提出了自己的宇宙结构学说，即“地心说”。

　　内容：

认为地球是宇宙的中心，是静止不动的，太阳、月亮（当时人们认为月亮是自行发光的，把它与太阳分为一类——恒星）及其他的行星都绕地球运动。

由于地心说的提出与人们真正观测到的行星的运动存在偏差（如果要准确地来描述行星的逆行，必须用80多个本轮与均轮）所以说地心说描绘了一个复杂的天体运动图象。

　　重要意义：

尽管它把地球当作宇宙中心是错误的，然而它的历史功绩不应抹杀。

地心说承认地球是“球形”的，并把行星从恒星中区别出来，着眼于探索和揭示行星的运动规律，这标志着人类对宇宙认识的一大进步。

地心说最重要的成就是运用数学计算行星的运行，托勒密还第一次提出“运行轨道”的概念，设计出了一个本轮均轮模型。

按照这个模型，人们能够对行星的运动进行定量计算，推测行星所在的位置，这是一个了不起的创造。

　　2、日心说：

意大利文艺复兴的思想与艺术已经遍及整个欧洲，随着天文观测不断进步，“地心说”暴露出许多问题。

　　提出者：

波兰天文学家哥白尼（1473-1543）经过近四十年的观测和计算，于1543年出版了<<天体运行论>>正式提出“日心说”。

（其中穿插哥白尼遭到的宗教教会残酷的迫害，在临死前才发表正式提出日心说）

　　内容：

（1）．水星、金星、火星、木星、土星和地球一样，都在圆形轨道上匀速率地绕着太阳公转。

（2）．月球是地球的卫星，它在以地球为中心的圆轨道上每月绕地球转一周，并随地球绕太阳公转。

（观看图片并介绍）

　　（3）．地球每天自转一周，天穹实际上不转动，只是由于地球的自转才使我们看到了日月星辰每天东升西落的现象。

　　（4）．恒星和太阳间的距离十分遥远，比日地间的距离要大得多。

　　重要意义：

哥白尼提出的日心说从根本上动摇了人类中心论等宗教教义不可冒犯的神话。

这种学说和宗教的主张是相反的。

由于当时正处于人类历史上最黑暗的中世纪，所以哥白尼的学说久久得不到合理的使用与宣传，有一个人就曾经为了宣传哥白尼的日心说，而被黑暗的宗教势力活活烧死在罗马的广场上，这个人就是伟大的科学先行者布鲁诺。

“日心说”对天体的描述大为简化，同时打破了过去认为其它天体和地球截然有别的界限，是一项真正的科学革命。

后人把历史上这桩勇敢的壮举形容为：

“哥白尼拦住了太阳，推动了地球。

”

　　二、开普勒运动定律

1.第谷的观测

第谷（1564—1601）是丹麦的天文学家、出色的观测家，历时二十年观测，记录了行星、月亮、彗星的位置.第谷本人虽然没有描绘出行星运动的规律,但他积累的资料为开普勒的研究提供了坚实的基础.

2.开普勒对行星运动的描述

开普勒（1571—1630）是德国的天文学家、数学天才.开普勒与第谷一起工作了十八个月后,第谷去世了,开普勒以全部的精力整理了第谷的观测资料,在哥白尼学说的基础上又迈进了一步,于1609年在他的著作《新天文学》中提出了著名的三大定律中的前两条,十年后,又提出了第三条定律

［教师活动］

1.出示行星运动的挂图.

2.放有关行星运动的录像.

通过放录像,让同学能看到三维的立体画面,让同学们的感性认识又提高一步.

［课件展示］

开普勒行星运动的规律

开普勒第一定律:

所有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.如右图所示:

说明：

该定律又叫椭圆轨道定律,行星与太阳间的距离一直在变.

开普勒第二定律:

对于任意一个行星来说,它与太阳的连线在相等的时间内扫过相等的面积.如图所示.

说明：

该定律又叫面积定律.

开普勒第三定律:

所有行星的轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等.

说明：

该定律又叫周期定律.数学表达式：

=k,或者,其中a为椭圆轨道的半长轴，T为公转周期.

实践拓展

实际上,多数行星绕太阳运动的轨道与圆十分接近,所以在中学阶段的研究中能够按圆处理,那么开普勒三大定律应该如何表述?

引导学生思考,讨论.

明确:

第一定律:

多数行星绕太阳运动的轨道十分接近圆,太阳处在圆心.

第二定律:

对某一行星来说,它绕太阳做圆周运动的角速度（或线速度大小）不变,即行星做匀速圆周运动.

第三定律:

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.

设计意图:

通过该实践拓展使学生了解处理物理问题的一般方法:

抓住主要矛盾,忽略次要因素,提高学生逻辑思维能力及归纳总结能力.

疑难探究

疑难点一：

开普勒第三定律中的k如何理解?

它由什么因素决定?

疑难点二：

开普勒三定律是通过研究行星运动的规律得出的,那么卫星绕行星运动是否也遵守这些规律呢?

如果遵守该如何表述?

疑难点三：

我们通常将行星的轨道近似为圆,这样合理吗?

释疑1：

比值k是一个与行星无关的常量,只跟行星所围绕的天体有关,即由中心天体决定,因此对于绕同一天体运行的行星此比值是相同的.开普勒第三定律也适用于卫星绕行星的运动,这时的比值是与行星无关的常量.

此结论可由下题得出:

下表所给出的是太阳系中八大行星绕太阳做椭圆运动的平均轨道半径的数值和周期的数值.从表中任意选择三个行星验证开普勒定律,并计算常量k=的值.

行星

平均轨道半径（m）

周期（s）

K

水星

5.79×1010

7.60×106

3.36×1018

金星

1.08×1011

1.94×107

3.36×1018

地球

1.49×1011

3.16×107

3.36×1018

火星

2.28×1011

5.94×107

3.36×1018

木星

7.78×1011

3.74×108

3.36×1018

土星

1.43×1012

9.30×108

3.36×1018

天王星

2.87×1012

2.66×109

3.36×1018

月球

0.3844×106

2.36×106

1.03×1013

地球同步卫星

0.0424×106

8.64×104

1.03×1013

由学生自己动手计算，可提高学生动手计算的能力，并加深k的决定因素的理解.通过计算得出k值近似相等,得出k由中心天体来决定.

释疑2：

研究表明开普勒三定律同样适用于卫星绕行星的运动,即卫星绕行星运动的轨道是椭圆,行星位于椭圆的一个焦点上;行星与卫星的连线在相等的时间内扫过的面积相等;同一行星的卫星轨道半长轴的三次方跟运转周期平方的比值都相等.（只不过此时的=k′中的恒量k′与行星中的比值不同）

方法链接：

处理问题时可以作合理的近似.

释疑3：

经观测,多数大行星的轨道十分接近圆,所以中学阶段的研究中可以按圆处理.

典型例题

【例题1】某行星绕太阳沿椭圆轨道运行，它的近日点A到太阳的距离为r，远日点B到太阳的距离为R。

若行星经过近日点时的速度为vA，求该行星经过远日点时的速度vB的大小。

【例题2】理论和实践证明，开普勒定律不仅适用于太阳系中的天体运动，而且对一切天体（包括卫星绕行星的运动）都适用。

下面对于开普勒第三定律的公式，下列说法正确

的是（C）

A、公式只适用于轨道是椭圆的运动

B、式中的K值，对于所有行星（或卫星）都相等

C、式中的K值，只与中心天体有关，与绕中心天体旋转

的行星（或卫星）无关

D、若已知月球与地球之间的距离，根据公式可求出地球

与太阳之间的距离

【例题3】银河系中有两颗行星绕某恒星运行，从天文望远镜中观察到它们的运转周期之比为8：

1，则

（1）它们的轨道半径的比为（B）

A．2：

1B．4：

1

C．8：

1D．1：

4

（2）两行星的公转速度之比为（A）

A．1：

2B．2：

1

C．1：

4D．4：

1

课堂小结

通过本节课的学习，我们了解和知道了：

1.“地心说”和“日心说”两种不同的观点及发展过程.

2.开普勒行星运动规律

布置作业

1.阅读有关对行星运动的认识的发展史.

2.把月球及绕地球的同步卫星（周期与地球自转周期相同）看作绕地球做匀速圆周运动,试计算一下月球与同步卫星到地面中心的距离比.

板书设计

1行星的运动

一、古代天体运动的学说

二、开普勒行星运动定律

设计点评

本教学设计为了使学生感受科学家对科学不懈追求的动力,体会科学家们朴实的科学价值观,促进学生自身科学价值观的形成，大量展现了对行星运动认识的发展史.在讲解完行星运动三大定律后,为了使学生能尽快掌握所学知识,精选了三个典型例题,这样讲练结合,使学生掌握起来比较容易,为下一节推导万有引力定律做了铺垫.