新课标高一物理必修 2 教学案 第七章万有引力与航天 第第 1 课时课时 7.1 行星的运动行星的运动教学目标教学目标知识与技能知识与技能1了解人类对行星运动规律的认识历程。2知道开普勒行星运动定律极其科学价值。 3、了解开普勒定律中的 k 值的大小只与中心天体有关。过程与方法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 动的研究过程，了解观察在认识行星运动规律中的作用，了解人类认识事 物本质的曲折过程。 情感、态度与价值观情感、态度与价值观 体会科学家实事就是、尊重客观事实、不迷信权威、敢于坚持真理和 勇于探索的科学态度和科学精神。体会人类对自然界和谐的追求是科学研 究的动力之一。 教学重点难点教学重点难点教学重点教学重点 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 教学难点教学难点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 课堂教与学互动设计课堂教与学互动设计创设情景，引入新课 多媒体演示：天体运动的图片浏览。 在浩瀚的宇宙中有无数大小不一、形态各异的天体，如月亮、地球、太 阳、夜空中的星星由这些天体组成的广袤无限的宇宙始终是我们渴望了 解、不断探索的领域。人们对行星运动的认识过程是漫长复杂的，历史上有 过不同的看法，科学家对此进行了不懈的探索，通过本节内容的学习，将使 我们正确地认识行星的运动。 合作交流，探究新知合作交流，探究新知 一、古代对行星运动规律的认识一、古代对行星运动规律的认识问 1：古人对天体运动存在哪些看法?“地心说”和“日心说” 问 2什么是“地心说”?什么是“日心说” ?”地心说”认为地球是宇宙的中心，是静止不动的，大阳、月亮以及其 他行星都绕地球运动， “日心说”则认为太阳是静止不动的，地球和其他行 星都绕太阳运动 “地心说的代表人物：托勒密(古希腊) “地心说符合人们的直接经验， 同时也符合势力强大的宗教神学关于地球是宇宙中心的认识，故地心说一度 占据了统治地位问 3：“日心说”战胜了“地心说” ，请阅读第 64 页人类对行星运动规 律的认识 ，找出“地心说”遭遇的尴尬和“日心说的成功之处新课标高一物理必修 2 教学案 第七章万有引力与航天 地心说所描述的天体的运动不仅复杂而且问题很多，如果把地球从天体 运动的中心位置移到一个普通的、绕太阳运动的位置，换一个角度来考虑天 体的运动，许多问题都可以解决，行星运动的描述也变得筒单了“日心说”代表人物：哥白尼， “日心说”能更完美地解释天体的运动【例 1】下列说法正确的是 ( ) A、地球是宇宙的中心，太阳、月亮及其他行星都绕地球运动 B、太阳是宇宙的中心，所有天体都绕太阳运动 C、太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动 D、 “地心说”和哥白尼提出的“日心说”现在看来都是不正确的 解析；“地心说”是错误的，所以 A 不正确太阳系在银河系中运动，银 河系也在运动，所以，B、C 不正确，从现在的观点看地心说和日心说都是错 误的，都是有其时代局限性的。D 正确 点评：澄清对天体运动神秘、模糊的认识，了解每一种学说的提出都有其 时代的局限性，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。 二、开普勒行星运动三定律二、开普勒行星运动三定律问 1：古人认为天体做什么运动?古人把天体的运动看得十分神圣，他们认为天体的运动不同于地面物体 的运动，天体做的是最完美、最和谐的匀速圆周运动问 2：开普勒认为行星做什么样的运动?他是怎样得出这一结论的?开普勒认为行星做椭圆运动他发现假设行星傲匀逮圆周运动，计算所 得的数据与观测数据不符，只有认为行星做椭圆运动，才能解释这一差别问 3：开普勒行星运动定律哪几个方面描述了行星绕太阳运动的规律?具 体表述是什么?开普勒行星运动定律从行星运动轨道，行星运动的线速度变化，轨道与 周期的关系三个方面揭示了行星运动的规律（多媒体播放行星绕椭圆轨道运动的课件） 开普勒第一定律：所有行星绕太阳运动的轨道都是开普勒第一定律：所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在太阳处在椭圆 的一个焦点上上问 4：这一定律说明了行星运动轨迹的形状，不同的行星绕大阳运行时椭 圆轨道相同吗? 不同 教材教材 P62 页做一做页做一做可以用一条细绳和两图钉来画椭圆如图 71l 所示，把白纸镐在木板 上，然后按上图钉把细绳的两端系在图钉上，用一枝铅笔紧贴着细绳滑动， 使绳始终保持张紧状态铅笔在纸上画出的轨迹就是椭圆，图钉在纸上留下 的痕迹叫做椭圆的焦点 想一想，椭圆上某点到两个焦点的距离之和与椭圆上另一点到两个焦点 的距离之和有什么关系?开普勒第二定律：对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等时间内扫开普勒第二定律：对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等时间内扫 过过相等的面积相等的面积 问 5：如图 7.1-2 所示，行星沿着椭 圆轨道运行，太阳位于椭圆的一个焦点多媒体 演示天体 运动的图 片，激发 学生对行 星运动学 习的兴趣。了解历 史上对天 体运动的 认识有过 漫长复杂 的过程， 澄清对天新课标高一物理必修 2 教学案 第七章万有引力与航天 k 水=3.361018K 金=3.351018K 地=3.311018K 火=3.361018上行星在远日点的速率与在近日点的速率 谁大？ 因为相等时间内面积相等，所以近日 点速率大。 开普勒第三定律：开普勒第三定律：所有行星的椭圆轨所有行星的椭圆轨 道的道的半长轴的三次方跟的三次方跟公转周期的平方的的平方的 比值都相等比值都相等 （如图 71l） （投影九大行星轨道图或见教材 P63 页图 7.1-3） 问 6：由于行星的椭圆轨道都跟圆近似， 在中学阶段研究中按圆处理，开普勒三定 律适用于圆轨道时，应该怎样表述呢? 1、多数大行星绕太阳运动轨道半径十分接近圆，太阳处在圆心上。 2、对某一行星来说，它绕太阳做圆周运动的角速度（或线速度）不变。 3、所有行星的轨道半径的三次方跟它的公转周期的平方的比值都相等 若用 R 代表轨道半径，T 代表公转周期，开普勒第三定律可以用下面 的公式表示：比值 k 是一个与行星无关的恒量。 参考资料：给出太阳系九大行星平均轨道半径和周期的数值，供课后 验证。问 7：这一定律发现了所有行星的轨道的半长轴与公转周期之间的定 量关系，比值 k 是一个与行星无关的常量，你能猜想出它可能跟谁有关吗? 根据开普勒第三定律知：所有行星绕太阳运动的半长轴的三次方跟公 转周期二次方的比值是一个常数 k，可以猜想，这个“k”一定与运动系统 的物体有关因为常数 k 对于所有行星都相同，而各行星是不一样的，故 跟行星无关，而在运动系中除了行星就是中心天体太阳，故这一常数 “k“一定与中心天体太阳有关 说明：开普勘定律不仅适用于行星绕大阳运动，也适用于卫星绕着地 球转，K 是一个与行星质量无关的常量，但不是恒量，在不同的星系中，体运动神 秘、模糊 的认识。播放 行星绕椭 圆轨道运 动的课件， 使学生对 行星的运 动有一个 简单的感 性认识动手做一 做，对椭 圆知识有 一个较清 晰认识，图 7.1-1新课标高一物理必修 2 教学案 第七章万有引力与航天 K 值不相同。K 与中心天体有关。 【例 2】关于行星的运动，以下说法正确的是（ ） A、行星轨道的半长轴越长，自转周期就越大 B、行星轨道的半长轴越长，公转周期就越大 C、水星的半长轴最短，公转周期最大 D、冥王星离太阳“最远” ，绕太阳运动的公转周期最长解析：解析：由可知，越大，越大，故、正确，错误；式KTR23中的是公转周期而非自转周期，故错误。 答案：答案： 点评：点评：对公式中的各个量一定要把握其物理意义，对一些说法中的个别 字要读明白，如为半长轴，为公转周期。 【例 3】冥王星离太阳的距离是地球离太阳的距离的 39.6 倍，那么冥王星 绕太阳的公转周期是多少？（冥王星和地球绕太阳公转的轨道可视为圆形轨 道） 解析：解析：地球和冥王星都绕太阳公转，地球和冥王星绕太阳公转的运动遵 循开普勒定律。已知地球绕太阳的公转周期为一年，可以利用开普勒第三定 律求解冥王星的公转周期。设冥王星公转周期为，轨道半径为，地球公转周期为轨道半径为1T1R2T2R根据开普勒第三定律列关系式为： 3 23 1 2 22 1 RR TT2 23 23 12 1TRRT求解得到结论：2231)6 .39(TT hT62311018. 224365)6 .39(点评：点评：开普勒第三定律的应用 课堂小结课堂小结 本节学习的是开普勒行星运动的三定律，其中第一定律反映了行星运动 的轨迹是椭圆，第二定律描述了行星在近日点的速率最小，在远日点的速率 最大，第三定律揭示了轨道半长轴与公转周期的定量关系在近似计算中可 以认为行星都以太阳为圆心做匀速圆周运动。课时同步训练课时同步训练 轻松过关轻松过关 1、首先发现行星绕太阳运动的轨道是椭圆，揭示行星运动规律的科学家是_ 开普勒，他是在仔细研究了第谷的观测资料，经过了四年的刻苦计算的基础 上总结出来了。 2、古人认为天体的运动是最完美和谐的匀速圆周运动，后来开普勒发现，所 有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在焦点位置上。在后面学 习中更好 理解开普 勒定律。出示九 大行星轨 道图，使 学生对多 数行星的 轨道与圆 十分接近 有一个感 性认识抓住本 质因素， 忽略次要 因素，将 复杂的椭 圆运动转 化为熟悉 简单的匀 速圆周运 动处理， 让学生再 次体会这 一科学的 思想方法， 也为后面 学习万有 引力定律 打下基础。了解开 普勒定律 中的 k 值新课标高一物理必修 2 教学案 第七章万有引力与航天 3、下列关于开普勒对于行星运动规律的认识的说法正确的是( A ) A、所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆 B、所有行星绕太阳运动的轨道都是圆 C、所有行星的轨道的半长轴的二次方跟公转周期的三次方的比值都相同 D、所有行星的公转周期与行星的轨道的半径成正比 分析：由开普勒第一定律知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。所以 A 正确，B 错误。由开普勒第三定律知所有行星 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，故 C D 错误，A 正 确。 4、.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 ）KTR23A、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解析：行星和卫星的轨道可以近似为圆，公式也适用，故 A 错。比KTR23例系数 k 是一个由中心天体决定而与行星无关的常量，但不是恒量，不同的 星系中，k 值不同，故 B 错，C 对。月球绕地球转动的 k 值与地球绕太阳转动 得 k 值不同，故 D 错。5、两颗行星的质量分别为，绕太阳运行的轨道半长轴分别为，21mm 和21rr和则它们的公转周期之比为（C ）A、 B、 C、