高中物理人教版 (新课标)必修21.行星的运动教案设计

这是一份高中物理人教版 (新课标)必修21.行星的运动教案设计，共4页。
1、了解“地心说”和“日心说”两种不同学说的建立和发展过程；
2、知道开普勒对行星运动的描述；
3、培养学生在客观事实的基础上通过分析、推理，提出科学假设，再经过实验检验的正确认识事物本质的思维方法。
4、通过学习，培养学生善于观察、善于思考、善于动手的能力。
5、通过开普勒运动定律的建立过程,渗透科学发现的方法论教育、建立科学的宇宙观。
教学重点
“日心说”的建立过程和行星运动的规律
教学难点
学生对天体的运动缺乏感性认识，和开普勒如何确定行星的运动规律的。
教学过程
导入新课
在浩瀚的宇宙中有着无数大小不一，形态各异的天体，如太阳、地球、月亮、星星等等。这些天体是如何运动的呢？人类最初是通过直接的感性认识以及受宗教的影响，建立了“地心说”，哥白尼分析了托勒密体系中的行星运动，哥白尼用了“将近四个九年的时间”去测算、校核、修订他的学说。提出了“日心说”，“日心说”认为太阳是宇宙的中心，其他天体（包括地球）都绕太阳作匀速圆周运动。“日心说”虽在“地心说”的基础上前进了一大步，第谷等科学家通过长期观测，记录了大量的观测数据，“日心说”解释行星运动时与实际观测的结果仍有一定的误差，最终开普勒通过计算，确立了行星运动的正确图景：所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上，所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等。开普勒对行星运动的描述，为牛顿发现万有引力定律奠定了重要的基础。
新课教学
1、“地心说”和“日心说”的发展过程：
我们生活在地球上，地球是浩瀚宇宙中无数星球中的一个，这些星球是如何运动的呢？
在古代，人们认为地球是静止不动的，太阳、月亮及其它行星都围绕着地球运动，这就是“地心说”。“地心说”符合人们的日常经验，也符合宗教神学关于地球是宇宙中心的说法。但随着世界航海事业的发展，人们希望借助星星的位置为船队导航，因而对行星的运动观测越来越精确，由大量的观测数据表明，用托勒密的“地心说”模型很难得出完满的解答，当时，哥伦布和麦哲伦的探险航行已经使不少人相信地球并不是一个平台，而是一个球体，哥白尼就开始推测是不是地球每天都围绕自己的轴线旋转一周呢？他假想地球并不是宇宙的中心，它与其他行星都是围绕着太阳在作匀速圆周运动的。这个模型称为“日心说”，用“日心说”能够较好地和观测数据相符合，但是哥白尼思想很晚才为人们所接受，他的著作发表后，几乎在一个世纪中完全被人们所忽视，主要原因是：（1）在他们的著作中，“日心说”只是一个“假设”，若用这个“假设”，行星运动的计算比“地心说”容易得多。（2）当时的欧洲正处于基督教改革与反改革的骚乱中，一个人的科学见解可能会成为判断其是否忠诚的试金石。（3）在哥白尼的著作中有一些很不精确的数据，根据这些数据得出的计算结果不能很好地与行星位置的观测结果相符合，（4）最后，甚至于连哥白尼本人也认为必须把托勒密的“本轮”的思想引进他的模型中。
丹麦物理学家开普勒继承和总结了他的导师第谷的全部观测资料，他花了几年时间一遍一遍地进行数学计算，通过计算，他感到哥白尼的“日心说”是正确的，并且把行星运动的轨迹修改为椭圆，他的发现可以归结为行星运动三大定律，这些经验定律精确地与观测数据相符，因而被人们接受。
2、开普勒行星运动定律
开普勒关于行星运动的描述可以表述为三大定律，我们主要是介绍第一定律和第三定律。
开普勒第一定律：所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上。
由于行星的运动轨迹不是正圆，因而它与太阳的距离一直都在改变，有时它向太阳靠拢，而有时则向远离太阳的方向漫游。在整个运动过程中，它的速度大小和方向是不断改变的。
开普勒第三定律：所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等。
虽然每个行星的椭圆轨道各有一个，但它们运动的轨道的斗半长轴的三次方跟公转周期平方的比值都是相同的，我们用R代表椭圆轨道的半长轴，T代表公转周期，经验公式表述为：
小 结
本节课我们学习了行星的运动，了解了人类对行星运动的探索和认识的过程，知道了所有行星都是沿椭圆轨道绕太阳运动的，并且符合公式：
应该说明的是：
（1）行星绕太阳运动都符合：
如对地球和木星比较，就有：
但月球人造卫星以及其它行星的卫星并不是主要绕太阳运动的，它们和行星的运动比较，就有：
（2）对于同一个行星的不同卫星，它们也符合运动规律：
如月球和各人造卫星同步，就符合这一规律，但k'是与k不同的量，这一点我们在学完这一章后将能够证明。
校本作业
典型例题
例1.月球环绕地球运动的轨道半径为地球半径的60倍，运行周期约为27天。应用开普勒定律计算：在赤道平面内离地面多大高度，人造卫星可以随地球一起转动，就像停留在天空中不动一样？
例2.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）
例3.我国的神舟飞船是近地轨道，绕地球飞行一周的时间为90min。这样飞船是宇航员在24h内可以见到日出的次数应为_________次。
练习巩固
1．关于日心说被人们所接受的原因是 （ ）
A．以地球为中心来研究天体的运动有很多无法解决的问题
B．以太阳为中心，许多问题都可以解决，行星的运动的描述也变得简单了
C．地球是围绕太阳转的
D．太阳总是从东面升起从西面落下
2．下列说法正确的是 （ ）
A．关于天体运动的日心说、地心说都是错误的
B．地球是一颗绕太阳运动的行星
C．地球是宇宙的中心、太阳、月亮及其他行星却绕地球转动
D．太阳是静止不动的，地球和其他行星都在绕太阳转动
3．两个行星的质量分别是、，它们绕太阳运行的轨道长半轴分别是和，则它们的公转周期之比∶＝________．
4．宇宙飞船围绕太阳在近似圆形的轨道上运动，若轨道半径是地球轨道半径的9倍，则宇宙飞船绕太阳运行的周期是 （ ）
A．3年 B．9年 C．27年 D．81年
5. 哪位科学家第一次对天体做圆周运动产生了怀疑? ( )
A.布鲁诺 B.伽利略 C.开普勒 D.第谷
6. 设月球绕地球运动的周期为27天,则地球的同步卫星到地球中心的距离r与月球中心到地球中心的距离R之比r/R为 （ ）
A. 1/3 B. 1/9 C. 1/27 D. 1/18
7. 两颗人造卫星A、B绕地球做圆周运动，周期之比为TA : TB = 1: 8，则轨道半径之比是多少？
8. 一探空火箭未打中目标而进入绕太阳的近乎圆形的轨道运行，轨道半径是地球绕太阳公转半径的９倍，则探空火箭绕太阳公转周期为多少？
9.(课后讨论)如果我们用天文望远镜观察一年中不同时期火星的位置，并且将这些位置连线，请你想像将会是怎样的一条线呢？火星的周期为687天．