人教版 (2019)必修 第二册1 行星的运动教学设计

7.1 行星的运动

教学目标：

（一）知识与技能

1．知道地心说、日心说，了解人们对行星运动的观测和研究。

2．知道开普勒定律，掌握行星运行的轨道特点和运动规律。

3．掌握开普勒定律的应用。

（二）过程与方法

1. 体会科学家们实事求是、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，体会描述自然追求简单和谐是科学研究的动力之一；

2.经历科学探究的过程，体验科学探究的思维方法，培养学生观察、分析的能力。

（三）情感态度与价值观

1.通过了解开普勒行星运动定律的科学价值，培养他们体会科学家们实事求是、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。

2.培养学生解决物理问题的科学思维方法，培养学生的创造性思维过程以及初步的观察、分析和概括能力。

教学重难点：

重点：

理解和掌握开普勒行星运动定律，认识行星的运动。

难点：

开普勒三定律内容的理解及应用。

教学过程：

一、导入新课：

不同行星都在各自的轨道上绕太阳运行，行星运行的轨道有怎样的特点？行星绕太阳运行的周期与距离太阳的远近是否存在某种关系？

二、讲授新课：

自远古以来，当人们仰望星空时，天空中壮丽璀璨的景象便吸引了他们的注意。智慧的头脑开始探索星体运动的奥秘。到了 17 世纪，牛顿以他伟大的工作把天空中的现象与地面上的现象统一起来，成功地解释了天体运行的规律。时至今日，上千颗人造地球卫星正在按照万有引力定律为它们“设定”的轨道绕地球运转着。牛顿发现的万有引力定律取得了如此辉煌的成就，以至于阿波罗 8 号从月球返航的途中，当地面控制中心问及“是谁在 驾驶”的时候，宇航员回答：“我想现在是牛顿在驾驶。

这一章我们将学习对人类智慧影响至为深远、在天体运动中起着决定性作用的万有引力定律，并了解它的发现历程和在人类开拓太空中的作用。

1、地心说与日心说之争

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。

地心说是长期盛行于古代欧洲的宇宙学说。它最初由古希腊

学者欧多克斯在公元前三世纪提出，后来经托勒密（90-168）进一步发展而逐渐建立和完善起来。

2）日心说

随着天文观测不断进步，“地心说”暴露出许多问题。

逐渐被波兰天文学家哥白尼(1473-1543)提出的“日心说”

所取代。波兰天文学家哥白尼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”。

3）第谷的天文学观测

4）开普勒的天文学观测

德国的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

及观测数据，也是以行星绕太阳做匀速圆周运动的模型来思考和计

算的，因为不管是“地心说”还是“日心说”，都把天体运动看得

很神圣，认为天体运动必然是最完美、最和谐的匀速圆周运动。但

结果总是与第谷的观测数据有8′的角度误差.当时公认的第谷的观

测误差不超过2′,开普勒想，天体运动很可能不是匀速圆周运动.在

这个大胆思路下，开普勒又经过四年多的刻苦计算，先后否定了19

种设想，最后终于计算出行星是绕太阳运动的，并且运动轨迹为椭圆，证明了哥白尼的“日心说”是正确的.并总结为行星运动三定律。

2、开普勒定律

1）开普勒第一定律（轨道定律）

（1）内容：所有行星绕太阳的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上。

（2）对开普勒第一定律的理解：

  ①行星绕太阳运行的轨道严格来说不是圆而是椭圆 ；

  ②太阳不在椭圆的中心，而是在其中一个焦点上 ；

  ③行星与太阳间的距离是不断变化的。

做一做：绘制椭圆

可以用一条细绳和两只图钉来画椭圆。如图7.1-1，把白纸铺在木板上，然后按上图钉。把细绳的两端系在图钉上，用一支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圓，图钉在纸上留下的痕迹叫作椭圆的焦点。

思考讨论：保持绳长不变，当两焦点不断靠近时，椭圆形状如何变化？ 焦点重合时，半长轴转变为什么？

当两焦点不断靠近时椭圆形状逐渐趋近于圆，焦点重合时，半长轴转变圆的半径。

2）开普勒第二定律：（面积定律）

（1）内容：对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相等。

（2）对开普勒第二定律的理解：

当行星离太阳比较近时，运动速度比较大，而离太阳比较远时速度比较小；在近日点速度最大，远日点速度最小。

3）开普勒第三定律（周期定律）

（1）内容：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。

若用 a 代表椭圆轨道的半长轴，T 代表公转周期，开普勒第三定律

比值k是一个对所有行星都相同的常量。

（2）应用开普勒第三定律解题的步骤

①判断两个行星的中心天体是否相同，只有对同一个中心天体开普勒第三定律才成立。

②明确题中给出的周期关系或半径关系。

③根据开普勒第三定律＝＝k列式求解。

4）关于开普勒定律的几点说明

①开普勒定律不仅适用于行星，也适用于卫星，只不过此时比值 k 是由行星质量所决定的另一恒量。

②行星的轨道都跟圆近似，因此计算时可以认为行星是做匀速圆周运动。

5）开普勒三定律近似处理
（1）行星绕太阳运动的轨道十分接近圆，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（或线速度）不变，即行星做匀速圆周运动。

（3）所有行星轨道半径 r 的三次方跟它的公转周期 T 的二次方的比值都相等，即 r3/T2 ＝k。

6）太阳系八大行星的轨道示意图

练习：见ppt

【板书设计】

7.1  行星的运动

一、 地心说与日心说之争

二、 开普勒定律

1、开普勒第一定律（轨道定律）

所有行星绕太阳的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上。

2、开普勒第二定律（面积定律）

对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相等。

3、开普勒第三定律（周期定律）

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。

比值k是一个对所有行星都相同的常量。

【教学反思】