高中物理第三章万有引力定律1天体运动教案2教科版必修

1、3.1 天体运动教学过程： 引入 新课教学一、两种学说 问题：你了解太阳系吗？太阳系的基本结构是怎样的？ 学生回答：以太阳为中心天体，依次有水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星（现已不认为是行星）几大行星在各自特定的轨道上运行 展示图片和录像 2 这是我们现在对太阳系的科学认识，但是这个认识的得来相当不易，是人类经历了两千年的时间才认识到的 在古老的宇宙观中，人们认为天是一个盖子，地是一块平板，平板由柱子支撑着，即认为“天圆地方”后来随着人类的观测和思考，人类又有了新的认识 问题：对于天体的运动，有两种具有代表性的学说，是什么？ 学生回答：地心说和日心说 1地心说 内容：

2、地球是宇宙的中心，并且静止不动，一切行星围绕地球做简单而完美的圆周运动 地心说简介： 地心说是亚里士多德提出的，该学说从几何的角度解释天体的运动，把天体复杂的周期现象，分解为若干个简单的周期运动，为每一种简单的周期运动指定一个圆周轨道，或者是一个球形的壳层，天体都在以地球为中心的圆周上做匀速圆周运动 地心说的代表人物是古希腊的天文学家托勒密，他在公元 127151 年进行观测，进一步发展了地心说托勒密设想，各行星都绕着一个较小的圆周运动，而每个圆的圆心则在以地球为中心的圆周上运动他的假设较为完满解释了当时观测到的行星运动情况，并取得了航海上的实用价值，从而被人们广为信奉 2日心说 内容：太阳是

3、宇宙的中心并且静止不动，一切行星都围绕太阳做圆周运动 日心说简介： 日心说的代表人物是哥白尼 1543 年，波兰科学家哥白尼经过 36 年的天文观测和潜心研究，完成了长达 6 卷的科学巨著天体运行论，对日心说有更具体的论述和数学论证此书的出版是科学史上的一次革命，被誉为是“自然科学的独立宣言” 问题：为什么“地心说”能统治这么长的时间呢？ 学生思考，尝试回答 一是圆周轨道的提出，符合亚里士多德的物理学规律；二是符合对一些行星实际观测的结果，偏差很小；三是适应教会的统治 由于观测技术的进步，随着对行星研究的深入，人们感到地心说对天体运动的解释过于复杂和人为化，而日心说对行星运动的解释更为合理 但

4、是限于当时的科学发展水平，哥白尼的日心说也有缺点和错误： 认为太阳是宇宙的中心，实际上，太阳只是太阳系中的一个中心天体，不是宇宙的中心； 沿用了行星在圆形轨道做匀速圆周运动的旧观念，认为行星运动的速度不变 哥白尼的宇宙体系虽然动摇了基督教宇宙体系的根基，但它并没有在天文测算的精确度上有多大提高近代早期最重要的观测工作是由丹麦的第谷进行的第谷连续 20 多年对天体进行观测并有准确记录 二、开普勒定律 问题：观察地心说和日心说数学图景，它们在描绘星体运动轨道时的共同点是什么？ 学生回答：轨道都是圆周 日心说与地心说一样，都认为星体的运动是简单而完美的圆周运动 1开普勒的研究 德国物理学家开普勒继承

5、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，但结果总是与第谷的观测数据有偏差 开普勒开始对匀速圆周运动产生了怀疑 他先后否定了多种设想，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，总结出行星运动的三条定律 2开普勒三定律 （ 1 ）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椭圆轨道定律 行星运动的轨道不是正圆，行星与太阳的距离一直在变 有时远离太阳，有时靠近太阳 它的速度大小、方向时刻在改变 幻灯片展示（在这个环节里，可以使用细绳，演示画椭圆的方法） （ 2 ）第二定律： 对于每一个行星，太阳和

6、行星的连线（矢径）在相等的时间内扫过的面积相等面积定律 问题：如果相等的时间内矢径扫过的面积不同，说明什么？ 学生回答：行星在其椭圆轨道上何时运动的快慢不同如近日点附近比远日点附近运动速度的要大些 （ 3 ）第三定律： 所有行星的轨道半长轴的三次方公转周期的二次方的比值是一个常数 周期定律 用 R 表示椭圆的半长轴， T 表示公转周期，表达式为： 问题：这里的 有可能与什么有关呢？ 学生活动：教材第 45 页表格 将全班学生分为九组，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 问题：第三定律告诉

7、我们什么？ 学生回答：由开普勒第三定律， R 越大，则 T 越大可见，行星离太阳越远，周期越长 说明： 开普勒第三定律对所有行星都适合 对于同一颗行星的卫星，也符合这个规律 比如，绕地球运行的月球与人造卫星，都符合这一定律 在近似计算时可认为行星绕太阳做匀速圆周运动，这时用 R 表示圆周半径， T 表示公转周期 3开普勒研究天文学方法的特点 问题：与前人相比开普勒关于天文学的研究方法有哪些特点？ 以科学观察为依据， 从事实本身去寻求运动原因 用几何和代数的语言即以数学公式来表达物理定律并获得成功（开普勒定律的表述是在科学史上物理定律应用于物体运动的第一个例子，也是运动物体动力学和数学紧密联系的

8、第一个例子自开普勒时代起，方程就作为物理定律的数学表示式自然地发展起来） 学生活动：阅读教材第 44 页最后一段，总结并体会开普勒定律的重要意义 开普勒定律以极简明的结论代替了庞大复杂的系统，使得对行星轨道半径和位置的计算工作大大简化行星运动三定律的发现为天文学的发展奠定了基础 本课小结地心说、日心说存在的问题，是与当时的科学观测水平及人类的思想认识有限有着必然的关系，不能简单地评价们对或错，这是人类认识自然世界必然经历的一个过程，即由感性认识到理性认知的提升可以说正是这些理论的提出，激发了人类对于宇宙和科学的探索欲望，从而推动了科学的发展 今天我们以太阳系中的行星为例研究了天体的运动规律，实

9、际上太阳系只是浩瀚宇宙中很小的一部分人类对宇宙天体的观测和探索从没停止过，而且已经取得了很大成果，希望同学们认真学习，继续探索、研究宇宙 课后思考题行星围绕太阳在各自特定的椭圆轨道上运行，由我们前面学过的曲线运动的知识，一定有力在维持行星的运动，这会是什么力呢？请你通过预习下节的内容，找到这个答案 板书设计 第一章 万有引力定律 第一节 天体运动 教学流程图：学习效果评价： （略）根据教学实际来设计 教学反思： 1突出教师的主导地位和学生的主体地位 在这节课中教师是课堂的主导者，学生并不只是被动地接受知识，而是在教师所设定的问题环节中一步步通过思考获得知识，这一点充分体现了以学生为主体的课堂教学模式 同时这样的学习模式，更能激发学生的求知欲望，培养他们独立思考问题的能力 2以问题为主线，借助多媒体手段创设物理情景，帮助学生在生动的环境中理解知识 3充分锻炼学生自我学习能力 教师在课前安排学生阅读课文，通过网络和其他书籍查找天体方面的知识，让学生充分与教材接触，学会自己学习，查找资料为了学生有明确的自学方向，教师可在课前布置一些与本节课有关的问题，同时与课堂中设置的问题相呼应，