2022年高中物理万有引力与宇宙航行行星的运动教案新人教版必修

行星的运动教学设计科目物理课题行星的运动课时1课时教学目标与核心素养一．知识与技能1.了解人类对行星运动规律的认识历程；了解观察的方法在认识行星运动规律中的作用；2.知道开普勒行星运动定律，知道开普勒行星运动定律的科学价值，了解开普勒第三定律中k值的大小只与中心天体有关；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。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、难点教学重点：1.从空间分布认识开普勒第一定律；2.从速度大小变化认识开普勒第二定律。教学难点：1.理解开普勒第三定律；2.开普勒行星运动定律的应用。教学准备课件演示教学过程教师活动学生活动设计意图导入新课：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?【教师提出问题】在古代，人们对于天体的运动存在着地心说和日心说两种对立的看法。地心说认为地球是宇宙的中心，是静止不动的，太阳、月球以及其他星体都绕地球运动。它符合人们的直接经验。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，似乎与人们的生活经验不相符经过长期论争，日心说战胜了地心说，最终被接受。无论地心说还是日心说，古人都把天体的运动看得很神圣，认为天体的运动必然是最完美、最和谐的匀速圆周运动。行星运动果真如此吗?讲授新课：（1）开普勒定律【教师引导】德国天文学家开普勒用20年的时间研究了丹麦天文学家第谷的行星观测记录，发现如果假设行星的运动是匀速圆周运动，计算所得的数据与观测数据不符;只有假设行星绕太阳运动的轨道不是圆，而是椭圆，才能解释这种差别。他还发现了行星运动的其他规律。开普勒分别于1609年和1619年发表了他发现的下列规律，后人称为开普勒行星运动定律。【教师补充】开普勒第一定律内容：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。【思考与讨论】开普勒第一定律告诉我们:行星绕太阳运行的轨道严格来说不是圆而是椭圆;太阳不在椭圆的中心，而是在其中一个焦点上;行星与太阳间的距离是不断变化的。【学生实践】可以用一条细绳和两只图打来画椭圆。如图，把白纸铺在木板上，然后按上图钉。把细绳的两端系在图打上，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圆，图钉在纸上留下的痕迹叫作椭圆的焦点。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？【教师补充】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的时间内扫过的面积相等。开普勒第三定律所有行星轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比都相等。【教师引导思考】开普勒三定律如何解读，如何理解？三个定律各自适合什么情况解决问题？【学生讨论】小组讨论，发言【教师总结】开普勒第一定律指明了太阳的位置和行星轨道的特点；开普勒第二定律揭示了同一行星在距太阳不同距离时运动快慢的规律；开普勒第三定律揭示了不同行星运动的周期规律。开普勒行星运动定律不仅适用于行星围绕太阳运转，也适用于卫星绕行星运转。在开普勒第三定律中，同一天体系统中k值相等,但在不同的天体系统中，k值不相等，k值的大小由系统的中心天体决定。【教师补充】实际上，行星的轨道与圆十分接近，在中学阶段的研究中我们可按圆轨道处理。这样就可以说: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。（2）对开普勒行星运动定律的理解【分析思考】从空间分布方面分析思考开普勒第一定律如何解决天体运动问题？【教师总结】从空间分布认识开普勒第一定律：(1)各行星的椭圆轨道尽管大小不同，但是太阳总处在所有轨道的一个共同焦点上。(2)不同行星轨道的半长轴是不同的。(3)行星的椭圆轨道都很接近圆，中学阶段在分析处理天体运动问题时，可以将行星轨道作为圆来处理。这是一种突出主要因素、忽略次要因素的理想化方法，是研究物理问题的常用方法。【教师提问】开普勒第二定律如何从速度大小变化方面分析？如图所示，可以根据图示分析。【教师引导】认识开普勒第三定律的表达式，其中的k是常量，与什么因素有关？【教师总结】从速度大小变化认识开普勒第二定律：如图，行星沿椭圆轨道运行，太阳位于椭圆的一个焦点上，如果时间间隔相等，即，那么面积。由此可见，行星在远日点的速率最小，在近日点的速率最大。开普勒第三定律：（1）表达式，其中a是椭圆轨道的半长轴，T为公转周期，k是与太阳质量有关而与行星无关的常量。(2)行星的椭圆轨道都很接近圆。在近似的计算中，可以认为行星以太阳为圆心做匀速圆周运动。若用r代表轨道半径，T代表周期，开普勒第三定律可以写成。(3)知道了行星到太阳的距离，就可以由开普勒第三定律计算或比较行星绕太阳运行的周期；反之，知道了行星的周期，也可以计算或比较其到太阳的距离。【教师补充】比较行星轨道上不同点的速度大小，用开普勒第二定律；涉及椭圆轨道的周期问题，用开普勒第三定律。课堂练习：1、关于行星的运动,下列说法正确的是(

)A.关于行星的运动,早期有“地心说”与“日心说”之争,“日心说”理论是完美无缺的

B.所有行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆,且近日点速度小,远日点速度大

C.开普勒第三定律,式中k的值仅与中心天体的质量有关

D.卫星围绕行星运动不满足开普勒第三定律答案：C2、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.太阳是静止不动的,地球和其他行星都绕太阳运动

C.地球是绕太阳运动的一颗行星

D.日心说和地心说都是与事实不吻合答案：CD3、某行星绕太阳运行的椭圆轨道如图所示，F1和F2是椭圆轨道的两个焦点，行星在A点的速率比在B点的大，则太阳是位于（）A．F1B．F2C．AD．B答案：A4、关于行星绕太阳运动的下列说法中正确的是(

)A.所有行星都在同一椭圆轨道上绕太阳运动

B.行星绕太阳运动时太阳位于行星轨道的中心处

C.离太阳越近的行星的运动周期越长

D.所有行星的轨道半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等答案：D5、如图所示为中国首颗量子科学实验卫星“墨子号”绕地球E运动的椭圆轨道,地球E位于椭圆的一个焦点上。轨道上标记了“墨子号”卫星经过相等时间间隔(,T为运行周期)的位置。如果作用在卫星上的力只有地球E对卫星的万有引力,则下列说法正确的是()A.阴影部分面积B.卫星在A点的速度小于在B点的速度C.,其中C为常量,a为椭圆半长轴D.，,其中为常量,b为椭圆半短轴答案：C学生观察图片思考讨论学生经过老师引导，思考行星绕太阳运动的轨道需要学生动手实践小组间讨论开普勒三定律内容，并且用物理知识解答说明通过思考与讨论，正确的认识开普勒三大定律的内容总结开普勒运动定律的应用学生练习学生练习通过生活中常见知识，激发学生的学习兴趣，引出本节课题通过联系之前已知的知识，思考行星运动的规律锻炼学生的动手的能力理解开普勒定律的内容，了解定律适用条件引导学生自主总结开普勒定律适用情况锻炼学生的理解和解决实际的能力，掌握开普勒运动