《第01节万有引力定律》教学设计(广东省县级优课)-物理教案

第1节万有引力定律第一课时行星的运动【知识与技能】（1）知道地心说和日心说的基本内容；（2）知道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；（3）知道所有行星的轨道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，且这个比值与行星的质量无关，但与中心天体的质量有关；（4）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。【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不同认识，了解人类认识事物本质的曲折性并加深对行星运动的理解。【情感态度与价值观】（1）澄清对天体运动裨秘、模糊的认识，掌握人类认识自然规律的科学方法。（2）感悟科学是人类进步不竭的动力。【教学重难点】理解和掌握开普勒行星运动定律，认识行星的运动。【教学过程】一、引入同学们，在前面的学习中我们已经学习了圆周运动，请同学们想想我们生活中有哪些圆周运动呀？（集体回答）在我们生活中还有这种运动也可以近似看成圆周运动（视频播放），那究竟行星运动有怎样的规律呢，接下来就进入我们今天的学习——行星的运动。自古以来，当人们仰望星空时，天空中壮丽璀璨的现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。直到二十一世纪的今天，科学迅猛发展，人类终于能够飞出地球，登上月球。还能飞向万籁俱寂的茫茫太空，探索更遥远的星球。但你可知道：人类走到这一步经过了多少艰辛曲折？二、地心说与日心说在我们生活的太阳系中，有八大行星，有哪八大行星？（请同学单独回答）最初的人们开始探索思考天体是怎么运动是通过直接的感性认识，如：太阳、月亮从东边升起，从西边落下。咦，和我们看到的是一样的，那换作是我们，我们也会不自觉的认为地球是宇宙的中心，是静止不动的，太阳月亮等各星体都围绕地球做简单的完美的圆周运动。——地心说，代表人物古希腊的托勒密。但是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.再加上第谷等科学家经过长期观测及记录的大量的观测数据，用托勒密的“地心说”模型很难得出完美的解答.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围绕自己的轴线旋转一周呢？他假设地球并不是宇宙的中心，它与其他行星都是围绕着太阳做匀速圆周运动.这就是“日心说”的模型。日心说认为太阳是宇宙的中心，且太阳是静止不动的，地球和其它行星都绕太阳做简单而完美的圆周运动。两种学说斗争的时间很长，从日心说提出到被世人所接受经历了三个世纪之久，三个世纪相当于三生三世呀，在这其中地心说占据统治地位的时间较长，因为它比较符合人们的日常经验，但是最终日心说战胜了地心说，因为好多“地心说”不能解析的现象“日心说”则能说明，也就是说，“日心说”比“地心说”更科学、更接近事实.例如：若地球不动，昼夜交替是太阳绕地球运动形成的.那么，每天的情况就应是相同的，而事实上，每天白天的长短不同，冷暖不同.而“日心说”则能说明这种情况：白昼是地球自转形成的，而四季是地球绕太阳公转形成的。虽然“地心说”符合人们的经验，但它还是错误的.进而说明“眼见为实”的说法并非绝对正确.例如：我们乘车时观察到树木在向后运动，而事实上并没有动(相对于地面).从目前科研结果和我们所掌握的知识来看，“日心说”也并不是绝对正确的，因为太阳只是太阳系的一个中心天体，而太阳系只是宇宙中众多星系之一，所以太阳并不是宇宙的中心，也不是静止不动的.“日心说”只是与“地心说”相比更准确一些罢了。可见，科学是在不断进步、更新的，在真理的探索过程中，科学家们付出的艰辛是显而易见的，其中科学家布鲁诺就因为坚持科学被宗教处以火刑（可为同学们普及哥白尼的日心说观点是他死后发表的，所以哥白尼没有被处死，而布鲁诺勇于阐述，敢于牺牲）。这种崇尚科学，追求真理的精神值得我们学习！开普勒三大定律那么对与天体怎么运动这个问题，日心说与地心说都只是前人的一种猜想与假设，而伽利略发明的望远镜为“日心说”的证实打下了坚实的基础。在哥白尼去世后三年，科学史上诞生了一位星学奇才——第谷（简要介绍其成就），第谷善于观测，而另一位科学家开普勒却有极高的数学天赋（简要介绍开普勒），他在研究第谷的火星轨道观测数据时，经过长时间计算，进行了70多次尝试，发现他的计算数据始终和第谷的观测数据有8′的偏差，他否定了19种假设，最终发现只有假设轨道是椭圆才能解释这一问题（灌输提出问题——假设、猜想——论证的物理方法与思想）。开普勒第一定律（轨道定律）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。普及椭圆知识，感受行星运动轨迹：——学生演示太阳行星太阳行星FaO开普勒第二定律（面积定律）开普勒对第谷的观测数据研究了长达20年的时间，在他发现了开一定律后，他又发现了开普勒第二定律和开普勒第三定律。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相等的面积。1、分析近日点与远日点速度大小关系（学生分析回答） 得出结论：近日点速度大，远日点速度小2、观察春夏秋冬日期时间统计表年份春分夏至秋分冬至20063/216/219/2312/2220073/216/229/2312/2220083/206/219/2212/2120093/206/219/2312/2209年春天（

天）夏天（

天）秋天（

天）冬天（

天）（学生分组计算，分析回答）（以09年为例）春天：93天夏天：94天秋天：90天冬天：88天结论：四季的时间是不相等的，地球绕太阳的运动并不是完美的匀速圆周运动例、如图所示是行星m绕恒星M运动的情况示意图，则下面的说法正确的是：A、速度最大的点是B点B、速度最小的点是C点C、m从A到B做减速运动D、m从B到A做减速运动MABmDC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它的公转周期的二次方的比值都相等。行星半长轴(x106km)公转周期(天)K值水星57.987.973.36×1018金星108.2224.73.36×1018地球149.63653.36×1018火星227.96873.36×1018木星77843333.36×1018土星1427107603.36×1018天王星2877307993.36×1018同步卫星0.042411.02×1013月球0.384427.3221.02×1013a：半长轴T：公转周期分析表格数据，得出结论（学生分析）k值与中心天体有关，而与环绕天体无关补充强调：（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是由中心天体所决定的另一恒量。（2）开普勒定律是总结行星运动的观察结果而总结归纳出来的规律，它们每一条都是经验定律。行星运动近似处理方法行星的轨道与圆十分接近，在高中我们一般按圆处理，因此：１、行星绕太阳运动的轨道十分接近圆，太阳处在圆心。２、行星绕太阳做匀速圆周运动。３、所有行星的轨道半径的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等。总体来说，就是变速椭圆运动作为匀速圆周运动处理，对应的半长轴即为圆的半径。例1、关于开普勒行星运动的公式，以下说法正确的是（）A.k是一个与行星无关的常数B.不同星球的行星，k值可能不同C.T表示行星运动的自转周期D.T表示行星运动的公转周期例2、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年小结开普勒第一定律（轨道定律）所有行星分别在大小不同的椭圆轨道上绕太阳运动，太阳是在这些椭圆的其中一个焦点上。开普勒第二定律（面积定律）太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积。即近日点速率最大，