2024-2025学年新教材高中物理 第七章 万有引力与宇宙航行 1 行星的运动（1）教案 新人教版必修2

2024-2025学年新教材高中物理第七章万有引力与宇宙航行1行星的运动（1）教案新人教版必修2科目授课时间节次--年—月—日（星期——）第—节指导教师授课班级、授课课时授课题目（包括教材及章节名称）2024-2025学年新教材高中物理第七章万有引力与宇宙航行1行星的运动（1）教案新人教版必修2教学内容分析本节课的主要教学内容来自2024-2025学年新教材高中物理第七章“万有引力与宇宙航行”的第一节“行星的运动（1）”。教学内容围绕开普勒行星运动定律展开，包括第一定律（椭圆轨道定律）、第二定律（面积速率定律）和第三定律（调和定律）。这些内容与学生已有知识——牛顿运动定律和圆周运动的基本概念相联系。学生通过之前的学习，已经掌握了加速度、向心力以及它们在圆周运动中的应用，行星运动定律的引入将使学生对天体运动有更深入的理解，并将物理学原理扩展到更广阔的宇宙领域。核心素养目标分析本节课的核心素养目标旨在通过行星运动的学习，深化学生对物理学科本质的理解，提升科学探究能力和科学思维能力。首先，学生将通过探究开普勒行星运动定律，发展模型建构与科学推理的能力，从而理解并能够运用物理模型解释自然现象。其次，通过对定律的推导与应用，培养学生定量分析问题的能力，加强数学与物理之间的联系，促进数学素养的提升。

此外，课程强调实践与创新，学生将通过对行星运动模拟实验的设计与实施，锻炼实验操作和数据分析的能力，增强科学探究的实践体验。在小组合作交流的过程中，提升沟通交流和团队协作的能力，培养合作精神和社会责任感。重点难点及解决办法本节课的重点包括：理解并掌握开普勒第一定律（椭圆轨道定律）、第二定律（面积速率定律）和第三定律（调和定律）。难点主要是对开普勒定律背后的物理原理的理解，以及如何将这些定律应用到实际问题中。

解决方法与突破策略：

1.对于重点内容的掌握，通过以下步骤进行：

-利用多媒体动画演示行星的椭圆轨道运动，帮助学生形象理解第一定律。

-通过物理实验或计算机模拟，让学生观察并验证第二定律中的面积速率恒定性。

-通过数学推导和实例分析，引导学生理解第三定律中行星轨道周期与半长轴的关系。

2.针对难点的突破策略：

-对于物理原理的理解，设计课堂讨论环节，鼓励学生提出问题，通过小组合作探讨和解释行星运动背后的原因。

-应用问题解决方面，提供具有实际背景的例题，引导学生运用定律解决具体问题，同时安排课后习题，巩固知识点。

-对于数学推导部分，提供详细的步骤和图解，帮助学生逐步理解复杂的数学关系。教学方法与手段教学方法：

1.讲授法：结合课本内容，通过生动的语言和丰富的物理现象，向学生阐述开普勒行星运动定律的基本概念和物理意义。通过讲解，使学生理解定律的发现历程，体会科学家的探究过程，激发学生的科学思维。

-在讲解过程中，穿插历史故事和科学家的事迹，增强学生的学习兴趣。

-利用提问方式引导学生思考，促进学生主动参与课堂。

2.讨论法：针对行星运动定律的物理原理和应用问题，组织学生进行小组讨论，鼓励学生发表自己的观点，培养合作精神和解决问题的能力。

-设计具有挑战性的问题，激发学生的探究欲望。

-引导学生通过讨论，相互启发，共同解决问题。

3.实验法：通过物理实验和计算机模拟，让学生亲身体验行星运动的过程，提高学生的实验操作能力和数据分析能力。

-设计行星运动实验，让学生观察并验证开普勒定律。

-利用计算机软件模拟行星运动，帮助学生更好地理解定律。

教学手段：

1.多媒体设备：利用投影仪、计算机等多媒体设备，展示行星运动的动画、图片和实验视频，使抽象的物理概念形象化，提高教学效果。

-使用动画演示行星在椭圆轨道上的运动，帮助学生直观理解第一定律。

-展示实验操作过程，让学生了解实验细节，提高实验成功率。

2.教学软件：运用物理学仿真软件，如PhET、Geogebra等，让学生在虚拟环境中探究行星运动，提高学生的学习兴趣和主动性。

-利用PhET等软件，设计互动式学习任务，让学生在探究中掌握定律。

-结合Geogebra软件，让学生动态观察行星运动，提高对定律的理解。

3.网络资源：利用互联网资源，拓展学生的知识视野，提高学生的科学素养。

-推荐科普文章和视频，帮助学生了解行星运动定律在现实生活中的应用。

-引导学生查阅相关资料，培养信息检索和自主学习能力。教学实施过程1.课前自主探索

-教师活动：

发布预习任务：通过学校在线学习平台，发布关于开普勒行星运动定律的预习资料，包括PPT、科普视频和预习指南，明确预习目标和要求。

设计预习问题：围绕“行星的运动”，设计问题如“为什么行星的轨道是椭圆形状？”和“开普勒第二定律如何体现面积速率恒定？”引导学生自主思考。

监控预习进度：通过学习平台的数据反馈，了解学生的预习情况，及时调整教学计划。

-学生活动：

自主阅读预习资料：学生按照预习指南，阅读资料，初步理解开普勒行星运动定律。

思考预习问题：学生针对预习问题进行思考，记录下自己的理解和新产生的疑问。

提交预习成果：学生将笔记、思维导图或疑问通过平台提交，为课堂讨论做好准备。

-教学方法/手段/资源：

-自主学习法：鼓励学生独立探索新知识，培养自主学习能力。

-信息技术手段：利用在线平台实现资源共享和进度监控。

-作用与目的：

-帮助学生提前接触新知识，为课堂学习打下基础。

-培养学生的独立思考和自主学习能力。

2.课中强化技能

-教师活动：

导入新课：通过讲述开普勒的研究故事，引起学生对行星运动定律的兴趣。

讲解知识点：详细讲解开普勒三大定律，结合实际天体运动例子，帮助学生理解定律的物理意义。

组织课堂活动：设计小组讨论和计算机模拟实验，让学生在互动中掌握定律的应用。

解答疑问：针对学生提出的疑问，进行一对一或集体解答。

-学生活动：

听讲并思考：认真聆听教师的讲解，主动提出问题。

参与课堂活动：在小组讨论中积极发言，通过计算机模拟实验观察定律的验证过程。

提问与讨论：对于不懂的问题大胆提问，参与课堂讨论。

-教学方法/手段/资源：

-讲授法：通过讲解和实例分析，帮助学生深入理解定律。

-实践活动法：通过小组讨论和实验，培养学生的实践操作能力。

-合作学习法：通过团队合作，增强学生的沟通和协作能力。

-作用与目的：

-加深学生对行星运动定律的理解，掌握应用技能。

-通过实践活动，提升学生的动手能力和问题解决能力。

-培养学生的团队合作意识和沟通能力。

3.课后拓展应用

-教师活动：

布置作业：根据课堂内容，布置相关的习题和思考题，巩固学生对定律的理解。

提供拓展资源：推荐与行星运动相关的书籍、网站和视频，鼓励学生进行深入学习。

反馈作业情况：及时批改作业，给予学生个性化反馈和指导。

-学生活动：

完成作业：认真完成作业，巩固课堂所学知识。

拓展学习：利用教师提供的资源，进行知识的拓展和深化。

反思总结：对学习过程进行反思，总结学习收获和不足，提出改进措施。

-教学方法/手段/资源：

-自主学习法：鼓励学生自主完成作业和拓展学习。

-反思总结法：指导学生进行自我反思，促进学习方法的改进。

-作用与目的：

-巩固学生对开普勒行星运动定律的理解和运用。

-通过拓展资源，拓宽学生的知识视野。

-通过反思和总结，提升学生的学习策略和自我管理能力。拓展与延伸1.拓展阅读材料：

-《宇宙的奥秘：从地心说到日心说》，了解行星运动定律发现的历史背景，以及科学家们如何从地心说逐步转向日心说的过程。

-《开普勒定律与现代天文学》，探讨开普勒定律在现代天文学中的应用，以及它们对人类探索宇宙的重要性。

-《天体力学基础》，深入介绍天体力学的基本原理，包括牛顿定律、万有引力定律在天体运动中的应用。

-《航天器轨道设计原理》，通过实际案例，了解开普勒定律在航天工程中的应用，如卫星轨道设计和宇宙飞船的航行。

2.课后自主学习和探究：

-研究行星运动定律在航天领域的应用，如卫星发射和行星探测器任务。

-探索其他天体的运动规律，如彗星、小行星的运动特点。

-调查现代天文学研究中的新发现，如系外行星的探测，以及这些发现对开普勒定律的验证和拓展。

-分析天体运动中的异常现象，如近日点进动、轨道离心率的长期变化，了解这些现象背后的物理原因。

-设计实验或计算机模拟，验证开普勒定律在不同条件下的适用性，如在不同引力场中的行星运动。

-研究行星运动定律在天文观测中的应用，如如何利用开普勒定律来推断恒星的质量和轨道参数。课后拓展1.拓展内容：

-阅读材料：《从开普勒到牛顿：经典力学的建立》，了解开普勒定律如何为牛顿的经典力学打下基础，以及两者之间的联系。

-视频资源：《宇宙之旅：行星运动探秘》，通过动画形式展示行星运动的规律，以及开普勒定律在现代天文探测中的应用。

-实践项目：设计一个小型的天文观测计划，如观测月球、行星的位置变化，并尝试运用开普勒定律进行数据分析。

-研究报告：选择一个或几个行星，研究其轨道特点、公转周期等，撰写一份关于行星运动的研究报告。

-科普文章：《天体运动与时间计量》，探讨天体运动如何影响人类的时间计量，如日、月、年的定义。

-学术论文：阅读有关行星运动研究的学术论文，了解当前天文学界对行星运动规律的最新研究成果。

2.拓展要求：

-鼓励学生在课后选择感兴趣的拓展内容进行自主学习，加深对行星运动定律的理解。

-教师提供阅读材料、视频资源和指导建议，帮助学生选择适合自己水平的拓展项目。

-学生在完成拓展学习后，需提交相关的学习成果，如阅读笔记、观测报告、研究论文等。

-教师对学生的拓展成果进行评价和反馈，提供必要的指导和帮助，解答学生在拓展过程中遇到的疑问。

-鼓励学生分享自己的拓展成果，进行课堂交流，促进知识的共享和深化。

-鼓励学生参与学校或社区的天文俱乐部、科学竞赛等活动，将所学知识应用于实际，提高实践能力。课堂小结，当堂检测一、课堂小结：

1.开普勒行星运动定律概述：回顾开普勒第一定律（椭圆轨道定律）、第二定律（面积速率定律）和第三定律（调和定律）的基本内容和意义。

2.行星运动定律的发现历程：简要介绍开普勒如何通过对第谷·布拉赫的天文观测数据进行深入研究，最终发现了行星运动的规律。

3.行星运动定律在现代天文学中的应用：强调开普勒定律在天文观测、航天工程等领域的重要作用，以及它们对人类认识宇宙的贡献。

4.行星运动定律与牛顿力学的联系：指出开普勒定律为牛顿力学的建立奠定了基础，并简要阐述两者之间的关系。

二、当堂检测：

1.判断题：判断下列说法是否正确，并说明理由。

-行星沿椭圆轨道运动，太阳位于椭圆的一个焦点上。（正确）

-行星在轨道上的面积速率是恒定的。（正确）

-行星的公转周期与半长轴的立方成正比。（正确）

2.填空题：根据开普勒行星运动定律，完成下列填空。

-行星沿______轨道运动，太阳位于椭圆的一个焦点上。（椭圆）

-行星在轨道上的面积速率是______。（恒定）

-行星的公转周期与半长轴的______成正比。（立方）

3.选择题：从下列选项中选出正确答案。

-开普勒行星运动定律是由哪位科学家发现的？(A)牛顿(B)开普勒(C)第谷·布拉赫

答案：(B)开普勒

-开普勒第一定律指出，行星沿______轨道运动。(A)圆形(B)椭圆形(C)抛物线形

答案：(B)椭圆形

-开普勒第三定律表明，行星的公转周期与半长轴的______成正比。(A)平方(B)立方(C)四次方)

答案：(B)立方

4.应用题：根据开普勒行星运动定律，计算地球绕太阳公转的周期。已知地球轨道的半长轴为1天文单位（AU），太阳的质量为1.989×10^30千克，引力常数G为6.674×10^-11N·m^2/kg^2。

解：根据开普勒第三定律，有T^2=k*a^3，其中T为公转周期，a为半长轴，k为常数。将已知数据代入公式，得T^2=(k*1^3)=k，所以T=√k。由于题目未给出k的具体值，我们可以直接使用开普勒第三定律中的比例关系，即T_地球/T_其他行星=(a_地球/a_其他行星)^3/2。假设我们已知某个其他行星的公转周期和半长轴，就可以计算出地球的公转周期。内容逻辑关系①开普勒行星运动定律的发现背景

-重点知识点：第谷·布拉赫的天文观测数据，开普勒对数据的分析

-重点词：第谷·布拉赫，天文观测数据，数据分析

-重点句：开普勒通过对第谷·布拉赫的天文观测数据进行分析，发现了行星运动的规律。

②开普勒行星运动定律的内容

-重点知识点：第一定律（椭圆轨道定律），第二定律（面积速率定律），第三定律（调和定律）

-重点词：椭圆轨道，面积速率，调和定律

-重点句：行星沿椭圆轨道运动，太阳位于椭圆的一个焦点上；行星在轨道上的面积速率是恒定的；行星的公转周期与半长轴的立