2024-2025学年高中物理 第六章 万有引力与航天 1 行星运动（1）教案 新人教版必修2

2024-2025学年高中物理第六章万有引力与航天1行星运动（1）教案新人教版必修2授课内容授课时数授课班级授课人数授课地点授课时间教材分析《2024-2025学年高中物理第六章万有引力与航天1行星运动（1）教案新人教版必修2》课程内容紧密围绕新人教版必修2中万有引力与航天章节，重点探讨行星运动规律。本节课以开普勒定律为基础，结合教材中有关行星运动的理论与实例，引导学生探究行星运动的规律性，理解开普勒三大定律的内涵及其在航天领域的应用。通过本节课的学习，学生将对行星运动有更深入的认识，并为后续学习万有引力定律及其在天体力学中的应用打下坚实基础。教学内容与教材紧密结合，确保学生所获知识具有实用性和系统性。核心素养目标本节课旨在培养学生的物理学科核心素养，特别是科学思维与科学探究能力。通过深入学习行星运动规律，学生将掌握以下核心素养目标：运用物理知识解释自然现象，培养模型构建与科学推理能力；运用数学工具描述物理过程，提高数据分析与解决问题的能力；理解科学本质，形成质疑、探究、创新的精神。此外，通过小组合作与讨论，学生将增强团队合作意识，提升交流表达能力，为培养具有创新精神和实践能力的社会主义建设者奠定基础。教学内容与核心素养目标紧密关联，确保学生在掌握知识的同时，实现全面发展。学习者分析1.学生已经掌握了相关知识：在学习本节课之前，学生已通过之前的学习掌握了牛顿运动定律、圆周运动的基本概念，以及简单的天体运动知识。他们能够运用这些知识分析一些基本的物理现象，并理解物体运动的基本规律。

2.学生的学习兴趣、能力和学习风格：高中阶段的学生通常对探索宇宙和天体运动具有浓厚的兴趣。他们在数学和逻辑推理方面具备一定的基础能力，能够进行复杂的数学运算和逻辑分析。学生的学习风格多样，有的擅长通过图像和模型理解概念，有的则更倾向于通过公式和逻辑推理来解决问题。

3.学生可能遇到的困难和挑战：在理解行星运动的三大定律时，学生可能会对开普勒定律中的一些抽象概念感到难以掌握，如椭圆轨道的理解、面积速率和调和定律的应用。此外，将理论知识应用到实际问题中，如计算行星轨道参数和运行周期，可能需要较高的数学解题能力和物理模型构建能力，这对部分学生来说可能是一个挑战。同时，对于万有引力与行星运动之间的联系，学生可能需要更多的引导和实践来深入理解。教学资源准备1.教材：确保每位学生都备有新人教版必修2物理教材，以便在课堂上随时翻阅参考。提前指导学生预习教材中关于行星运动的相关章节，为课堂学习打下基础。

2.辅助材料：

-准备行星运动轨迹、开普勒定律的动态演示图片和图表，帮助学生直观理解行星运动的规律。

-搜集宇宙探索和行星探测的视频资料，激发学生学习兴趣，拓展知识视野。

-精选一些有关天体运动的科普文章，供学生在课后阅读，加深对行星运动知识的理解。

-设计并打印学习任务单，引导学生在课堂上进行自主学习与合作探究。

3.实验器材：

-准备行星模型、地球仪等教具，帮助学生形象地了解行星运动的特点。

-若条件允许，可准备天文望远镜，让学生在课后进行实际观测，加深对行星运动规律的理解。

-确保实验器材的安全性，对涉及电、热等安全风险的器材进行严格检查，并在使用过程中注意安全指导。

4.教室布置：

-将教室划分为教师演示区、学生实验操作台、分组讨论区等不同功能区域，以便于开展多样化的教学活动。

-在教室墙壁上张贴行星运动轨迹图、开普勒定律公式等，为学生营造一个充满物理学科氛围的学习环境。

-确保教室光线充足，投影仪、计算机等多媒体设备正常运行，以便在课堂上顺利展示辅助材料。教学流程一、导入新课（用时5分钟）

同学们，今天我们将要学习的是《行星运动》这一章节。在开始之前，我想先问大家一个问题：“你们是否注意过，为什么天上的星星有的移动得快，有的移动得慢？”这个问题与我们将要学习的行星运动规律密切相关。通过这个问题，我希望能够引起大家的兴趣和好奇心，让我们一同探索行星运动的奥秘。

二、新课讲授（用时10分钟）

1.理论介绍：首先，我们要了解行星运动的基本概念。行星运动是指行星在太阳引力作用下的运动规律。这些规律是理解宇宙中天体运动的基础，对于航天技术的发展具有重要意义。

2.案例分析：接下来，我们来看一个具体的案例。通过分析地球围绕太阳的运动，我们可以看到开普勒定律是如何在实际中应用的，以及它如何帮助我们理解行星运动的规律。

3.重点难点解析：在讲授过程中，我会特别强调开普勒三大定律和万有引力定律这两个重点。对于难点部分，我会通过图示和实际计算来帮助大家理解。

三、实践活动（用时10分钟）

1.分组讨论：学生们将分成若干小组，每组讨论一个与行星运动相关的实际问题，如行星轨道的形状和周期等。

2.实验操作：为了加深理解，我们将进行一个简单的模型实验，模拟行星围绕太阳的运动，演示开普勒定律的基本原理。

3.成果展示：每个小组将向全班展示他们的讨论成果和实验操作的结果。

四、学生小组讨论（用时10分钟）

1.讨论主题：学生将围绕“行星运动规律在实际生活中的应用”这一主题展开讨论。他们将被鼓励提出自己的观点和想法，并与其他小组成员进行交流。

2.引导与启发：在讨论过程中，我将作为一个引导者，帮助学生发现问题、分析问题并解决问题。我会提出一些开放性的问题来启发他们的思考。

3.成果分享：每个小组将选择一名代表来分享他们的讨论成果。这些成果将被记录在黑板上或通过投影仪展示，以便全班都能看到。

五、总结回顾（用时5分钟）

今天的学习，我们了解了行星运动的基本概念、开普勒定律和万有引力定律的重要性及其应用。同时，我们也通过实践活动和小组讨论加深了对行星运动规律的理解。我希望大家能够掌握这些知识点，并在日常生活中灵活运用。最后，如果有任何疑问或不明白的地方，请随时向我提问。学生学习效果1.知识与技能：

-掌握行星运动的基本概念，理解开普勒三大定律的内容及其在天体物理学中的应用。

-能够运用万有引力定律解释行星围绕恒星运动的原理，并进行相关计算。

-学会使用天文望远镜进行简单的天体观测，并能分析观测数据，探讨行星运动的规律。

-通过实验操作和模型构建，加深对行星运动轨迹、速度变化等物理现象的理解。

2.过程与方法：

-提高科学探究能力，通过小组讨论、实验操作等方式，主动参与课堂学习，形成合作学习的良好习惯。

-增强数据分析与解决问题的能力，能够运用数学工具描述物理过程，解决实际问题。

-培养空间想象力和逻辑思维能力，通过观察天体运动图像，建立物理模型，理解抽象的物理概念。

3.情感态度与价值观：

-增强对物理学科的兴趣，激发探索宇宙、追求科学真理的热情。

-理解科学本质，培养质疑、创新、实践的科学精神，形成正确的科学态度。

-认识到物理知识在实际生活中的应用，增强学以致用的意识，提高学习积极性。

4.创新与实践：

-鼓励学生运用所学知识解决实际问题，如设计行星探测任务、分析航天器飞行轨迹等。

-激发学生的创新思维，开展小研究、小制作等活动，将理论知识与实际操作相结合。

-培养学生的跨学科整合能力，将物理知识与其他学科知识相结合，解决复杂问题。

具体表现如下：

1.学生能够准确复述开普勒三大定律，并解释它们在行星运动中的应用。

2.学生能够运用万有引力定律计算行星轨道参数，如轨道半径、运行周期等。

3.学生在实验操作中，能够独立完成行星运动模型的搭建，观察并分析实验结果。

4.学生在小组讨论中，积极参与讨论，提出自己的观点，并与小组成员共同解决问题。

5.学生能够结合所学知识，分析航天器发射、行星探测等实际案例，提出自己的见解。

6.学生在课后能够主动进行天体观测，记录观测数据，撰写观测报告。典型例题讲解例题1：地球绕太阳运动的轨道是椭圆形的，根据开普勒第一定律，说明地球在轨道上的运动速度是如何变化的。

解答：根据开普勒第一定律，地球在轨道上的运动速度是不断变化的。当地球接近太阳（近日点）时，地球运动速度较快；而当地球远离太阳（远日点）时，地球运动速度较慢。

例题2：已知地球绕太阳的公转周期为T，轨道半径为r，求地球的平均公转速度v。

解答：根据开普勒第三定律，有：

\[T^2\proptor^3\]

因此，地球的平均公转速度v可以表示为：

\[v=\frac{2\pir}{T}\]

例题3：某行星绕其恒星运动的周期为10年，轨道半径为5AU（天文单位），求该行星的平均公转速度。

解答：将已知数据代入公式，得：

\[v=\frac{2\pi\times5AU}{10\text{年}}=\pi\text{AU/年}\]

注意：这里的速度单位为AU/年，1AU等于地球到太阳的平均距离。

例题4：地球绕太阳运动的向心加速度a是由哪些因素决定的？请给出公式。

解答：地球绕太阳运动的向心加速度a由太阳的质量M、地球的质量m以及地球到太阳的距离r决定。公式为：

\[a=\frac{GM}{r^2}\]

其中，G为万有引力常数。

例题5：已知地球质量m、月球质量m'，地球和月球之间的距离r，求月球对地球的万有引力F。

解答：月球对地球的万有引力F可以表示为：

\[F=\frac{Gm'm}{r^2}\]

补充和说明：

1.例题1主要考察学生对开普勒第一定律的理解，了解天体运动速度与轨道形状的关系。

2.例题2和例题3通过具体的计算，让学生掌握运用开普勒第三定律解决实际问题的方法。

3.例题4要求学生理解向心加速度与万有引力定律之间的关系，并能给出相应的公式。

4.例题5是关于万有引力定律的应用，让学生通过具体计算，了解万有引力与物体质量、距离等因素的关系。

例题6：已知地球绕太阳的公转周期T和轨道半径r，求太阳的质量M。

解答：根据开普勒第三定律，可以得到：

\[T^2=\frac{4\pi^2r^3}{GM}\]

从而解得太阳的质量M：

\[M=\frac{4\pi^2r^3}{GT^2}\]

例题7：某行星绕恒星公转的周期为3年，轨道半径为2AU，求该恒星的质量。

解答：将已知数据代入公式，得：

\[M=\frac{4\pi^2\times(2AU)^3}{G\times(3\text{年})^2}\]

例题8：地球表面的物体受到的引力加速度为g，求地球的质量。

解答：根据牛顿万有引力定律，地球表面的物体受到的引力加速度g可以表示为：

\[g=\frac{GM}{R^2}\]

其中，R为地球半径。从而解得地球的质量M：

\[M=\frac{gR^2}{G}\]

例题9：已知地球和月球的质量、距离，求地球对月球的引力。

解答：根据万有引力定律，地球对月球的引力F可以表示为：

\[F=\frac{GmM}{r^2}\]

其中，m为月球质量，M为地球质量，r为地球和月球之间的距离。

例题10：某卫星绕地球运动，已知运动周期T和轨道半径r，求地球的质量M。

解答：根据开普勒第三定律，可以得到：

\[T^2=\frac{4\pi^2r^3}{GM}\]

从而解得地球的质量M：

\[M=\frac{4\pi^2r^3}{GT^2}\]内容逻辑关系①重点知识点：

-开普勒三大定律：理解行星运动的规律。

-万有引力定律：解释天体之间的引力作用。

-行星轨道参数：掌握轨道半径、运行周期等概念。

-向心加速度：理解行星运动中的加速度变化。

②关键词：

-行星运动：本节课的核心主题。

-开普勒定律：描述行星运动规律的基石。

-万有引力：天体运动中的基本作用力。

-轨道：行星运动路径的特定形状。

-向心加速度：保持行星沿轨道运动的关键因素。

③板书设计：

-开普勒三大定律：

1.行星沿椭圆轨道运动，太阳在椭圆的一个焦点上。

2.行星与太阳的连线在相同时间内扫过相同面积。

3.行星轨道周期的平方与其平均距离的立方成正比。

-万有引力定律：

\[F=\frac{GmM}{r^2}\]

其中，F为引力，G为万有引力常数，m和M为两物体的质量，r为它们之间的距离。

-行星轨道参数：

-轨道半径：行星到恒星的平均距离。

-运行周期：行星绕恒星一周所需时间。

-向心加速度：

\[a=\frac{v^2}{r}\]

其中，a为向心加速度，v为行星的速度，r为轨道半径。

板书设计应简洁明了，通过图示和公式突出重点，帮助学生建立清晰的逻辑框架，便于学生理解和记忆行星运动的相关知识点。课堂小结，当堂检测1.课堂小结：

本节课我们学习了行星运动的基本概念、开普勒三大定律和万有引