《行星的運(yùn)動(dòng)》示范教案

6/66.1行星的運(yùn)動(dòng)【教學(xué)目標(biāo)】知識(shí)與技能1、知道地心說和日心說的基本內(nèi)容。2、知道所有行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓，太陽處在橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。3、知道所有行星的軌道的半長軸的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等，且這個(gè)比值與行星的質(zhì)量無關(guān)，但與太陽的質(zhì)量有關(guān)。4、理解人們對行星運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)過程是漫長復(fù)雜的，真理是來之不易的。過程與方法通過托勒密、哥白尼、第谷·布拉赫、開普勒等幾位科學(xué)家對行星運(yùn)動(dòng)的不同認(rèn)識(shí)，了解人類認(rèn)識(shí)事物本質(zhì)的曲折性并加深對行星運(yùn)動(dòng)的理解。情感態(tài)度與價(jià)值觀1、澄清對天體運(yùn)動(dòng)神秘模糊的認(rèn)識(shí)，掌握人類認(rèn)識(shí)自然規(guī)律的科學(xué)方法。2、感悟科學(xué)是人類進(jìn)步不竭的動(dòng)力?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律【教學(xué)難點(diǎn)】對開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律的理解和應(yīng)用【教學(xué)課時(shí)】1課時(shí)【探究學(xué)習(xí)】一、人類認(rèn)識(shí)天體運(yùn)動(dòng)的歷史1、“地心說”的內(nèi)容及代表人物2、“日心說”的內(nèi)容及代表人物二、開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律的內(nèi)容1、開普勒第一定律2、開普勒第二定律3、開普勒第三定律在高中階段的學(xué)習(xí)中，多數(shù)行星運(yùn)動(dòng)的軌道能夠按圓來處理。引入新課多媒體演示：天體運(yùn)動(dòng)的圖片瀏覽。在浩瀚的宇宙中有無數(shù)大小不一、形態(tài)各異的天體，如月亮、地球、太陽、夜空中的星星……由這些天體組成的廣袤無限的宇宙始終是我們渴望了解、不斷探索的領(lǐng)域。人們對行星運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)過程是漫長復(fù)雜的，歷史上有過不同的看法，科學(xué)家對此進(jìn)行了不懈的探索，通過本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，將使我們正確地認(rèn)識(shí)行星的運(yùn)動(dòng)。新課講解一、古代對行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)問1：．古人對天體運(yùn)動(dòng)存在哪些看法?“地心說”和“日心說”．問2．什么是“地心說”?什么是“日心說”’?”地心說”認(rèn)為地球是宇宙的中心，是靜止不動(dòng)的，太陽、月亮以及其他行星都繞地球運(yùn)動(dòng)，“日心說”則認(rèn)為太陽是靜止不動(dòng)的，地球和其他行星都繞太陽運(yùn)動(dòng)．“地心說’的代表人物：托勒密(古希臘)．“地心說’符合人們的直接經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也符合勢力強(qiáng)大的宗教神學(xué)關(guān)于地球是宇宙中心的認(rèn)識(shí)，故地心說一度占據(jù)了統(tǒng)治地位．問3：“日心說”戰(zhàn)勝了“地心說”，請閱讀第《人類對行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)》，找出“地心說”遭遇的尷尬和“日心說’的成功之處．地心說所描述的天體的運(yùn)動(dòng)不僅復(fù)雜而且問題很多，如果把地球從天體運(yùn)動(dòng)的中心位置移到一個(gè)普通的、繞太陽運(yùn)動(dòng)的位置，換一個(gè)角度來考慮天體的運(yùn)動(dòng)，許多問題都可以解決，行星運(yùn)動(dòng)的描述也變得筒單了．“日心說”代表人物：哥白尼，“日心說”能更完美地解釋天體的運(yùn)動(dòng)．二、開普勒行星運(yùn)動(dòng)三定律問1：古人認(rèn)為天體做什么運(yùn)動(dòng)?古人把天體的運(yùn)動(dòng)看得十分神圣，他們認(rèn)為天體的運(yùn)動(dòng)不同于地面物體的運(yùn)動(dòng)，天體做的是最完美、最和諧的勻速圓周運(yùn)動(dòng)．問2：開普勒認(rèn)為行星做什么樣的運(yùn)動(dòng)?他是怎樣得出這一結(jié)論的?開普勒認(rèn)為行星做橢圓運(yùn)動(dòng)．他發(fā)現(xiàn)假設(shè)行星傲勻逮圓周運(yùn)動(dòng)，計(jì)算所得的數(shù)據(jù)與觀測數(shù)據(jù)不符，只有認(rèn)為行星做橢圓運(yùn)動(dòng)，才能解釋這一差別．問3：開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律哪幾個(gè)方面描述了行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的規(guī)律?具體表述是什么?開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律從行星運(yùn)動(dòng)軌道，行星運(yùn)動(dòng)的線速度變化，軌道與周期的關(guān)系三個(gè)方面揭示了行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律．（多媒體播放行星繞橢圓軌道運(yùn)動(dòng)的課件）開普勒第一定律：所有行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓，太陽處在橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上．問4：這一定律說明了行星運(yùn)動(dòng)軌跡的形狀，不同的行星繞大陽運(yùn)行時(shí)橢圓軌道相同嗎?不同．[教材做一做]圖7.1-1可以用一條細(xì)繩和兩圖釘來畫橢圓．如圖7．1—l所示，把白紙鎬在木板上，然后按上圖釘．把細(xì)繩的兩端系在圖釘上，用一枝鉛筆緊貼著細(xì)繩滑動(dòng)，使繩始終保持張緊狀態(tài)．鉛筆在紙上畫出的軌跡就是橢圓，圖釘在紙上留下的痕跡叫做橢圓的焦點(diǎn)．圖7.1-1想一想，橢圓上某點(diǎn)到兩個(gè)焦點(diǎn)的距離之和與橢圓上另一點(diǎn)到兩個(gè)焦點(diǎn)的距離之和有什么關(guān)系?開普勒第二定律：對任意一個(gè)行星來說，它與太陽的連線在相等時(shí)間內(nèi)掃過相等的面積．問5：如下圖所示，行星沿著橢圓軌道運(yùn)行，太陽位于橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上行星在遠(yuǎn)日點(diǎn)的速率與在近日點(diǎn)的速率誰大？因?yàn)橄嗟葧r(shí)間內(nèi)面積相等，所以近日點(diǎn)速率大。開普勒第三定律：所有行星的橢圓軌道的半長軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的平方的比值都相等．（如圖7．1—l）（投影九大行星軌道圖或見教材頁圖7.1-3）問6：由于行星的橢圓軌道都跟圓近似，在中學(xué)階段研究中按圓處理，開普勒三定律適用于圓軌道時(shí)，應(yīng)該怎樣表述呢?1、多數(shù)大行星繞太陽運(yùn)動(dòng)軌道半徑十分接近圓，太陽處在圓心上。2、對某一行星來說，它繞太陽做圓周運(yùn)動(dòng)的角速度（或線速度）不變。3、所有行星的軌道半徑的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的平方的比值都相等．若用R代表軌道半徑，T代表公轉(zhuǎn)周期，開普勒第三定律可以用下面的公式表示：比值k是一個(gè)與行星無關(guān)的恒量。參考資料：給出太陽系九大行星平均軌道半徑和周期的數(shù)值，供課后驗(yàn)證。k水k水=3.36×1018K金=3.35×1018K地=3.31×1018K火=3.36×1018問7：這一定律發(fā)現(xiàn)了所有行星的軌道的半長軸與公轉(zhuǎn)周期之間的定量關(guān)系，比值k是一個(gè)與行星無關(guān)的常量，你能猜想出它可能跟誰有關(guān)嗎根據(jù)開普勒第三定律知：所有行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的半長軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期二次方的比值是一個(gè)常數(shù)k，可以猜想，這個(gè)“k”一定與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的物體有關(guān)．因?yàn)槌?shù)k對于所有行星都相同，而各行星是不一樣的，故跟行星無關(guān)，而在運(yùn)動(dòng)系中除了行星就是中心天體——太陽，故這一常數(shù)“k"一定與中心天體——太陽有關(guān)．說明：開普勘定律不僅適用于行星繞大陽運(yùn)動(dòng)，也適用于衛(wèi)星繞著地球轉(zhuǎn)，K是一個(gè)與行星質(zhì)量無關(guān)的常量，但不是恒量，在不同的星系中，K值不相同。K與中心天體有關(guān)?！菊n堂訓(xùn)練】例1關(guān)于行星的運(yùn)動(dòng)以下說法正確的是（）A．行星軌道的半長軸越長，自轉(zhuǎn)周期就越長B．行星軌道的半長軸越長，公轉(zhuǎn)周期就越長C．水星軌道的半長軸最短，公轉(zhuǎn)周期就最長D．冥王星離太陽“最遠(yuǎn)”，公轉(zhuǎn)周期就最長2.為什么說曲線運(yùn)動(dòng)一定是變速運(yùn)動(dòng)?分析：由開普勒第三定律可知，a越大，T越大，故BD正確，C錯(cuò)誤；式中的T是公轉(zhuǎn)周期而非自轉(zhuǎn)周期，故A錯(cuò)。答案：BD例2已知木星繞太陽公轉(zhuǎn)的周期是地球繞太陽公轉(zhuǎn)周期的12倍。則木星繞太陽公轉(zhuǎn)軌道的半長軸為地球公轉(zhuǎn)軌道半長軸的倍。思維入門指導(dǎo)：木星和地球均為繞太陽運(yùn)行的行星，可利用開普勒第三定律直接求解。本題考查開普勒第三定律的應(yīng)用。解：由開普勒第三定律可知：對地球：對木星所以點(diǎn)撥：在利用開普勒第三定律解題時(shí)，應(yīng)注意它們的比值中的k是一個(gè)與行星運(yùn)動(dòng)無關(guān)的常量。例3已知地球繞太陽作橢圓運(yùn)動(dòng)。在地球遠(yuǎn)離太陽運(yùn)動(dòng)的過程中，其速率越來越小，試判斷地球所受向心力如何變化。若此向心力突然消失，則地球運(yùn)動(dòng)情況將如何？思維入門指導(dǎo)：行星的運(yùn)動(dòng)為曲線運(yùn)動(dòng)，因此本節(jié)知識(shí)常常和曲線運(yùn)動(dòng)知識(shí)相綜合。解：由于地球在遠(yuǎn)離太陽運(yùn)動(dòng)的過程中，其速率減小，據(jù)牛頓第二定律有，，由開普勒第二定律知，地球在遠(yuǎn)離太陽運(yùn)動(dòng)的過程中角速度（單位時(shí)間內(nèi)地球與太陽的連線掃過的角度）也減小，故向心力減小。若此向心力突然消失，則地球?qū)⒀剀壍赖那芯€方向做離心運(yùn)動(dòng)。點(diǎn)撥：地球繞太陽的運(yùn)動(dòng)雖然并非勻速圓周運(yùn)動(dòng)，但向心力公式仍適用。任一時(shí)刻，地球的速度方向均沿橢圓的切線方向?！菊n堂小結(jié)】教師活動(dòng)：讓學(xué)生概括總結(jié)本節(jié)的內(nèi)容。請一個(gè)同學(xué)到黑板上總結(jié)，其他同學(xué)在筆記本上總結(jié)，然后請同學(xué)評價(jià)黑板上的小結(jié)內(nèi)容。學(xué)生活動(dòng)：認(rèn)真總結(jié)概括本節(jié)內(nèi)容，并把自己這節(jié)課的體會(huì)寫下來、比較黑板上的小結(jié)和自己的小結(jié)，看誰的更好，好在什么地方。點(diǎn)評：總結(jié)課堂內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生