2020年高中物理教学设计人教版必修2-6.1-行星的运动.docx

6.1 行星的运动
★教学目标
1. 知道地心说和日心说的基本内容。
2. 学习开普勒三大定律，能用三大定律解决问题。
3. 了解人类对行星的生疏过程是漫长简单的，真是来之不易的。
★教学过程
一、引入
师：同学们，在前面的学习中我们争辩了地面上物体的运动，从今日开头我们来争辩天空中的运动：天体运动。
师：自古以来，当人们仰视星空时，天空中壮丽灿烂的现象便吸引了他们的留意。才智的头脑开头探究星体运动的奇特。直到二十一世纪的今日，科学迅猛进展，人类最终能够飞出地球，登上月球。还能飞向万籁俱寂的茫茫太空，探究更遥远的星球。但你可知道：人类走到这一步经过了多少艰辛曲折？在对行星规律的生疏过程里人们经受了地心说、日心说及到开普勒定律。
二、地心说
古希腊的天文学家和哲学家通过直接的感性生疏，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洁的完善的圆周运动。由于地心说符合人们的直接阅历，如：太阳从东边升起，从西边落下；同时也符合强大的宗教神学关于地球是宇宙中心的生疏，故地心说一度占据了统治地位。
代表人物：亚里士多德最先提出，古希腊的托勒密加以完善的
三、日心说
随着世界航海事业的进展，人们期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”模型很难得出完善的解答.当时，哥伦布和麦哲伦的探险航行已经使不少人信任地球并不是一个平台，而是一个球体，哥白尼就开头推想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围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洁而完善的圆周运动。
代表人物：波兰科学家哥白尼
四、地心说与日心说的碰撞
师：两种学说斗争的时间很长，虽然地心说占据统治地位的时间长，但最终日心说战胜了地心说。
师：“地心说”占统治地位时间较长的缘由是由于它比较符合人们的日常阅历，如：太阳从东边升起，从西边落下；同时它也符合当时在政治上占统治地位的宗教神学观点.
师：“日心说”所以能够战胜“地心说”是由于好多“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，每天的状况就应是相同的，而事实上，每天白天的长短不同，冷暖不同.而“日心说”则能说明这种状况：白昼是地球自转形成的，而四季是地球绕太阳公转形成的。
师：虽然“地心说”符合人们的阅历，但它还是错误的.进而说明“眼见为实”的说法并非确定正确.例如：我们乘车时观看到树木在向后运动，而事实上并没有动(相对于地面).
师：从目前科研结果和我们所把握的学问来看，“日心说”也并不是确定正确的，由于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”相比更精确     一些罢了。
师：经过前面的学习我们对“地心说”和“日心说”有了初步的生疏，事实上从“地心说”向“日心说”的过渡经受了漫长的时间，并且科学家们付出了艰苦的奋斗，哥白尼就是其中一位.他在哥伦布和麦哲伦猜想的基础上，假设地球并不是宇宙的中心，而和其他天体一样都是绕太阳做匀速圆周运动的行星，从而使很多问题得以解决，也建立起了“日心说”的基本模型.但他的观点不符合当时欧洲统治教会的利益，因而受到了教会的迫害.使得这一正确的观点被推迟一个世纪才被人们接受。前人的这种对问题一丝不苟、孜孜以求的精神值得我们学习，所以我们对待学习要脚踏实地，认认真真，不放过一点疑问。
让同学课后阅读“科学脚印     ”
观看动画：日心说示意图；日地月
视频文件：地球自转与白天黑夜
五、开普勒三大定律
师：德国的物理学家开普勒继承和总结了他的导师第谷的全部观测资料及观测数据，也是以行星绕太阳做匀速圆周运动的模型来思考和计算的，由于不管是“地心说”还是“日心说”，都把天体运动看得很神圣，认为天体运动必定是最完善、最和谐的匀速圆周运动。但结果总是与第谷的观测数据有8′的角度误差.当时公认的第谷的观测误差不超过2′（第谷是一个观看天才，它通过对780颗左右的恒星持续观看，将观测结果从前人的10′偏差减小到2′）开普勒想，天体运动很可能不是匀速圆周运动.在这个大胆思路下，开普勒又经过四年多的刻苦计算，先后否定了19种设想，最终最终计算出行星是绕太阳运动的，并且运动轨迹为椭圆，证明白哥白尼的“日心说”是正确的.并总结为行星运动三定律。
①开普勒第肯定律：全部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。（椭圆定律）
课本“做一做”，了解椭圆的特点。
可以用一条细绳和两图钉来画椭圆．如图所示，把白纸镐在木板上，然后按上图钉．把细绳的两端系在图钉上，用一枝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做椭圆的焦点．
想一想，椭圆上某点到两个焦点的距离之和与椭圆上另一点到两个焦点的距离之和有什么关系?
观看动画：开普勒第肯定律

观看动画：开普勒第肯定律(双行星)
近日点
远日点
【牢记】：不同行星绕太阳运行的椭圆轨道不一样，但这些轨道有一个共同的焦点，即太阳所处的位置。
近日点
远日点
【补充】：由于地轴方向恒指向北极星方向，在近日点时，太阳直射南回归线（冬至），在远日点时，太阳直射北回归线（夏至）。在春分和秋分时候太阳直射赤道。所以春夏比秋冬时间长，但由于地球轨道接近于圆，所以相差不了几天。
②开普勒其次定律：对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等时间内扫过相等的面积．（面积定律）

观看动画：开普勒其次定律
【问题】：行星沿着椭圆轨道运行，太阳位于椭圆的一个焦点上，则行星在远日点的速率与在近日点的速率谁大？
【解析】：依据相等时间的面积相等可知近日点速率大于远日点速率。
【牢记】：行星在近日点的速率大于远日点的速率。
③开普勒第三定律：全部行星的椭圆轨道的半长轴的三次方跟公转周期的平方的比值都相等．（周期定律）
若用a表示椭圆半长轴，T代表公转周期，则开普勒第三定律告知我们：
观看动画：开普勒第三定律
【问题】：公式中的比例系数k可能与谁有关？
【解析】：开普勒第三定律知：全部行星绕太阳运动的半长轴的三次方跟公转周期二次方的比值是一个常数k，可以猜想，这个“k”肯定与运动系统的物体有关．由于常数k对于全部行星都相同，而各行星是不一样的，故跟行星无关，而在运动系中除了行星就是中心天体——太阳，故这一常数“k"肯定与中心天体——太阳有关
【牢记】：k与中心天体(太阳)有关
例1、我们假设地球绕太阳运动时的轨道半长轴为为，公转周期为，火星绕太阳运动的轨道半径为，公转周期为，那这些物理量之间应当满足怎样的关系？

【牢记】：
①行星绕太阳运动轨道是圆，太阳处在圆心上。
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全部行星的轨道半径的三次方跟它的公转周期的平方的比值都相等。若用R代表轨道半径，T代表公转周期，开普勒第三定律可以用公式表示为：,k与太阳有关。
【参考资料】：给出太阳系九大行星平均轨道半径和周期的数值，供课后验证。
k水=3.36×1018

K金=3.35×1018

K地=3.31×1018

K火=3.36×1018

扩展及留意：

a) 开普勒定律不仅适用于行星绕太阳运动，同时它适用于全部的天体运动。只不过对于不同的中心天体，中的k值不一样。如金星绕太阳的与地球绕太阳的是一样的，由于它们的中心天体一样，均是太阳。但月球绕地球运动的与地球绕太阳的是不一样的，由于它们的足以天体不一样。
b) 开普勒定律是依据行星运动的现察结果而总结归纳出来的规律．它们每一条都是阅历定律，都是从行星运动所取得的资料中总结出来的规律．开普勒定律只涉及运动学、几何学方面的内容，不涉及力学缘由。
c) 开普勒关于行星运动的精确     描述，不仅使人们在解决行星的运动学问题上有了依据，更澄清了人们对天体运动奇特、模糊的生疏，同时也推动了对天体动力学问题的争辩．
例2、下列说法中正确的是（ABCD）
A.大多数人造地球卫星的轨道都是椭圆，地球处在这些椭圆的一个焦点上
B.人造地球卫星在椭圆轨道上运动时速度是不断变化的；在近日点四周速率大，远地点四周速率小；卫星与地心的连线，在相等时间内扫过的面积相等
C.大多数人造地球卫星的轨道，跟月亮绕地球运动的轨道，都可以近似看做为圆，这些圆的圆心在地心处
D.月亮和人造地球卫星绕地球运动，跟行星绕太阳运动，遵循相同的规律
例3、关于开普勒定律，下列说法正确的是（ABC ）
A.开普勒定律是依据长时间连续不断的、对行星位置观测记录的大量数据，进行计算分析后获得的结论
B.依据开普勒其次定律，行星在椭圆轨道上绕太阳运动的过程中，其速度随行星与太阳之间距离的变化而变化，距离小时速度大，距离大时速度小
C.行星绕太阳运动的轨道，可以近似看做为圆，即可以认为行星绕太阳做匀速圆周运动
D.开普勒定律，只适用于太阳系，对其他恒星系不适用；行星的卫星（包括人造卫星）绕行星的运动，是不遵循开普勒定律的
例4、地球绕太阳的运行轨道是椭圆，因而地球与太阳之间的距离随季节变化。冬至这天地球离太阳最近，夏至最远。下列关于地球在这两天绕太阳公转速度大小的说法中，正确的是 （ B ）
A．地球公转速度是不变的
B．冬至这天地球公转速度大
C．夏至这天地球公转速度大
D．无法确定
例5、关于行星的运动说法正确的是（BD）
A、行星半长轴越长，自转周期越大
B、行星半长轴越长，公转周期越大
C、水星半长轴最短，公转周期最大
D、冥王星半长轴最长，公转周期最大
例6、已知木星绕太阳的公转周期是地球绕太阳公转周期的12倍，则木星轨道半长轴是地球轨道半长轴的多少倍？
【解析】：依据开普勒第三定律有