高中物理文本式教學(xué)設(shè)計(jì)行星的運(yùn)動(dòng)優(yōu)秀教案新人教版必修2

1、第六章萬(wàn)有引力與航天本章設(shè)計(jì)本章主要在講述了萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)及其在天體運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用. 萬(wàn)有引力定律是在哥白尼、伽利略、開(kāi)普勒等人的天文學(xué)研究成果基礎(chǔ)上，由牛頓運(yùn)用力學(xué)原理發(fā)現(xiàn)的重要定律.萬(wàn)有引力定律闡明了宇宙萬(wàn)物之間普遍存在的相互作用力的規(guī)律, 為人們認(rèn)識(shí)天體的運(yùn)動(dòng)奠定了基礎(chǔ) .本章教材內(nèi)容可分為三個(gè)單元:第一單元 ( 第 1 節(jié)第 3 節(jié)): 介紹萬(wàn)有引力定律的建立過(guò)程. 從觀察行星運(yùn)動(dòng)、 描述行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律開(kāi)始， 人類對(duì)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了從“地心說(shuō)”到“日心說(shuō)”，直到開(kāi)普勒的行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律 . 牛頓根據(jù)這些已知的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，探究運(yùn)動(dòng)規(guī)律的原因，先提出猜想，再經(jīng)月地檢驗(yàn)，再將其合理推廣到一

2、切物體之間，得到萬(wàn)有引力定律.第二單元 （第 4 節(jié)第 5節(jié)）：列舉萬(wàn)有引力定律的成就. 一是理論成就“稱量地球的質(zhì)量”“發(fā)現(xiàn)未知天體”等；二是其實(shí)踐成就，航天事業(yè)的發(fā)展及其巨大成果.第三單元 ( 第 6 節(jié) ): 經(jīng)典力學(xué)的局限性 . 從低速到高速、 從微觀到宏觀、 從弱引力到強(qiáng)引力三個(gè)方面提出問(wèn)題，留給學(xué)生思考的空間.本章的重點(diǎn)內(nèi)容是 : 萬(wàn)有引力定律在天體運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用、人造衛(wèi)星的發(fā)射和運(yùn)行及航天活動(dòng)，難點(diǎn)是萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程及天體運(yùn)動(dòng)的綜合性分析與計(jì)算.通過(guò)本章的學(xué)習(xí) , 我們要了解人們對(duì)天體運(yùn)動(dòng)認(rèn)識(shí)的發(fā)展過(guò)程和牛頓發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力定律的認(rèn)識(shí)過(guò)程以及思考和研究問(wèn)題的方法, 掌握解決天體的

3、運(yùn)動(dòng)、人造地球衛(wèi)星、宇宙速度等實(shí)際問(wèn)題的解題方法 , 進(jìn)一步加深對(duì)力和運(yùn)動(dòng)關(guān)系的理解,提高分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力.學(xué)習(xí)萬(wàn)有引力定律在宇宙航行中的應(yīng)用時(shí), 要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)跟生活、跟社會(huì)聯(lián)系的思考 ,讓學(xué)生體會(huì)到物理學(xué)就在我們的身邊, 增進(jìn)科學(xué)與生活、社會(huì)的聯(lián)系 .萬(wàn)有引力、人造衛(wèi)星是近年來(lái)高考的熱點(diǎn)內(nèi)容, 由于航空航天技術(shù)、衛(wèi)星技術(shù)屬于現(xiàn)代科技發(fā)展的重要領(lǐng)域 , 所以近些年的高考對(duì)萬(wàn)有引力、人造衛(wèi)星的考查每年都有. 高考強(qiáng)調(diào)理論聯(lián)系實(shí)際 , 其中與現(xiàn)代科技的聯(lián)系是一個(gè)重要方面, 同時(shí)體現(xiàn)高考試卷的現(xiàn)代性. 隨我國(guó)宇宙事業(yè)的迅速發(fā)展 ( 如我國(guó)神舟飛船發(fā)射及準(zhǔn)備發(fā)射月球衛(wèi)星),今后仍將是高考

4、的熱點(diǎn)之一，教學(xué)時(shí)要給予高度重視 .在理解和把握本章內(nèi)容時(shí), 要和前一章的勻速圓周運(yùn)動(dòng)結(jié)合起來(lái), 找出物體做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑 , 以及做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由哪些力來(lái)提供, 從而求出題目所要求的結(jié)果, 切不可不加分析死記硬背 .本章共 6 節(jié) , 建議用 8 課時(shí) , 備課時(shí)安排如下：1行星的運(yùn)動(dòng)1 課時(shí)2太陽(yáng)與行星間的引力1 課時(shí)3萬(wàn)有引力定律2 課時(shí)4萬(wàn)有引力理論的成就2 課時(shí)5宇宙航行1 課時(shí)6經(jīng)典力學(xué)的局限性1 課時(shí)1 行星的運(yùn)動(dòng)文本式教學(xué)設(shè)計(jì)整體設(shè)計(jì)本節(jié)內(nèi)容包括“地心說(shuō)”“日心說(shuō)”的內(nèi)容及爭(zhēng)論的焦點(diǎn)、開(kāi)普勒三大定律的內(nèi)容等知識(shí)點(diǎn) . 學(xué)習(xí)這一節(jié)的主要目的是為了下一節(jié)推導(dǎo)萬(wàn)有引力定律作鋪墊,

5、 因此教材中沒(méi)有過(guò)重地講述開(kāi)普勒的三大定律, 而是將三大定律的內(nèi)容綜合在一起加以說(shuō)明, 節(jié)后也沒(méi)有安排練習(xí). 本節(jié)內(nèi)容對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)是抽象的、陌生的，甚至無(wú)法去感知. 對(duì)天體的運(yùn)動(dòng)充滿好奇, 又覺(jué)得非常神秘而不易理解. 所以我們必須去引導(dǎo)學(xué)生了解人們對(duì)星體運(yùn)動(dòng)認(rèn)識(shí)的發(fā)展過(guò)程, 從專心愛(ài)心用心1“日心說(shuō)”和“地心說(shuō)”的內(nèi)容到其兩者這間的爭(zhēng)論，從第谷的精心觀測(cè)到開(kāi)普勒的數(shù)學(xué)運(yùn)算，在學(xué)生整體感知的過(guò)程中引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)這些大師們的思路、方法及他們的一絲不茍的科學(xué)精神，并激發(fā)他們熱愛(ài)科學(xué)、探索真理的求知熱情.“日心說(shuō)”“地心說(shuō)”及兩者之間的爭(zhēng)論有許多內(nèi)容可向?qū)W生介紹，教材為了簡(jiǎn)單明了地簡(jiǎn)述開(kāi)普勒關(guān)于行星運(yùn)動(dòng)的

6、規(guī)律，沒(méi)有過(guò)多地?cái)⑹鲞@些內(nèi)容. 教學(xué)中可根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況加以補(bǔ)充 . 具體授課中教師可以用故事的形式講述, 也可以通過(guò)放資料片和圖片的形式講述 , 也可大膽地讓學(xué)生進(jìn)行發(fā)言 . 在講授“日心說(shuō)”和“地心說(shuō)”時(shí)，先不要否定“地心說(shuō)”，讓學(xué)生了解托勒密巧妙的解釋， 同時(shí)讓學(xué)生明白哥白尼的理論推翻了統(tǒng)治人類長(zhǎng)達(dá)一千余年的地球是宇宙中心的“地心說(shuō)”理論，為宣傳和捍衛(wèi)這一學(xué)說(shuō)， 意大利的思想家布魯諾慘遭酷刑，伽利略也為此受到殘酷迫害, 借此對(duì)學(xué)生進(jìn)行情感教育 .教學(xué)重點(diǎn)對(duì)開(kāi)普勒三大定律的理解.教學(xué)難點(diǎn)1. 開(kāi)普勒三大定律的適用范圍.2. 對(duì)開(kāi)普勒第三定律中 k 的理解 .課時(shí)安排1 課時(shí)三維目標(biāo)知識(shí)與

7、技能1. 了解地心說(shuō)和日心說(shuō)的基本內(nèi)容.2. 明確開(kāi)普勒三大定律 , 能應(yīng)用三定律分析問(wèn)題 .3. 知道人類對(duì)行星運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)過(guò)程.過(guò)程與方法1.了解觀察在發(fā)現(xiàn)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律中的作用. 認(rèn)識(shí)物理實(shí)驗(yàn)在物理學(xué)發(fā)展過(guò)程中的重要作用.2.了解科學(xué)研究方法對(duì)人類認(rèn)識(shí)自然的重要作用.情感態(tài)度與價(jià)值觀1.通過(guò)開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律的建立過(guò)程, 滲透科學(xué)發(fā)現(xiàn)的方法論教育, 建立科學(xué)的宇宙觀2. 通過(guò)人類對(duì)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律認(rèn)識(shí)過(guò)程的曲折與艱辛, 學(xué)習(xí)科學(xué)家們實(shí)事求是、 尊重客觀事實(shí)、敢于堅(jiān)持真理、勇于創(chuàng)新和不怕?tīng)奚目茖W(xué)態(tài)度與科學(xué)精神.教學(xué)過(guò)程導(dǎo)入新課故事導(dǎo)入天問(wèn)是戰(zhàn)國(guó)時(shí)期楚國(guó)偉大詩(shī)人屈原的佳作, 屈原對(duì)茫茫宇宙提出了一

8、系列問(wèn)題：“遂古之初，誰(shuí)傳道之？”專心愛(ài)心用心2上下未形，何由考之？夜光何德，死則又育？厥利維何，而顧菟在腹？”這些都反映了人類對(duì)星空的向往，體現(xiàn)了人類了解自然奧秘的渴望.面對(duì)浩瀚的星空, 哪里才是宇宙的中心 ?“地心說(shuō)”“日心說(shuō)”孰是孰非？情景導(dǎo)入太陽(yáng)每天東升西落；月亮由東向西運(yùn)行，有時(shí)彎如鐮，有時(shí)圓如盤(pán)，每月變化一次；天上的星星有的看起來(lái)不動(dòng)， 有的如閃電劃過(guò)夜空， 日月星辰的這些運(yùn)動(dòng)， 人們從遙遠(yuǎn)的古代就注意了 . 但是 , 日月交替 , 斗轉(zhuǎn)星移 , 天體的運(yùn)動(dòng)遵循什么規(guī)律 ?浩瀚星空 , 哪里才是宇宙的中心 ?從這一節(jié)開(kāi)始 , 我們將學(xué)習(xí)這些規(guī)律 .復(fù)習(xí)導(dǎo)入復(fù)習(xí)舊知：s2 rvtT2

9、只適用于勻速圓周運(yùn)動(dòng)tTT2 r2v圓周運(yùn)動(dòng)的基本公式vtv22 r即適用于勻速圓周運(yùn)動(dòng) ,av也適用于非勻速圓周運(yùn) 動(dòng)rmv2m2rm vFr勻速圓周運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn): 速率、角速度不變，速度、加速度、合外力大小不變，方向時(shí)刻變化 . 合外力就是向心力, 它只改變速度方向 .非勻速圓周運(yùn)動(dòng) : 合外力一般不是向心力, 它不僅要改變物體速度大小 ( 切向分力 ), 還要改變速度方向 ( 向心力 ).火車轉(zhuǎn)彎汽車過(guò)拱形橋生活中的圓周運(yùn)動(dòng)航天器中的失重現(xiàn)象離心現(xiàn)象很多天體的運(yùn)動(dòng)就是圓周運(yùn)動(dòng) , 在學(xué)習(xí)中我們將應(yīng)用圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí)解決天體運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題. 本節(jié)課我們先學(xué)習(xí)第一節(jié) : 行星的運(yùn)動(dòng) .推進(jìn)新課專心愛(ài)

10、心用心3一、“地心說(shuō)”和“日心說(shuō)”的發(fā)展過(guò)程課件展示：在浩瀚的宇宙中， 存在著無(wú)數(shù)大小不一、 形態(tài)各異的星球， 而這些天體是如何運(yùn)動(dòng)的呢？在古代，人類最初通過(guò)直接的感性認(rèn)識(shí)， 建立了“地心說(shuō)”的觀點(diǎn)，認(rèn)為地球是靜止不動(dòng)的，而太陽(yáng)和月亮繞地球轉(zhuǎn)動(dòng) . 因?yàn)椤暗匦恼f(shuō)”比較符合人們的日常經(jīng)驗(yàn)，太陽(yáng)總是從東邊升起，從西邊落下，好像太陽(yáng)繞地球轉(zhuǎn)動(dòng). 正好，“地心說(shuō)”的觀點(diǎn)也符合宗教神學(xué)關(guān)于地球是宇宙中心的說(shuō)法， 所以“地心說(shuō)”統(tǒng)治了人們很長(zhǎng)時(shí)間. 但是隨著人們對(duì)天體運(yùn)動(dòng)的不斷研究，發(fā)現(xiàn)“地心說(shuō)”所描述的運(yùn)動(dòng)不僅復(fù)雜而且問(wèn)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(yáng)運(yùn)動(dòng)的行星的位置，換

11、一個(gè)角度來(lái)考慮天體的運(yùn)動(dòng)，許多問(wèn)題都可以解決，行星運(yùn)動(dòng)的描述也變得簡(jiǎn)單了.隨著世界航海事業(yè)的發(fā)展 ,人們希望借助星星的位置為船隊(duì)導(dǎo)航, 因而對(duì)行星的運(yùn)動(dòng)觀測(cè)越來(lái)越精確 . 再加上第谷等科學(xué)家經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期觀測(cè)及記錄的大量觀測(cè)數(shù)據(jù), 用托勒密的“地心說(shuō)”模型很難得出完美的解答. 當(dāng)時(shí) , 哥倫布和麥哲倫的探險(xiǎn)航行已經(jīng)使不少人相信地球并不是一個(gè)平臺(tái) , 而是一個(gè)球體 , 哥白尼就開(kāi)始推測(cè)地球是不是每天圍繞自己的軸線旋轉(zhuǎn)一周呢 ?他假設(shè)地球并不是宇宙的中心, 它與其他行星都是圍繞著太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng). 這就是“日心說(shuō)”的模型 . 用“日心說(shuō)”能較好地和觀測(cè)的數(shù)據(jù)相符合, 但它的思想幾乎在一個(gè)世紀(jì)中被忽略

12、, 很晚才被人們接受. 原因有 :(1)“日心說(shuō)”只是一個(gè)假設(shè). 利用這個(gè)“假設(shè)”，行星運(yùn)動(dòng)的計(jì)算比“地心說(shuō)”容易得多. 但著作中有很不精確的數(shù)據(jù). 根據(jù)這些數(shù)據(jù)得出的結(jié)果不能很好地跟行星位置的觀測(cè)結(jié)果相符合.(2)當(dāng)時(shí)的歐洲的統(tǒng)治者還是教會(huì), 把哥白尼的學(xué)說(shuō)稱為“異端學(xué)說(shuō)”，因?yàn)樗环辖虝?huì)的利益, 致使這個(gè)正確的觀點(diǎn)被推遲一個(gè)世紀(jì)才被人們所接受 .德國(guó)的物理學(xué)家開(kāi)普勒繼承和總結(jié)了他的導(dǎo)師第谷的全部觀測(cè)資料及觀測(cè)數(shù)據(jù), 也是以行星繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的模型來(lái)思考和計(jì)算的, 但結(jié)果總是與第谷的觀測(cè)數(shù)據(jù)有8的角度誤差 . 當(dāng)時(shí)公認(rèn)的第谷的觀測(cè)誤差不超過(guò)2. 開(kāi)普勒想 , 很可能不是勻速圓周運(yùn)動(dòng).

13、 在這個(gè)大膽思路下 , 開(kāi)普勒又經(jīng)過(guò)四年多的刻苦計(jì)算, 先后否定了19種設(shè)想 , 最后終于計(jì)算出行星是繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的 , 并且運(yùn)動(dòng)軌跡為橢圓, 證明了哥白尼的“日心說(shuō)”是正確的, 并總結(jié)為行星運(yùn)動(dòng)三定律 .設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)觀看上述材料, 讓學(xué)生了解前人對(duì)問(wèn)題的一絲不茍、孜孜以求的精神,引導(dǎo)學(xué)生對(duì)待學(xué)習(xí)更應(yīng)該是腳踏實(shí)地、認(rèn)認(rèn)真真 , 不放過(guò)一點(diǎn)疑問(wèn) , 要有熱愛(ài)科學(xué)、 探索真理的熱情及堅(jiān)強(qiáng)的品質(zhì)，來(lái)實(shí)現(xiàn)自己的人生價(jià)值.問(wèn)題探究通過(guò)觀看上述材料及課本內(nèi)容，要求學(xué)生解決以下問(wèn)題：1. 在古代，人們對(duì)天體的運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)有哪幾種學(xué)說(shuō)？2. 各個(gè)學(xué)說(shuō)的內(nèi)容是怎樣的？代表人物是誰(shuí)？3. 哪種學(xué)說(shuō)更先進(jìn)？用現(xiàn)在的觀

14、點(diǎn)，如何認(rèn)識(shí)這兩種學(xué)說(shuō)？4. 是哪位科學(xué)家否定了古人的觀點(diǎn)？他發(fā)現(xiàn)了什么規(guī)律？學(xué)生思考、交流后總結(jié)出結(jié)論：1. 地心說(shuō)：地球是靜止不動(dòng)的，地球是宇宙的中心.代表人物 : 托勒密 ( 古希臘 ).專心愛(ài)心用心4托勒密 (Ptolemy,90 168)地心說(shuō)符合人們的直接經(jīng)驗(yàn) , 同時(shí)也符合勢(shì)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(shuō)一度占據(jù)了統(tǒng)治地位 .2. 日心說(shuō) : 太陽(yáng)是靜止不動(dòng)的 , 地球和其他行星都繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng) . 代表人物 : 哥白尼 .哥白尼 (Nicolaus Copenicus,1473 1543)3.日心說(shuō)能更完美地解釋天體的運(yùn)動(dòng).古代的兩種學(xué)說(shuō)都不完善 , 因?yàn)樘?yáng)

15、、地球等天體都是運(yùn)動(dòng)的 . 鑒于當(dāng)時(shí)對(duì)自然科學(xué)的認(rèn)識(shí)能力 , 日心說(shuō)比地心說(shuō)更先進(jìn) .4.開(kāi)普勒否定了古人認(rèn)為天體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn), 他發(fā)現(xiàn)了行星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 .二、開(kāi)普勒運(yùn)動(dòng)定律1. 第谷的觀測(cè)第谷（1564 1601）是丹麥的天文學(xué)家、出色的觀測(cè)家， 歷時(shí)二十年觀測(cè)，記錄了行星、月亮、彗星的位置 . 第谷本人雖然沒(méi)有描繪出行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律 , 但他積累的資料為開(kāi)普勒的研究提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ) .2. 開(kāi)普勒對(duì)行星運(yùn)動(dòng)的描述開(kāi)普勒 (1571 1630) 是德國(guó)的天文學(xué)家、數(shù)學(xué)天才. 開(kāi)普勒與第谷一起工作了十八個(gè)月后, 第谷去世了 , 開(kāi)普勒以全部的精力整理了第谷的觀測(cè)資料, 在哥白尼學(xué)說(shuō)的基礎(chǔ)

16、上又邁進(jìn)了一步 , 于 1609 年在他的著作新天文學(xué)中提出了著名的三大定律中的前兩條, 十年后 ,又提出了第三條定律.教師活動(dòng)1. 出示行星運(yùn)動(dòng)的掛圖 .2. 放有關(guān)行星運(yùn)動(dòng)的錄像 .通過(guò)放錄像 , 讓同學(xué)能看到三維的立體畫(huà)面, 讓同學(xué)們的感性認(rèn)識(shí)又提高一步.課件展示開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律開(kāi)普勒第一定律 : 所有行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓 , 太陽(yáng)處在橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上 . 如右圖所示 :說(shuō)明： 該定律又叫橢圓軌道定律, 行星與太陽(yáng)間的距離一直在變.專心愛(ài)心用心5開(kāi)普勒第二定律 : 對(duì)于任意一個(gè)行星來(lái)說(shuō) , 它與太陽(yáng)的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過(guò)相等的面積 . 如圖所示 .說(shuō)明： 該定律又叫面積定律

17、.開(kāi)普勒第三定律: 所有行星的軌道的半長(zhǎng)軸的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等 .說(shuō)明：該定律又叫周期定律. 數(shù)學(xué)表達(dá)式：a3=k, 或者a13a23T 2T12T22 , 其中 a 為橢圓軌道的半長(zhǎng)軸， T 為公轉(zhuǎn)周期 .實(shí)踐拓展實(shí)際上 , 多數(shù)行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道與圓十分接近 , 所以在中學(xué)階段的研究中能夠按圓處理 , 那么開(kāi)普勒三大定律應(yīng)該如何表述 ?引導(dǎo)學(xué)生思考, 討論 .明確 : 第一定律 : 多數(shù)行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道十分接近圓, 太陽(yáng)處在圓心.第二定律 : 對(duì)某一行星來(lái)說(shuō) , 它繞太陽(yáng)做圓周運(yùn)動(dòng)的角速度 ( 或線速度大小 ) 不變 , 即行星做勻速圓周運(yùn)動(dòng) .第三定律 : 所

18、有行星軌道半徑的三次方跟它公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等.設(shè)計(jì)意圖 : 通過(guò)該實(shí)踐拓展使學(xué)生了解處理物理問(wèn)題的一般方法: 抓住主要矛盾, 忽略次要因素 , 提高學(xué)生邏輯思維能力及歸納總結(jié)能力.疑難探究疑難點(diǎn)一：開(kāi)普勒第三定律中的k 如何理解 ?它由什么因素決定?疑難點(diǎn)二：開(kāi)普勒三定律是通過(guò)研究行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律得出的, 那么衛(wèi)星繞行星運(yùn)動(dòng)是否也遵守這些規(guī)律呢?如果遵守該如何表述?疑難點(diǎn)三：我們通常將行星的軌道近似為圓, 這樣合理嗎 ?釋疑 1：比值 k 是一個(gè)與行星無(wú)關(guān)的常量, 只跟行星所圍繞的天體有關(guān), 即由中心天體決定 , 因此對(duì)于繞同一天體運(yùn)行的行星此比值是相同的 . 開(kāi)普勒第三定律也適用于衛(wèi)

19、星繞行星的運(yùn)動(dòng) , 這時(shí)的比值是與行星無(wú)關(guān)的常量 .此結(jié)論可由下題得出 :下表所給出的是太陽(yáng)系中八大行星繞太陽(yáng)做橢圓運(yùn)動(dòng)的平均軌道半徑的數(shù)值和周期的數(shù)值 . 從表中任意選擇三個(gè)行星驗(yàn)證開(kāi)普勒定律, 并計(jì)算常量 k= R 3的值 .T 2專心愛(ài)心用心6行星平均軌道半徑 (m)周期 (s)水星5.79 ×10 107.60 ×10 6金星1.08 ×10 111.94 ×10 7地球1.49 ×10 113.16 ×10 7火星2.28 ×10 115.94 ×10 7木星7.78 ×10 113.74 &#

20、215;10 8土星1.43 ×10 129.30 ×10 8天王星2.87 ×10 122.66 ×10 9海王星4.50 ×10 125.20 ×10 9由學(xué)生自己動(dòng)手計(jì)算，可提高學(xué)生動(dòng)手計(jì)算的能力，并加深k 的決定因素的理解. 通過(guò)計(jì)算得出 k 值近似相等 , 得出 k 由中心天體來(lái)決定 .釋疑 2：研究表明開(kāi)普勒三定律同樣適用于衛(wèi)星繞行星的運(yùn)動(dòng), 即衛(wèi)星繞行星運(yùn)動(dòng)的軌道是橢圓 , 行星位于橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上; 行星與衛(wèi)星的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過(guò)的面積相等; 同一行星的衛(wèi)星軌道半長(zhǎng)軸的三次方跟運(yùn)轉(zhuǎn)周期平方的比值都相等.(只不過(guò)此時(shí)

21、的R3=k中T 2的恒量 k與行星中的比值不同)方法鏈接：處理問(wèn)題時(shí)可以作合理的近似.釋疑 3：經(jīng)觀測(cè) , 多數(shù)大行星的軌道十分接近圓, 所以中學(xué)階段的研究中可以按圓處理.典型例題例 1 ( 開(kāi)普勒第二定律的應(yīng)用)某行星沿橢圓軌道運(yùn)行, 遠(yuǎn)日點(diǎn)離太陽(yáng)的距離為a, 近日點(diǎn)離太陽(yáng)的距離為b, 過(guò)遠(yuǎn)日點(diǎn)時(shí)行星的速率為va, 則過(guò)近日點(diǎn)時(shí)的速率為 ( )A.v b= b vaB.vb=a vaC.vb= a vaD.vb=b vaabba解析： 如圖所示， A、 B 分別為遠(yuǎn)日點(diǎn)、近日點(diǎn). 由開(kāi)普勒第二定律, 太陽(yáng)和行星的連線在相等的時(shí)間里掃過(guò)的面積相等. 取足夠短的時(shí)間t, 則有va·t

22、·a=v b·t ·b，所以vb= a va .b答案： C例 2 （開(kāi)普勒第三定律的應(yīng)用）有一個(gè)名叫谷神的小行星（質(zhì)量為m=1.00×10 21 kg）, 它的軌道半徑是地球繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道半徑的 2.77 倍 ), 求它繞太陽(yáng)一周所需要的時(shí)間 .解析： 假設(shè)地球繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為R , 則谷神繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為R=2.77R00已知地球繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)周期為T0=365 天即 T0=31 536 000 s專心愛(ài)心用心7R3=k 可得 : 對(duì)地球繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)有：R03依據(jù)2=kTT023R對(duì)谷神繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)有：=kR 3聯(lián)立上述兩式解得:T=&#

23、183;T0.R03將 R=2.77R0 代入上式解得：T=2.773 T08所以，谷神繞太陽(yáng)一周所用時(shí)間為：T= 2.773 T0 =1.45 × 10 s.答案： 1.45 ×10 8 s總結(jié)： 解決行星運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題， 地球公轉(zhuǎn)周期是一個(gè)很重要的隱含條件，可以將太陽(yáng)系中的其他行星和地球公轉(zhuǎn)周期、公轉(zhuǎn)半徑相聯(lián)系，再利用開(kāi)普勒第三定律求解.例 3 飛船沿半徑為 R的圓周繞地球運(yùn)動(dòng) , 其周期為 T, 如果飛船要返回地面 , 可以在軌道上的某一點(diǎn) A 處 , 將速率降低到適當(dāng)數(shù)值, 從而使飛船沿著以地心為焦點(diǎn)的特殊橢圓軌道運(yùn)動(dòng), 橢圓和地球表面在B 點(diǎn)相切 , 如圖所示 . 如

24、果地球半徑為R, 求飛船由A 點(diǎn)到 B 點(diǎn)所需的時(shí)間 .解析： 由開(kāi)普勒第三定律知 , 飛船繞地球做圓周 ( 半長(zhǎng)軸和半短軸相等的特殊橢圓)運(yùn)動(dòng)時(shí) ,其軌道半徑的三次方跟周期的平方的比值, 等于飛船繞地球沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng)時(shí), 其半長(zhǎng)軸的三次方跟周期平方的比值. 飛船橢圓軌道的半長(zhǎng)軸為R R0 , 設(shè)飛船沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng)的周2期為 T,則有 R3(R R0 )3,而飛船從 A點(diǎn)到 B點(diǎn)所需的時(shí)間T 28T '2為:t=T '( R R0)TRR0.24R2R答案： (RR0 )TRR04R2R總結(jié)：開(kāi)普勒定律是對(duì)行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的總結(jié)，該結(jié)論對(duì)衛(wèi)星繞行星的運(yùn)動(dòng)情況也成立.對(duì)于同一行

25、星的不同衛(wèi)星, 圓軌道半徑的三次方與運(yùn)動(dòng)周期的二次方之比等于常量, 且該常量與衛(wèi)星無(wú)關(guān) .注意： 在開(kāi)普勒第三定律a 3 =k 中 , 要注意 a 是橢圓半長(zhǎng)軸 , 不是飛船到地球的距離 .T 2專心愛(ài)心用心8課堂訓(xùn)練1. 關(guān)于行星的運(yùn)動(dòng) , 下列說(shuō)法中正確的是 ( )A. 關(guān)于行星的運(yùn)動(dòng) , 早期有“地心說(shuō)”與“日心說(shuō)”之爭(zhēng)，而“地心說(shuō)”容易被人們所接受的原因之一是由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)使得人們觀察到太陽(yáng)東升西落B. 所有行星圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的橢圓軌道都可近似地看作圓軌道C.開(kāi)普勒第三定律R3 =k，式中 k 的值僅與太陽(yáng)的質(zhì)量有關(guān)T 2D.開(kāi)普勒第三定律也適用于其他星系的行星運(yùn)動(dòng)2. 木星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌

26、道是橢圓，那么木星在橢圓軌道上運(yùn)動(dòng)的速度的大小是()A. 恒定不變的B.近日點(diǎn)大、遠(yuǎn)日點(diǎn)小C.近日點(diǎn)小、遠(yuǎn)日點(diǎn)大D.無(wú)法判定3. 某一人造衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其軌道半徑為月球軌道半徑的1/3 ，則此衛(wèi)星運(yùn)行的周期大約是 (d為“天” )()A.1 d 4 d 之間B.4 d 8 d 之間C.8 d 16 d 之間D.16 d 20 d 之間4. 閱讀下列信息，并結(jié)合該信息解題.開(kāi)普勒從 1609 1619 年發(fā)表了著名的開(kāi)普勒行星三定律.第一定律 : 所有的行星分別在大小不同的橢圓軌道上圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng), 太陽(yáng)在這個(gè)橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上 .第二定律 : 太陽(yáng)和行星的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過(guò)相等的面

27、積.第三定律 : 所有行星的橢圓軌道的半長(zhǎng)軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的平方的比值都相等.實(shí)踐證明 , 開(kāi)普勒三定律也適用于人造地球衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng).如果人造地球衛(wèi)星沿半徑為r 的圓形軌道繞地球運(yùn)動(dòng)的周期為T, 當(dāng)開(kāi)動(dòng)制動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)后,衛(wèi)星速度降低并轉(zhuǎn)移到與地球相切的橢圓軌道, 如圖 , 問(wèn)在這之后 , 衛(wèi)星經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間著陸?空氣阻力不計(jì) . 地球的半徑為R, 地球表面的重力加速度為g, 圓形軌道作為橢圓軌道的一種特殊形式 .參考答案：1. 解析： 由行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程知A 正確 . 實(shí)際的行星軌道非常接近圓,所以 B正確. R3 =k 中的 k 由中心天體質(zhì)量決定 , 所以 C 正確 . 經(jīng)過(guò)理論分析 ,

28、 開(kāi)普勒三定律適用于其T 2他星系的行星運(yùn)動(dòng) , 所以 D 正確 , 故選 A、 B、 C、D.答案： ABCD2.B33衛(wèi)R月3. 解析： 由開(kāi)普勒第三定律 ,RT衛(wèi)2T月2專心愛(ài)心用心9R衛(wèi)3T月21)3(27d )26 dT 衛(wèi) =(R月33所以選項(xiàng)B 正確 .答案： B4. 解析： 設(shè)衛(wèi)星在圓軌道上運(yùn)行周期為T, 橢圓軌道上周期為 T, 由開(kāi)普勒第三定律r3( R r ) 32T 2T '2衛(wèi)星著陸時(shí)間 t=T '(R r )R rT .24r2r答案： ( R r )RrT4r2r課堂小結(jié)通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們了解和知道了：1. “地心說(shuō)”和“日心說(shuō)”兩種不同的觀點(diǎn)及

29、發(fā)展過(guò)程.(1)橢圓軌道定律2. 開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律(2)面積定律(3)周期定律布置作業(yè)1. 閱讀有關(guān)對(duì)行星運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)的發(fā)展史.2. 把月球及繞地球的同步衛(wèi)星 ( 周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同 ) 看作繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng) , 試計(jì)算一下月球與同步衛(wèi)星到地面中心的距離比.板書(shū)設(shè)計(jì)1 行星的運(yùn)動(dòng)內(nèi)容地心說(shuō)代表人物一、古代天體運(yùn)動(dòng)的學(xué)說(shuō)內(nèi)容日心說(shuō)代表人物橢圓軌道定律二、開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律面積定律3周期定律akT 2活動(dòng)與探究課題：從季節(jié)的變化上證明行星繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)是橢圓.在二十四節(jié)氣里, 春分、夏至、秋分、冬至將一年分為春夏秋冬四季，試根據(jù)相關(guān)知識(shí)說(shuō)明為什么秋冬兩季比春夏兩季要少幾天. （春分、秋分是太陽(yáng)直射赤道；夏至是太陽(yáng)直射專心愛(ài)心用心10北回歸線，冬至是太陽(yáng)直射南回歸線）思路： 從地球繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律入手，明確四季交替時(shí)太陽(yáng)與地球的相對(duì)位置，建立起空間圖景，根據(jù)春分、夏至、秋分、冬至的規(guī)定和物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行論證.論證：假設(shè)（ 1）：地球繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，根據(jù)春分、夏至、秋分、