2024-2025學(xué)年新教材高中物理 第七章 萬有引力與宇宙航行 1 行星的運(yùn)動(dòng)（1）教案 新人教版必修2

2024-2025學(xué)年新教材高中物理第七章萬有引力與宇宙航行1行星的運(yùn)動(dòng)（1）教案新人教版必修2科目授課時(shí)間節(jié)次--年—月—日（星期——）第—節(jié)指導(dǎo)教師授課班級(jí)、授課課時(shí)授課題目（包括教材及章節(jié)名稱）2024-2025學(xué)年新教材高中物理第七章萬有引力與宇宙航行1行星的運(yùn)動(dòng)（1）教案新人教版必修2教學(xué)內(nèi)容分析本節(jié)課的主要教學(xué)內(nèi)容來自2024-2025學(xué)年新教材高中物理第七章“萬有引力與宇宙航行”的第一節(jié)“行星的運(yùn)動(dòng)（1）”。教學(xué)內(nèi)容圍繞開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律展開，包括第一定律（橢圓軌道定律）、第二定律（面積速率定律）和第三定律（調(diào)和定律）。這些內(nèi)容與學(xué)生已有知識(shí)——牛頓運(yùn)動(dòng)定律和圓周運(yùn)動(dòng)的基本概念相聯(lián)系。學(xué)生通過之前的學(xué)習(xí)，已經(jīng)掌握了加速度、向心力以及它們?cè)趫A周運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用，行星運(yùn)動(dòng)定律的引入將使學(xué)生對(duì)天體運(yùn)動(dòng)有更深入的理解，并將物理學(xué)原理擴(kuò)展到更廣闊的宇宙領(lǐng)域。核心素養(yǎng)目標(biāo)分析本節(jié)課的核心素養(yǎng)目標(biāo)旨在通過行星運(yùn)動(dòng)的學(xué)習(xí)，深化學(xué)生對(duì)物理學(xué)科本質(zhì)的理解，提升科學(xué)探究能力和科學(xué)思維能力。首先，學(xué)生將通過探究開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律，發(fā)展模型建構(gòu)與科學(xué)推理的能力，從而理解并能夠運(yùn)用物理模型解釋自然現(xiàn)象。其次，通過對(duì)定律的推導(dǎo)與應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生定量分析問題的能力，加強(qiáng)數(shù)學(xué)與物理之間的聯(lián)系，促進(jìn)數(shù)學(xué)素養(yǎng)的提升。

此外，課程強(qiáng)調(diào)實(shí)踐與創(chuàng)新，學(xué)生將通過對(duì)行星運(yùn)動(dòng)模擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與實(shí)施，鍛煉實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)分析的能力，增強(qiáng)科學(xué)探究的實(shí)踐體驗(yàn)。在小組合作交流的過程中，提升溝通交流和團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力，培養(yǎng)合作精神和社會(huì)責(zé)任感。重點(diǎn)難點(diǎn)及解決辦法本節(jié)課的重點(diǎn)包括：理解并掌握開普勒第一定律（橢圓軌道定律）、第二定律（面積速率定律）和第三定律（調(diào)和定律）。難點(diǎn)主要是對(duì)開普勒定律背后的物理原理的理解，以及如何將這些定律應(yīng)用到實(shí)際問題中。

解決方法與突破策略：

1.對(duì)于重點(diǎn)內(nèi)容的掌握，通過以下步驟進(jìn)行：

-利用多媒體動(dòng)畫演示行星的橢圓軌道運(yùn)動(dòng)，幫助學(xué)生形象理解第一定律。

-通過物理實(shí)驗(yàn)或計(jì)算機(jī)模擬，讓學(xué)生觀察并驗(yàn)證第二定律中的面積速率恒定性。

-通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)和實(shí)例分析，引導(dǎo)學(xué)生理解第三定律中行星軌道周期與半長(zhǎng)軸的關(guān)系。

2.針對(duì)難點(diǎn)的突破策略：

-對(duì)于物理原理的理解，設(shè)計(jì)課堂討論環(huán)節(jié)，鼓勵(lì)學(xué)生提出問題，通過小組合作探討和解釋行星運(yùn)動(dòng)背后的原因。

-應(yīng)用問題解決方面，提供具有實(shí)際背景的例題，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用定律解決具體問題，同時(shí)安排課后習(xí)題，鞏固知識(shí)點(diǎn)。

-對(duì)于數(shù)學(xué)推導(dǎo)部分，提供詳細(xì)的步驟和圖解，幫助學(xué)生逐步理解復(fù)雜的數(shù)學(xué)關(guān)系。教學(xué)方法與手段教學(xué)方法：

1.講授法：結(jié)合課本內(nèi)容，通過生動(dòng)的語言和豐富的物理現(xiàn)象，向?qū)W生闡述開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律的基本概念和物理意義。通過講解，使學(xué)生理解定律的發(fā)現(xiàn)歷程，體會(huì)科學(xué)家的探究過程，激發(fā)學(xué)生的科學(xué)思維。

-在講解過程中，穿插歷史故事和科學(xué)家的事跡，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

-利用提問方式引導(dǎo)學(xué)生思考，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)參與課堂。

2.討論法：針對(duì)行星運(yùn)動(dòng)定律的物理原理和應(yīng)用問題，組織學(xué)生進(jìn)行小組討論，鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)表自己的觀點(diǎn)，培養(yǎng)合作精神和解決問題的能力。

-設(shè)計(jì)具有挑戰(zhàn)性的問題，激發(fā)學(xué)生的探究欲望。

-引導(dǎo)學(xué)生通過討論，相互啟發(fā)，共同解決問題。

3.實(shí)驗(yàn)法：通過物理實(shí)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)模擬，讓學(xué)生親身體驗(yàn)行星運(yùn)動(dòng)的過程，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力和數(shù)據(jù)分析能力。

-設(shè)計(jì)行星運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生觀察并驗(yàn)證開普勒定律。

-利用計(jì)算機(jī)軟件模擬行星運(yùn)動(dòng)，幫助學(xué)生更好地理解定律。

教學(xué)手段：

1.多媒體設(shè)備：利用投影儀、計(jì)算機(jī)等多媒體設(shè)備，展示行星運(yùn)動(dòng)的動(dòng)畫、圖片和實(shí)驗(yàn)視頻，使抽象的物理概念形象化，提高教學(xué)效果。

-使用動(dòng)畫演示行星在橢圓軌道上的運(yùn)動(dòng)，幫助學(xué)生直觀理解第一定律。

-展示實(shí)驗(yàn)操作過程，讓學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，提高實(shí)驗(yàn)成功率。

2.教學(xué)軟件：運(yùn)用物理學(xué)仿真軟件，如PhET、Geogebra等，讓學(xué)生在虛擬環(huán)境中探究行星運(yùn)動(dòng)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性。

-利用PhET等軟件，設(shè)計(jì)互動(dòng)式學(xué)習(xí)任務(wù)，讓學(xué)生在探究中掌握定律。

-結(jié)合Geogebra軟件，讓學(xué)生動(dòng)態(tài)觀察行星運(yùn)動(dòng)，提高對(duì)定律的理解。

3.網(wǎng)絡(luò)資源：利用互聯(lián)網(wǎng)資源，拓展學(xué)生的知識(shí)視野，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

-推薦科普文章和視頻，幫助學(xué)生了解行星運(yùn)動(dòng)定律在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用。

-引導(dǎo)學(xué)生查閱相關(guān)資料，培養(yǎng)信息檢索和自主學(xué)習(xí)能力。教學(xué)實(shí)施過程1.課前自主探索

-教師活動(dòng)：

發(fā)布預(yù)習(xí)任務(wù)：通過學(xué)校在線學(xué)習(xí)平臺(tái)，發(fā)布關(guān)于開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律的預(yù)習(xí)資料，包括PPT、科普視頻和預(yù)習(xí)指南，明確預(yù)習(xí)目標(biāo)和要求。

設(shè)計(jì)預(yù)習(xí)問題：圍繞“行星的運(yùn)動(dòng)”，設(shè)計(jì)問題如“為什么行星的軌道是橢圓形狀？”和“開普勒第二定律如何體現(xiàn)面積速率恒定？”引導(dǎo)學(xué)生自主思考。

監(jiān)控預(yù)習(xí)進(jìn)度：通過學(xué)習(xí)平臺(tái)的數(shù)據(jù)反饋，了解學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，及時(shí)調(diào)整教學(xué)計(jì)劃。

-學(xué)生活動(dòng)：

自主閱讀預(yù)習(xí)資料：學(xué)生按照預(yù)習(xí)指南，閱讀資料，初步理解開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律。

思考預(yù)習(xí)問題：學(xué)生針對(duì)預(yù)習(xí)問題進(jìn)行思考，記錄下自己的理解和新產(chǎn)生的疑問。

提交預(yù)習(xí)成果：學(xué)生將筆記、思維導(dǎo)圖或疑問通過平臺(tái)提交，為課堂討論做好準(zhǔn)備。

-教學(xué)方法/手段/資源：

-自主學(xué)習(xí)法：鼓勵(lì)學(xué)生獨(dú)立探索新知識(shí)，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力。

-信息技術(shù)手段：利用在線平臺(tái)實(shí)現(xiàn)資源共享和進(jìn)度監(jiān)控。

-作用與目的：

-幫助學(xué)生提前接觸新知識(shí)，為課堂學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

-培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考和自主學(xué)習(xí)能力。

2.課中強(qiáng)化技能

-教師活動(dòng)：

導(dǎo)入新課：通過講述開普勒的研究故事，引起學(xué)生對(duì)行星運(yùn)動(dòng)定律的興趣。

講解知識(shí)點(diǎn)：詳細(xì)講解開普勒三大定律，結(jié)合實(shí)際天體運(yùn)動(dòng)例子，幫助學(xué)生理解定律的物理意義。

組織課堂活動(dòng)：設(shè)計(jì)小組討論和計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在互動(dòng)中掌握定律的應(yīng)用。

解答疑問：針對(duì)學(xué)生提出的疑問，進(jìn)行一對(duì)一或集體解答。

-學(xué)生活動(dòng)：

聽講并思考：認(rèn)真聆聽教師的講解，主動(dòng)提出問題。

參與課堂活動(dòng)：在小組討論中積極發(fā)言，通過計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)觀察定律的驗(yàn)證過程。

提問與討論：對(duì)于不懂的問題大膽提問，參與課堂討論。

-教學(xué)方法/手段/資源：

-講授法：通過講解和實(shí)例分析，幫助學(xué)生深入理解定律。

-實(shí)踐活動(dòng)法：通過小組討論和實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐操作能力。

-合作學(xué)習(xí)法：通過團(tuán)隊(duì)合作，增強(qiáng)學(xué)生的溝通和協(xié)作能力。

-作用與目的：

-加深學(xué)生對(duì)行星運(yùn)動(dòng)定律的理解，掌握應(yīng)用技能。

-通過實(shí)踐活動(dòng)，提升學(xué)生的動(dòng)手能力和問題解決能力。

-培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)和溝通能力。

3.課后拓展應(yīng)用

-教師活動(dòng)：

布置作業(yè)：根據(jù)課堂內(nèi)容，布置相關(guān)的習(xí)題和思考題，鞏固學(xué)生對(duì)定律的理解。

提供拓展資源：推薦與行星運(yùn)動(dòng)相關(guān)的書籍、網(wǎng)站和視頻，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行深入學(xué)習(xí)。

反饋?zhàn)鳂I(yè)情況：及時(shí)批改作業(yè)，給予學(xué)生個(gè)性化反饋和指導(dǎo)。

-學(xué)生活動(dòng)：

完成作業(yè)：認(rèn)真完成作業(yè)，鞏固課堂所學(xué)知識(shí)。

拓展學(xué)習(xí)：利用教師提供的資源，進(jìn)行知識(shí)的拓展和深化。

反思總結(jié)：對(duì)學(xué)習(xí)過程進(jìn)行反思，總結(jié)學(xué)習(xí)收獲和不足，提出改進(jìn)措施。

-教學(xué)方法/手段/資源：

-自主學(xué)習(xí)法：鼓勵(lì)學(xué)生自主完成作業(yè)和拓展學(xué)習(xí)。

-反思總結(jié)法：指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自我反思，促進(jìn)學(xué)習(xí)方法的改進(jìn)。

-作用與目的：

-鞏固學(xué)生對(duì)開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律的理解和運(yùn)用。

-通過拓展資源，拓寬學(xué)生的知識(shí)視野。

-通過反思和總結(jié)，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)策略和自我管理能力。拓展與延伸1.拓展閱讀材料：

-《宇宙的奧秘：從地心說到日心說》，了解行星運(yùn)動(dòng)定律發(fā)現(xiàn)的歷史背景，以及科學(xué)家們?nèi)绾螐牡匦恼f逐步轉(zhuǎn)向日心說的過程。

-《開普勒定律與現(xiàn)代天文學(xué)》，探討開普勒定律在現(xiàn)代天文學(xué)中的應(yīng)用，以及它們對(duì)人類探索宇宙的重要性。

-《天體力學(xué)基礎(chǔ)》，深入介紹天體力學(xué)的基本原理，包括牛頓定律、萬有引力定律在天體運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用。

-《航天器軌道設(shè)計(jì)原理》，通過實(shí)際案例，了解開普勒定律在航天工程中的應(yīng)用，如衛(wèi)星軌道設(shè)計(jì)和宇宙飛船的航行。

2.課后自主學(xué)習(xí)和探究：

-研究行星運(yùn)動(dòng)定律在航天領(lǐng)域的應(yīng)用，如衛(wèi)星發(fā)射和行星探測(cè)器任務(wù)。

-探索其他天體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，如彗星、小行星的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。

-調(diào)查現(xiàn)代天文學(xué)研究中的新發(fā)現(xiàn)，如系外行星的探測(cè)，以及這些發(fā)現(xiàn)對(duì)開普勒定律的驗(yàn)證和拓展。

-分析天體運(yùn)動(dòng)中的異?，F(xiàn)象，如近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)、軌道離心率的長(zhǎng)期變化，了解這些現(xiàn)象背后的物理原因。

-設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)或計(jì)算機(jī)模擬，驗(yàn)證開普勒定律在不同條件下的適用性，如在不同引力場(chǎng)中的行星運(yùn)動(dòng)。

-研究行星運(yùn)動(dòng)定律在天文觀測(cè)中的應(yīng)用，如如何利用開普勒定律來推斷恒星的質(zhì)量和軌道參數(shù)。課后拓展1.拓展內(nèi)容：

-閱讀材料：《從開普勒到牛頓：經(jīng)典力學(xué)的建立》，了解開普勒定律如何為牛頓的經(jīng)典力學(xué)打下基礎(chǔ)，以及兩者之間的聯(lián)系。

-視頻資源：《宇宙之旅：行星運(yùn)動(dòng)探秘》，通過動(dòng)畫形式展示行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，以及開普勒定律在現(xiàn)代天文探測(cè)中的應(yīng)用。

-實(shí)踐項(xiàng)目：設(shè)計(jì)一個(gè)小型的天文觀測(cè)計(jì)劃，如觀測(cè)月球、行星的位置變化，并嘗試運(yùn)用開普勒定律進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

-研究報(bào)告：選擇一個(gè)或幾個(gè)行星，研究其軌道特點(diǎn)、公轉(zhuǎn)周期等，撰寫一份關(guān)于行星運(yùn)動(dòng)的研究報(bào)告。

-科普文章：《天體運(yùn)動(dòng)與時(shí)間計(jì)量》，探討天體運(yùn)動(dòng)如何影響人類的時(shí)間計(jì)量，如日、月、年的定義。

-學(xué)術(shù)論文：閱讀有關(guān)行星運(yùn)動(dòng)研究的學(xué)術(shù)論文，了解當(dāng)前天文學(xué)界對(duì)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的最新研究成果。

2.拓展要求：

-鼓勵(lì)學(xué)生在課后選擇感興趣的拓展內(nèi)容進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，加深對(duì)行星運(yùn)動(dòng)定律的理解。

-教師提供閱讀材料、視頻資源和指導(dǎo)建議，幫助學(xué)生選擇適合自己水平的拓展項(xiàng)目。

-學(xué)生在完成拓展學(xué)習(xí)后，需提交相關(guān)的學(xué)習(xí)成果，如閱讀筆記、觀測(cè)報(bào)告、研究論文等。

-教師對(duì)學(xué)生的拓展成果進(jìn)行評(píng)價(jià)和反饋，提供必要的指導(dǎo)和幫助，解答學(xué)生在拓展過程中遇到的疑問。

-鼓勵(lì)學(xué)生分享自己的拓展成果，進(jìn)行課堂交流，促進(jìn)知識(shí)的共享和深化。

-鼓勵(lì)學(xué)生參與學(xué)校或社區(qū)的天文俱樂部、科學(xué)競(jìng)賽等活動(dòng)，將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際，提高實(shí)踐能力。課堂小結(jié)，當(dāng)堂檢測(cè)一、課堂小結(jié)：

1.開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律概述：回顧開普勒第一定律（橢圓軌道定律）、第二定律（面積速率定律）和第三定律（調(diào)和定律）的基本內(nèi)容和意義。

2.行星運(yùn)動(dòng)定律的發(fā)現(xiàn)歷程：簡(jiǎn)要介紹開普勒如何通過對(duì)第谷·布拉赫的天文觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入研究，最終發(fā)現(xiàn)了行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。

3.行星運(yùn)動(dòng)定律在現(xiàn)代天文學(xué)中的應(yīng)用：強(qiáng)調(diào)開普勒定律在天文觀測(cè)、航天工程等領(lǐng)域的重要作用，以及它們對(duì)人類認(rèn)識(shí)宇宙的貢獻(xiàn)。

4.行星運(yùn)動(dòng)定律與牛頓力學(xué)的聯(lián)系：指出開普勒定律為牛頓力學(xué)的建立奠定了基礎(chǔ)，并簡(jiǎn)要闡述兩者之間的關(guān)系。

二、當(dāng)堂檢測(cè)：

1.判斷題：判斷下列說法是否正確，并說明理由。

-行星沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng)，太陽位于橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。（正確）

-行星在軌道上的面積速率是恒定的。（正確）

-行星的公轉(zhuǎn)周期與半長(zhǎng)軸的立方成正比。（正確）

2.填空題：根據(jù)開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律，完成下列填空。

-行星沿______軌道運(yùn)動(dòng)，太陽位于橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。（橢圓）

-行星在軌道上的面積速率是______。（恒定）

-行星的公轉(zhuǎn)周期與半長(zhǎng)軸的______成正比。（立方）

3.選擇題：從下列選項(xiàng)中選出正確答案。

-開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律是由哪位科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的？(A)牛頓(B)開普勒(C)第谷·布拉赫

答案：(B)開普勒

-開普勒第一定律指出，行星沿______軌道運(yùn)動(dòng)。(A)圓形(B)橢圓形(C)拋物線形

答案：(B)橢圓形

-開普勒第三定律表明，行星的公轉(zhuǎn)周期與半長(zhǎng)軸的______成正比。(A)平方(B)立方(C)四次方)

答案：(B)立方

4.應(yīng)用題：根據(jù)開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律，計(jì)算地球繞太陽公轉(zhuǎn)的周期。已知地球軌道的半長(zhǎng)軸為1天文單位（AU），太陽的質(zhì)量為1.989×10^30千克，引力常數(shù)G為6.674×10^-11N·m^2/kg^2。

解：根據(jù)開普勒第三定律，有T^2=k*a^3，其中T為公轉(zhuǎn)周期，a為半長(zhǎng)軸，k為常數(shù)。將已知數(shù)據(jù)代入公式，得T^2=(k*1^3)=k，所以T=√k。由于題目未給出k的具體值，我們可以直接使用開普勒第三定律中的比例關(guān)系，即T_地球/T_其他行星=(a_地球/a_其他行星)^3/2。假設(shè)我們已知某個(gè)其他行星的公轉(zhuǎn)周期和半長(zhǎng)軸，就可以計(jì)算出地球的公轉(zhuǎn)周期。內(nèi)容邏輯關(guān)系①開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律的發(fā)現(xiàn)背景

-重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)：第谷·布拉赫的天文觀測(cè)數(shù)據(jù)，開普勒對(duì)數(shù)據(jù)的分析

-重點(diǎn)詞：第谷·布拉赫，天文觀測(cè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)分析

-重點(diǎn)句：開普勒通過對(duì)第谷·布拉赫的天文觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)了行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。

②開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律的內(nèi)容

-重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)：第一定律（橢圓軌道定律），第二定律（面積速率定律），第三定律（調(diào)和定律）

-重點(diǎn)詞：橢圓軌道，面積速率，調(diào)和定律

-重點(diǎn)句：行星沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng)，太陽位于橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上；行星在軌道上的面積速率是恒定的；行星的公轉(zhuǎn)周期與半長(zhǎng)軸的立