《行星的運動》示范教案

6/66.1行星的運動【教學(xué)目標(biāo)】知識與技能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動的軌道都是橢圓，太陽處在橢圓的一個焦點上。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、理解人們對行星運動的認(rèn)識過程是漫長復(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)家對行星運動的不同認(rèn)識，了解人類認(rèn)識事物本質(zhì)的曲折性并加深對行星運動的理解。情感態(tài)度與價值觀1、澄清對天體運動神秘模糊的認(rèn)識，掌握人類認(rèn)識自然規(guī)律的科學(xué)方法。2、感悟科學(xué)是人類進(jìn)步不竭的動力?！窘虒W(xué)重點】開普勒行星運動定律【教學(xué)難點】對開普勒行星運動定律的理解和應(yīng)用【教學(xué)課時】1課時【探究學(xué)習(xí)】一、人類認(rèn)識天體運動的歷史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、開普勒行星運動定律的內(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)行星運動的軌道能夠按圓來處理。引入新課多媒體演示：天體運動的圖片瀏覽。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。人們對行星運動的認(rèn)識過程是漫長復(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)識行星的運動。新課講解一、古代對行星運動規(guī)律的認(rèn)識問1：．古人對天體運動存在哪些看法?“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，是靜止不動的，太陽、月亮以及其他行星都繞地球運動，“日心說”則認(rèn)為太陽是靜止不動的，地球和其他行星都繞太陽運動．“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，同時也符合勢力強大的宗教神學(xué)關(guān)于地球是宇宙中心的認(rèn)識，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《人類對行星運動規(guī)律的認(rèn)識》，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動不僅復(fù)雜而且問題很多，如果把地球從天體運動的中心位置移到一個普通的、繞太陽運動的位置，換一個角度來考慮天體的運動，許多問題都可以解決，行星運動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動．二、開普勒行星運動三定律問1：古人認(rèn)為天體做什么運動?古人把天體的運動看得十分神圣，他們認(rèn)為天體的運動不同于地面物體的運動，天體做的是最完美、最和諧的勻速圓周運動．問2：開普勒認(rèn)為行星做什么樣的運動?他是怎樣得出這一結(jié)論的?開普勒認(rèn)為行星做橢圓運動．他發(fā)現(xiàn)假設(shè)行星傲勻逮圓周運動，計算所得的數(shù)據(jù)與觀測數(shù)據(jù)不符，只有認(rèn)為行星做橢圓運動，才能解釋這一差別．問3：開普勒行星運動定律哪幾個方面描述了行星繞太陽運動的規(guī)律?具體表述是什么?開普勒行星運動定律從行星運動軌道，行星運動的線速度變化，軌道與周期的關(guān)系三個方面揭示了行星運動的規(guī)律．（多媒體播放行星繞橢圓軌道運動的課件）開普勒第一定律：所有行星繞太陽運動的軌道都是橢圓，太陽處在橢圓的一個焦點上．問4：這一定律說明了行星運動軌跡的形狀，不同的行星繞大陽運行時橢圓軌道相同嗎?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，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．圖7.1-1想一想，橢圓上某點到兩個焦點的距離之和與橢圓上另一點到兩個焦點的距離之和有什么關(guān)系?開普勒第二定律：對任意一個行星來說，它與太陽的連線在相等時間內(nèi)掃過相等的面積．問5：如下圖所示，行星沿著橢圓軌道運行，太陽位于橢圓的一個焦點上行星在遠(yuǎn)日點的速率與在近日點的速率誰大？因為相等時間內(nèi)面積相等，所以近日點速率大。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，應(yīng)該怎樣表述呢?1、多數(shù)大行星繞太陽運動軌道半徑十分接近圓，太陽處在圓心上。2、對某一行星來說，它繞太陽做圓周運動的角速度（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：所有行星繞太陽運動的半長軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期二次方的比值是一個常數(shù)k，可以猜想，這個“k”一定與運動系統(tǒng)的物體有關(guān)．因為常數(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)，而在運動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動，也適用于衛(wèi)星繞著地球轉(zhuǎn)，K是一個與行星質(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)。【課堂訓(xùn)練】例1關(guān)于行星的運動以下說法正確的是（）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.為什么說曲線運動一定是變速運動?分析：由開普勒第三定律可知，a越大，T越大，故BD正確，C錯誤；式中的T是公轉(zhuǎn)周期而非自轉(zhuǎn)周期，故A錯。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：對木星所以點撥：在利用開普勒第三定律解題時，應(yīng)注意它們的比值中的k是一個與行星運動無關(guān)的常量。例3已知地球繞太陽作橢圓運動。在地球遠(yuǎn)離太陽運動的過程中，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，則地球運動情況將如何？思維入門指導(dǎo)：行星的運動為曲線運動，因此本節(jié)知識常常和曲線運動知識相綜合。解：由于地球在遠(yuǎn)離太陽運動的過程中，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)離太陽運動的過程中角速度（單位時間內(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€方向做離心運動。點撥：地球繞太陽的運動雖然并非勻速圓周運動，但向心力公式仍適用。任一時刻，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：讓學(xué)生概括總結(jié)本節(jié)的內(nèi)容。請一個同學(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)評價黑板上的小結(jié)內(nèi)容。學(xué)生活動：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。點評：總結(jié)課堂內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生