高中物理人教版 (2019)必修 第二册第七章 万有引力与宇宙航行1 行星的运动教案

教学目标 核心素养

物理观念：了解人类对行星运动规律的认识历程

科学思维：理解开普勒三大定律的内容，会分析一些简单的行星运动问题

科学思维：了解行星运动模型的建立、修正与发展

教学重点

1.开普勒三大定律的内容及应用

2.

3.

教学难点

1. 开普勒定律的应用

2.

高考考点

课  型

新授

教  具

教  法

教    学    过    程

教学环节

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阅读课本P43内容，引入本章学习内容。

思考课前问题，引入人类对行星运动的认识经历了艰难的历程。

一、古代对行星运动规律的认识

1．两种学说

①地心说：

内容：地球是宇宙的中心，而且是静止不动的，太阳、月球以及其他行星都围绕地球运动。（符合人们的认知）

代表人物：托勒密   

②日心说：

内容：太阳是宇宙的中心，而且是静止不动的，地球、月球以及其他行星都围绕地球运动。（不符合人们的认知）

思考宇航员的话：“我想现在是牛顿在驾驶”的含义。

学生阅读课本P44相关内容，了解认识历程。

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代表人物：哥白尼

2．两者的碰撞

地心说占据统治地位时间较长，但最终日心说战胜了地心说。原因：很多现象地心说不能解释。如：昼夜交替、四季交替等。

17世纪初，伽利略发明了望远镜，在1609年，观测发现了围绕木星转动的“月球”，进一步表明地球不是所有天体运动的中心。

注意强调：日心说虽然能解释当时很多地心说不能解释的现象，但也是不完全正确的，只是比地心说先进些。但都有历史局限性）

无论是地心说还是日心说，为什么都是其他天体围绕中心天体运动呢？

课本P44第一段最后内容：古人把天体运动看得很神圣，认为天体的运动是最完美、最和谐的匀速圆周运动。

二、开普勒定律

1.哥白尼去世后三年，第谷在丹麦出生。

他对行星运动位置的观测由原来的10’减小到2’，观测结果为哥白尼的学说提供了关键性的支持，被后人誉为“星学之王”。

2.1600年出生于德国的开普勒开始与第谷一起工作（师徒关系），他善于从理论上思考问题。为了完成自己构建理论宇宙学的最求，开普勒需要第谷的观测数据。第谷为了他的数据组织成有用的形式，需要开普勒的数学天才。第谷去世后，开普勒开始整理第谷的观测数据。

3.艰难历程

开始按照哥白尼的学说，按照行星绕太阳做匀速圆周运动的观点来分析问题，结果多次尝试所得的结果都与第谷的观测数据有至少8’的偏差。由于他深信老师观测数据的精确性，开始质疑：行星的运动并非匀速圆周运动。

此后依靠自己出众的智慧，观测、计算、分析，以及非凡的数

科学的探索是无止境的，是枯燥的，要有孜孜以求的探索精神和顽强的韧性，不服输，善于从失败中总结经验。

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学能力，经过多年的尝试，发现天体运动并非做匀速圆周运动，而是做椭圆运动，是人们对天体运动的研究向前大大迈进了一步。并分别于1609年和1619年发表了行星运动的三定律，被后人誉为“天空立法者”。

4.定律内容

⑴第一定律，又称轨道（焦点）定律：

所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点。

理解：①不同行星运行轨道不同

②太阳是所有行星的椭圆轨道的一个共同焦点

⑵第二定律，又称速度（面积）定律：

对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相等。

理解：①同一行星靠近太阳（中心天体）时速度增大，远离太阳（中心天体）时速度减小。

②故近日点速率大，远日点速率小

⑶第三定律，又称周期定律：

所有行星的轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等。若用a表示半长轴，T表周期，可得：

理解：①表达反映了行星公转周期与半长轴之间的依赖关系，半长轴越长的行星，公转周期越长。

②其比值k与行星质量无关，只由太阳（中心天体）质量决定，对围绕同一中心天体运动的行星比值是相同的。

5.开普勒三定律的近似处理

行星绕太阳运动的椭圆轨道十分接近圆，在中学阶段一般按圆

学生阅读课本P45内容，找出三定律表达的含义。动手画椭圆，观察影响椭圆形状的因素。

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轨道处理，可得：

例1. 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；在近日点附近速率大，远地点附近速率小；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2.关于开普勒定律，下列说法正确的是（ ABC ）

A．开普勒定律是根据长时间连续不断的、对行星位置观测记录的大量数据，进行分析计算后获得的结论

B．根据开普勒第二定律，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，可以近似看做圆，即可以认为行星

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绕太阳做匀速圆周运动。

D．开普勒定律只适用于太阳系，对其它恒星系不适用；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3．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4．关于行星的运动说法正确的是（ B D ）

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，共转周期最大

D．冥王星半长轴最长，公转周期最大

例5.如图所示，为地球绕太阳运动的示意图及春分、夏至、秋分、冬至时地球所在的位置。

⑴太阳是否在轨道平面的中心？

夏至、冬至时地球到太阳的距

离是否相同？

不是位于中心，位于其中的

一个焦点上；不相同，夏至时的距离远。

⑵一年之内秋冬两季比春秋两季为什么要少几天？

秋冬两季地球位于近日点附近，地球运行快，所以时间短，春夏两季地球位于远日点附近，运行慢，故时间长。

小结：

课后作业：课后阅读课本P46科学漫步，了解人们对行星运动规律的认识过程。

解决本节课前问题