7.1行星的运动 教案（word版教案）
文档属性
| 名称 | 7.1行星的运动 教案（word版教案） |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 336.5KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-07-05 17:27:20 | ||
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文档简介
7.1行星的运动
〖教材分析〗
本节是整章教学的知识基础。教材通过介绍古代人们对天体运动提出的地心说和日心说，从运动学角度描述了天体的运动，再现了天文学家对天体运动观测和认识的曲折经历。使学生了解人类对行星运动规律的认识过程。然后，通过开普勒行星运动定律的讲解，使学生知道行星是如何运动的，为万有引力定律的探究做了铺垫。
〖教学目标与核心素养〗
物理观念：树立运动观念，知道地心说和日心说的根本区别是参考系不同；理解和掌握开普勒行星运动三大定律，并能解决问题。
科学思维：通过托勒密、哥白尼、第谷、开普勒等几位科学家对行星运动的不同认识，了解人类认识事物本质的曲折性并加深对行星运动的理解。
科学探究：通过对天体运动由神秘、模糊的认识到清晰的过程的理解，掌握人类认识自然规律的科学方法。
科学态度与责任：理解人们对行星运动的认识过程是漫长复杂的，真理是来之不易的。
〖教学重点与难点〗
重点：理解开普勒行星三大定律的内容。
难点：对开普勒三大定律中K的理解。
〖教学准备〗
多媒体课件
〖教学过程〗
自远古以来，当人们仰望星空时，天空中壮丽璀璨的景象便吸引了他们的注意。智慧的头脑开始探索星体运动的奥秘。到了17世纪，牛顿以他伟大的工作把天空中的现象与地面上的现象统一起来，成功地解释了天体运行的规律。时至今日，数千颗人造卫星正在按照万有引力定律为它们“设定”的轨道绕地球运转着。
这一章我们将学习对人类智慧影响至为深远、在天体运动中起着决定性作用的万有引力定律，并了解它的发现历程和在人类开拓太空中的作用。
一、新课引入
不同行星都在各自的轨道上绕太阳运行，观察行星运行的轨道有怎样的特点？ 行星绕太阳运行的周期与距离太阳的远近是否存在某种关系？
观察行星运动动图，发现行星的轨道都近似于圆形，距离太阳越近的行星周期越短。
二、新课教学
（一）地心说与日心说
地心说：认为地球是宇宙的中心，是静止不动的，太阳月亮以及其他行星都绕这地球运动。
它代表人物是公元2世纪的希腊天文学家托勒密。地心说与直接的观察经验相符,我们常见的太阳东升西落，月亮的圆缺等。同时也与势力强大的宗教神学保持一致，因此地心说一度占据了统治地位。后来进一步的观察发现，发现行星的轨迹是非常的复杂，不符合大道至简的道理。
到了16世波兰科学家纪哥白尼提出了日心说。
日心说：认为太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动，而月球则绕地球运动。
日月的东升西落是由于地球的自传，似乎与人们的生活经验不相符合。
从现代的观点来看，地心说与日心说无非是参考系的不同，地心说以地球为参考系，日心说以太阳为参考系。但正是这次参考系变换，为人民打开了全新的思维方式，由此开始一代又一代的科学界踏着哥白尼的肩膀，来到了现代天体物理学门前。经过长期论争，日心说战胜了地心说，最终被接受。 无论地心说还是日心说，古人都把天体的运动看得很神圣，认为天体的运动必然是最完美、最和谐的匀速圖周运动。
问题1：行星运动果真如此吗？
如果天体的运动必然是匀速圆周运动，那么四季的时间应该相同。我们把一年四季的时间表列出来。
春天 立春2.4 春分3.20 共92天
夏天 立夏5.5 夏至6.21 共94天
秋天 立秋8.7 秋分9.22 共89天
冬天 立冬11.7 冬至12.21 共90天
观察发现秋冬两季比春夏两季时间短。这就说明了，行星绕太阳的运动不是匀速圆周运动。
在伽利略发明望远镜后，丹麦物理学家第谷对行星的进行了长时间观测，留下了大量的观测数据。在他去世前把所有观测数据交给了年轻的助手，德国天文学家开普勒。
开普勒用20年的时间研究了丹麦天文学家第谷的行星观测记录，开普勒分别于1609年和1619年发表了他发现的下列规律，后人称为开普勒行星运动定律。
（二）行星运动定律
开普勒第一定律（轨道定律）：所有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。
开普勒第一定律告诉我们：行星绕太阳运行的轨道严格来说不是圆而是椭圆；太阳不在椭圆的中心，而是在其中的个焦点上；行星与太阳间的距离是不断变化的。
做一做
可以用一条细绳和两只图钉来画椭圆。如图7.1-1,把白纸铺在木板上，然后按上图钉：把细绳的两端系在图钉上，用一支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作椭圆的焦点。
在这里O点叫做椭圆的中心，中心到边缘的距离有长有短，这里最长叫半长轴a，这边最短叫半短轴b。
思考问题
保持绳长不变，当两焦点不断靠近时，椭圆形状如何变化？焦点重合时，半长轴转变为什么？
通过观察动图，发现保持绳长不变，当两焦点不断靠近时，椭圆变大。焦点重合时，半长轴转变为正圆的半径。除了这些外椭圆还有其他的性质，如这一切都是命中注定的，不论你出发的方向如何，最终都会去到另一个焦点。
开普勒第二定律（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。
问题:2：行星在远日点的速率与在近日点的速率谁大，为什么？
观察行星运动的动图：当行星离太阳较近的时候, 运行的速度较大，而离太阳较远的时候速度较小。我们可以这样分析这两段所用的时间相同，而这里所走过的弧长更长，所速度大。
问题3：近日点是冬天还是远日点？
冬天比较短，说明地球转得快，所以冬天在近日点。
开普勒第三定律（周期定律）：所有行星轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比都相等。
若用a代表椭圆轨道的半长轴，T代表公转周期
比值k是一个对所有行星都相同的常量，k是一个只与中心天体有关的物理量。
问题4：那什么是中心天体
环绕着转的叫做环绕天体，被环绕的叫做中心天体。如行星绕太阳转：中心天体是太阳。卫星绕地球转：中心天体是地球。月亮也是卫星。
事实上，行星的轨道与圆十分接近，在中学阶段要求不是很严格的条件下，我们可以按照圆轨道处理。按圆轨道处理天体运动时，开普勒关于天体运动的三条定律，具体表述为：
1.行星绕太阳运动的轨道十分接近圆，太阳处在圆心。
2.对某一行星来说，它绕太阳做圆周运动的角速度（线速度）不变，即行星做匀速圆周运动。
3.所以行星轨道半径r的三次方跟它的公转周期T的二次方的比值都相等。
总体来说，就是变椭圆运动为匀速圆周运动来处理，对应的半长轴即为圆的半径。
课堂练习
例1：正确描述行星绕太阳运行规律的是 ( )
A、第谷 B、哥白尼 C、开普勒 D、牛顿
解题提示：开普勒定律较为精确的描述了行星的运动。
例2：下列说法正确的是（ ）
A、地球是宇宙的中心，太阳、月亮及其他行星都绕地球运动
B、太阳是宇宙的中心，所有天体都绕太阳运动
C、太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动
D、“地心说”和哥白尼提出的“日心说”现在看来都是不正确的
解题提示：地心说认为地球是宇宙的中心，是静止不动的，太阳月亮以及其他行星都绕这地球运动。日心说认为太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动，而月球则绕地球运动。静止是相对的，运动是绝对的。
例3：（2016年）关于行星运动的规律，下列说法符合史实的是（ ）
A、开普勒在牛顿定律的基础上，导出了行星运动的规律
B、开普勒在天文观测数据的基础上，总结出了行星运动的规律
C、开普勒总结出了行星运动的规律，找出了行星按照这些规律运动的原因
D、开普勒总结出了行星运动的规律，发现了万有引力定律
解题提示：开普勒在第谷的数据基础上总结出来三大定律。
例4：如图所示是行星m绕恒星M运动情况的示意图，下列说法中正确的是（ ）
A、速度最大点是B点
B、速度最小点是C点
C、m从A到B做减速运动
D、m从B到A做减速运动
解题提示：行星的速度近大远小。
科学漫步（了解）
课堂练习
例5：地球公转轨道的半径在天文学上常用来作为长度单位，叫做天文单位 ，用来量度太阳系内天体与太阳的距离。已知火星公转的轨道半径是 1.5 天文单位，根据开普勒第三定律，火星公转的周期是多少个地球日？
解题提示：根据开普勒第三定律，k的值是相同的，列方程。
课后思考与讨论
在力学中，有的问题是根据物体的运动探究它受的力，有的问题则是根据物体所受的力推测它的运动。这一节的讨论属于哪一种情况？你能从过去学过的内容或做过的练习中各找出一个例子吗？
〖板书设计〗
7.1行星的运动
开普勒在第谷的天文观测数据的基础上，总结出了行星运动的规律。
1、开普勒第一定律（轨道定律）：所有行星绕太阳的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上。
2、开普勒第二定律（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相等的面积。（在远日点速度慢，在近日点速度快。）
3、开普勒第三定律（周期定律）：所有行星的椭圆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。
比值k是一个对所有行星都相同的常量，k是一个只与中心天体有关的物理量。
〖教学反思〗
1、本节课的设计从发现行星运动的物理学史讲起，但是课本的这部分内容是放在科学漫步部分，属于课后兴趣内容。授课时又会从那里开始，会给学生一种茫茫然的错觉。所教师在讲课的时候一定要说清楚原因。
2、本节课对于开普勒定律的理想化处理的讲解并没有深入，这是由于前面的圆周运动已经做好了铺垫。只是为什么要这样处理，没有讲好。因为我们的航天不会是理想化处理的，肯定是要按实际情况来处理的，所以在这方面还要继续加强。
〖教材分析〗
本节是整章教学的知识基础。教材通过介绍古代人们对天体运动提出的地心说和日心说，从运动学角度描述了天体的运动，再现了天文学家对天体运动观测和认识的曲折经历。使学生了解人类对行星运动规律的认识过程。然后，通过开普勒行星运动定律的讲解，使学生知道行星是如何运动的，为万有引力定律的探究做了铺垫。
〖教学目标与核心素养〗
物理观念：树立运动观念，知道地心说和日心说的根本区别是参考系不同；理解和掌握开普勒行星运动三大定律，并能解决问题。
科学思维：通过托勒密、哥白尼、第谷、开普勒等几位科学家对行星运动的不同认识，了解人类认识事物本质的曲折性并加深对行星运动的理解。
科学探究：通过对天体运动由神秘、模糊的认识到清晰的过程的理解，掌握人类认识自然规律的科学方法。
科学态度与责任：理解人们对行星运动的认识过程是漫长复杂的，真理是来之不易的。
〖教学重点与难点〗
重点：理解开普勒行星三大定律的内容。
难点：对开普勒三大定律中K的理解。
〖教学准备〗
多媒体课件
〖教学过程〗
自远古以来，当人们仰望星空时，天空中壮丽璀璨的景象便吸引了他们的注意。智慧的头脑开始探索星体运动的奥秘。到了17世纪，牛顿以他伟大的工作把天空中的现象与地面上的现象统一起来，成功地解释了天体运行的规律。时至今日，数千颗人造卫星正在按照万有引力定律为它们“设定”的轨道绕地球运转着。
这一章我们将学习对人类智慧影响至为深远、在天体运动中起着决定性作用的万有引力定律，并了解它的发现历程和在人类开拓太空中的作用。
一、新课引入
不同行星都在各自的轨道上绕太阳运行，观察行星运行的轨道有怎样的特点？ 行星绕太阳运行的周期与距离太阳的远近是否存在某种关系？
观察行星运动动图，发现行星的轨道都近似于圆形，距离太阳越近的行星周期越短。
二、新课教学
（一）地心说与日心说
地心说：认为地球是宇宙的中心，是静止不动的，太阳月亮以及其他行星都绕这地球运动。
它代表人物是公元2世纪的希腊天文学家托勒密。地心说与直接的观察经验相符,我们常见的太阳东升西落，月亮的圆缺等。同时也与势力强大的宗教神学保持一致，因此地心说一度占据了统治地位。后来进一步的观察发现，发现行星的轨迹是非常的复杂，不符合大道至简的道理。
到了16世波兰科学家纪哥白尼提出了日心说。
日心说：认为太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动，而月球则绕地球运动。
日月的东升西落是由于地球的自传，似乎与人们的生活经验不相符合。
从现代的观点来看，地心说与日心说无非是参考系的不同，地心说以地球为参考系，日心说以太阳为参考系。但正是这次参考系变换，为人民打开了全新的思维方式，由此开始一代又一代的科学界踏着哥白尼的肩膀，来到了现代天体物理学门前。经过长期论争，日心说战胜了地心说，最终被接受。 无论地心说还是日心说，古人都把天体的运动看得很神圣，认为天体的运动必然是最完美、最和谐的匀速圖周运动。
问题1：行星运动果真如此吗？
如果天体的运动必然是匀速圆周运动，那么四季的时间应该相同。我们把一年四季的时间表列出来。
春天 立春2.4 春分3.20 共92天
夏天 立夏5.5 夏至6.21 共94天
秋天 立秋8.7 秋分9.22 共89天
冬天 立冬11.7 冬至12.21 共90天
观察发现秋冬两季比春夏两季时间短。这就说明了，行星绕太阳的运动不是匀速圆周运动。
在伽利略发明望远镜后，丹麦物理学家第谷对行星的进行了长时间观测，留下了大量的观测数据。在他去世前把所有观测数据交给了年轻的助手，德国天文学家开普勒。
开普勒用20年的时间研究了丹麦天文学家第谷的行星观测记录，开普勒分别于1609年和1619年发表了他发现的下列规律，后人称为开普勒行星运动定律。
（二）行星运动定律
开普勒第一定律（轨道定律）：所有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。
开普勒第一定律告诉我们：行星绕太阳运行的轨道严格来说不是圆而是椭圆；太阳不在椭圆的中心，而是在其中的个焦点上；行星与太阳间的距离是不断变化的。
做一做
可以用一条细绳和两只图钉来画椭圆。如图7.1-1,把白纸铺在木板上，然后按上图钉：把细绳的两端系在图钉上，用一支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作椭圆的焦点。
在这里O点叫做椭圆的中心，中心到边缘的距离有长有短，这里最长叫半长轴a，这边最短叫半短轴b。
思考问题
保持绳长不变，当两焦点不断靠近时，椭圆形状如何变化？焦点重合时，半长轴转变为什么？
通过观察动图，发现保持绳长不变，当两焦点不断靠近时，椭圆变大。焦点重合时，半长轴转变为正圆的半径。除了这些外椭圆还有其他的性质，如这一切都是命中注定的，不论你出发的方向如何，最终都会去到另一个焦点。
开普勒第二定律（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。
问题:2：行星在远日点的速率与在近日点的速率谁大，为什么？
观察行星运动的动图：当行星离太阳较近的时候, 运行的速度较大，而离太阳较远的时候速度较小。我们可以这样分析这两段所用的时间相同，而这里所走过的弧长更长，所速度大。
问题3：近日点是冬天还是远日点？
冬天比较短，说明地球转得快，所以冬天在近日点。
开普勒第三定律（周期定律）：所有行星轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比都相等。
若用a代表椭圆轨道的半长轴，T代表公转周期
比值k是一个对所有行星都相同的常量，k是一个只与中心天体有关的物理量。
问题4：那什么是中心天体
环绕着转的叫做环绕天体，被环绕的叫做中心天体。如行星绕太阳转：中心天体是太阳。卫星绕地球转：中心天体是地球。月亮也是卫星。
事实上，行星的轨道与圆十分接近，在中学阶段要求不是很严格的条件下，我们可以按照圆轨道处理。按圆轨道处理天体运动时，开普勒关于天体运动的三条定律，具体表述为：
1.行星绕太阳运动的轨道十分接近圆，太阳处在圆心。
2.对某一行星来说，它绕太阳做圆周运动的角速度（线速度）不变，即行星做匀速圆周运动。
3.所以行星轨道半径r的三次方跟它的公转周期T的二次方的比值都相等。
总体来说，就是变椭圆运动为匀速圆周运动来处理，对应的半长轴即为圆的半径。
课堂练习
例1：正确描述行星绕太阳运行规律的是 ( )
A、第谷 B、哥白尼 C、开普勒 D、牛顿
解题提示：开普勒定律较为精确的描述了行星的运动。
例2：下列说法正确的是（ ）
A、地球是宇宙的中心，太阳、月亮及其他行星都绕地球运动
B、太阳是宇宙的中心，所有天体都绕太阳运动
C、太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动
D、“地心说”和哥白尼提出的“日心说”现在看来都是不正确的
解题提示：地心说认为地球是宇宙的中心，是静止不动的，太阳月亮以及其他行星都绕这地球运动。日心说认为太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动，而月球则绕地球运动。静止是相对的，运动是绝对的。
例3：（2016年）关于行星运动的规律，下列说法符合史实的是（ ）
A、开普勒在牛顿定律的基础上，导出了行星运动的规律
B、开普勒在天文观测数据的基础上，总结出了行星运动的规律
C、开普勒总结出了行星运动的规律，找出了行星按照这些规律运动的原因
D、开普勒总结出了行星运动的规律，发现了万有引力定律
解题提示：开普勒在第谷的数据基础上总结出来三大定律。
例4：如图所示是行星m绕恒星M运动情况的示意图，下列说法中正确的是（ ）
A、速度最大点是B点
B、速度最小点是C点
C、m从A到B做减速运动
D、m从B到A做减速运动
解题提示：行星的速度近大远小。
科学漫步（了解）
课堂练习
例5：地球公转轨道的半径在天文学上常用来作为长度单位，叫做天文单位 ，用来量度太阳系内天体与太阳的距离。已知火星公转的轨道半径是 1.5 天文单位，根据开普勒第三定律，火星公转的周期是多少个地球日？
解题提示：根据开普勒第三定律，k的值是相同的，列方程。
课后思考与讨论
在力学中，有的问题是根据物体的运动探究它受的力，有的问题则是根据物体所受的力推测它的运动。这一节的讨论属于哪一种情况？你能从过去学过的内容或做过的练习中各找出一个例子吗？
〖板书设计〗
7.1行星的运动
开普勒在第谷的天文观测数据的基础上，总结出了行星运动的规律。
1、开普勒第一定律（轨道定律）：所有行星绕太阳的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上。
2、开普勒第二定律（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相等的面积。（在远日点速度慢，在近日点速度快。）
3、开普勒第三定律（周期定律）：所有行星的椭圆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。
比值k是一个对所有行星都相同的常量，k是一个只与中心天体有关的物理量。
〖教学反思〗
1、本节课的设计从发现行星运动的物理学史讲起，但是课本的这部分内容是放在科学漫步部分，属于课后兴趣内容。授课时又会从那里开始，会给学生一种茫茫然的错觉。所教师在讲课的时候一定要说清楚原因。
2、本节课对于开普勒定律的理想化处理的讲解并没有深入，这是由于前面的圆周运动已经做好了铺垫。只是为什么要这样处理，没有讲好。因为我们的航天不会是理想化处理的，肯定是要按实际情况来处理的，所以在这方面还要继续加强。