人教版高一物理必修2第六章万有引力与航天：6.1 行星的运动 教案

天体运动 第一节《行星的运动》 教学设计
一、课标分析　　
《课程标准》中对“地心说”、“日心说”和“开普勒行星运动定律”并无明确要求，教材是从天文学的发展历程来编写的，只要学生能知道“地心说”、“日心说”的内容和理解开普勒行星运动定律，会直接应用和解决问题即可，体会科学定律对人类探索未知世界的作用，在教学中不宜作过多深入的分析。　　
二、教材分析　　
??《行星的运动》是高中新课程人教版物理必修2第六章第一节内容。主要分为两大部分，第一部分主要介绍“地心说”和“日心说”，教材在这一部分设计中，展示了人类研究天体运动规律的艰辛历程，展现了人类追求真理坚忍不拔的精神，培养了学生为科学献身的精神；第二部分主要是开普勒行星运动定律，主要突出了科学发现过程，渗透物理学研究的思想和方法，突出了科学理论对人类认识世界的价值。总之，教材通过叙述人类认识行星运动的历史，把科学与历史、科学与艺术、科学与社会，以及科学发展与思想解放等几方面很好地结合了起来，很好地体现了新课程的三维目标，并为下一节《太阳与行星间的引力》做好了铺垫。　　
三、三维目标　　
?（一）知识与技能：　　
??1、知道地心说和日心说的基本内容。　　
??2、知道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。　　
??3、知道开普勒行星运动定律及其价值，了解开普勒第三定律中k值的大小只与中心天体有关。　　
?（二）过程与方法：　　
??1、通过托勒密、哥白尼、第谷·布拉赫、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。　　
??2、培养学生在客观事物的基础上通过分析、推理提出科学假设，再经过实验验证的正确认识事物本质的思维方法。　　
??（三）情感、态度与价值观：　　
??1、通过托勒密、哥白尼、第谷·布拉赫、开普勒等几位科学家对天体运动的探索，渗透科学发现的方法论教育，建立科学的宇宙观；　　
??2、感受科学探究的艰辛和成功的喜悦，赞赏各位科学家的贡献。　　
3、激发学生热爱科学、探索真理的求知热情。　　
四、教学重点与难点　　
重点：认识开普勒行星运动定律。　　
难点：对开普勒行星运动定律的理解和应用。　　
五、学情分析与学法指导　　
学习本节内容分之前，学生已经学习了圆周运动的相关知识，通过地理学科的学习和平时了解已经知道地球围绕太阳运动，月球围绕地球运动的相关常识，同时通过课前预习对本节要学习的内容大致有所了解。对人类探索行星运动规律的过程，教学中采用教师给出阅读提纲，学生通过阅读课本回答问题，然后教师补充总结的方法。托勒密的地心说和开普勒的行星运动三大定律学生知道甚微，对中世纪欧洲科学发展的环境，即宗教神权对科学的束缚也知道甚少，对椭圆问题和天体力学知识是空白，数学中的椭圆还未学，针对这些因素，如果直接告诉结论，学生不能体验探究过程的乐趣。于是设计了“探究地球绕太阳运动的轨道”和“探究T与a的关系”两个探究过程，体现探究的过程和方法。　　
六、教学方法及设计意图　　
??1、探究式教学法：探究历史的足迹、地球绕太阳运动的轨道、T与a的关系，通过探究让学生获得体验，形成意识，掌握方法，提高能力。　　
??2、讲读式教学法：“地心说”与“日心说”内容和发展过程的了解，科学摆脱宗教神权束缚的艰辛过程。　　
??3、问题探究式教学法：“地心说”与“日心说”内容，开普勒行星运动三定律。　　
??4、训练与实践式教学法：开普勒行星第三定律及其表达式a3/T2=k的理解应用。　　
??5、多媒体辅助教学法：“地心说”模型和“日心说”模型的展示，开普勒行星三大定律的动态模型展示讲解。　　
??七、教学设计构想　　
??本节立足于学生先看先查，教师问题引领，学生探究、讨论、交流、总结，后教师点拨。对于开普勒第三定律数据较复杂的问题，采用excel作图，形象直观的得到结论。这样做，一方面可以培养学生获取资料、分析资料、合作交流的能力；另一方面，让学生参与到教学中，通过探究体验知识形成的过程。　　
??八、课型：新授课　　
??九、课时：1课时　　
十、教学准备：　　
??教师：视频短片、多媒体教学课件、excel文件　　
??学生：课前预习　　
十一、教学过程　　
??[新课导入] 　　
?? 太阳系动画。
? 人类从诞生之日起就对探索宇宙充满了渴望，而人类生活在地球上，地球是太阳系的一颗行星，太阳系还有其他行星，这些行星是如何运动的呢？今天我们学习第六章第一节《行星的运动》。　　
[新课教学]　　
一、古人对行星运动的探索
探究一：历史的足迹　　
? ?1、古人对天体运动存在哪些看法？　　
2、什么是“地心说”，什么是“日心说”？　　
3、哪种学说占统治地位的时间较长？　　
4、两种学说争论的结果是什么？　　
答：①天圆地方说
②地心说：地球是宇宙的中心，是静止不动的，大阳、月亮以及其他行星都绕地球做圆周运动（代表：托勒密）
随着观测技术的发展，人们发现行星并非绕着地球运动，伽利略发明望远镜后，观测到木星周围有天体绕着木星运动，否定了地心说。人们通过大量研究发现，行星应该绕着太阳运动。
③日心说：太阳是静止不动的，且位于宇宙中心，地球和其他行星都绕太阳运动（哥白尼）
④地心说占统治时间比较长，长达一千多年，最后日心说战胜了地心说。
事实上“日心说”战胜“地心说”经历了的艰辛历程。伽利略用望远镜发现了木星的卫星绕着木星转动而不是绕着地球转动，有力地否定了地心说。“日心说”的提出挑战了神学权威，撼动了宗教神权的统治，受到了教会的残酷压制。伟大的意大利思想家、自然科学家布鲁诺因支持和宣传“日心说”而被宗教裁判所烧死在罗马鲜花广场，为真理献出了宝贵的生命。
“地心说”和“日心说”都有其积极的意义，但都有不足，因为两种学说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、最和谐的匀速圆周运动，而实际上行星的轨道不是圆，行星的运动也不是匀速的，太阳不是宇宙的中心。真正准确揭示行星运动规律的应当从第谷.布拉赫和开普勒开始。　　

第谷一生对行星观察，记录了详实的数据，开普勒利用第谷的数据根据日心说推算行星的位置，发现推算的结果与第谷观察到的行星位置有8’的偏差，他认为行星的轨道不应该是圆，于1609年提出了行星运动的第一、第二定律。
??
?　　探究二：地球绕太阳运动的轨道是不是圆？　　
请同学们观察下面的图片，如果地球做匀速圆周运动，那么地球四季的时间应该有什么特点呢？夏半年和冬半年的时间有什么特点呢？　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
答：四季时间应该相等，夏半年和冬半年时间应该相等。
问：根据图中信息你能得到什么结论？
答：夏半年时间与冬半年时间不相等，说明地球做的不是匀速圆周运动，轨道不是圆。



实际上行星的轨道应该是一个椭圆，同学们没有学过椭圆，现在我们先对椭圆做一些简单的了解。
做一做：画一个椭圆。
（1）认识长轴、短轴、焦点
（2）当两焦点接近时，椭圆的形状怎样变化？（趋于圆形）
（3）当两焦点重合时，椭圆会变成什么形状？（圆形）

二、开普勒行星运动定律
1、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。　　
2、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。　　
问：行星在远离太阳过场中速度如何变化？
答：远离过程中速度会变小，行星在远日点时速率最小，在近日点时速率最大。　　

学习了开普勒第一、第二定律后，我们就可以解释地球四季不相等的问题了。地球做的不是匀速圆周运动，夏半年，地球到太阳的距离远，线速度小，时间长；冬半年，地球到太阳的距离近，线速度大，时间短，所以夏半年比冬半年时间长。

探究三：行星绕太阳运动的周期与距离关系
行星 水星 金星 地球 火星 木星 土星
公转周期T 0.241 0.615 1 1.881 11.862 29.457
到太阳距离 a 0.387 0.723 1 1.524 5.203 9.539
猜想：T∝a ? T∝a2 ? T∝a1.5?
教师用Excel软件作图，观察到T与a1.5的关系图像为一条倾斜直线。
结论：T∝a1.5→T∝a3/2→T2∝a3→a3/T2=k
3.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。

探究四：寻找比值K取决于什么因素？
绕行天体　　 中心天体　　 半长轴（x106km）　　 公转周期（天）　　 k/（m3/s2）　　
水星　　 太阳　　 57.91　　 87.97　　 3.36×1018　　
金星　　 108.24　　 224.71　　
地球　　 149.60　　 365　　
同步卫星 地球　　 0.0424　　 1　　 1.02×1013　　
月球　 0.3844　　 27.322　　
　　　　　　　　　　
结论：k是仅由中心天体决定,与绕行天体无关，在中心天体相同的系统里k相同。
说明：八大行星的中心天体都是太阳，K值相同！例如：

三、行星运动的近似处理
比较分析下面表格中半长轴与半短轴数据
行 星 轨道半长轴a(106km) 轨道半短轴b(106km)
水星 57.9 56.7
金星 108.2 108.1
地球 149.6 149.5
火星 227.9 226.9
木星 778.3 777.4
土星 1427.0 1424.8
天王星 2882.3 2879.1
海王星 4523.9 4523.8
结论：大多数行星绕太阳运动的轨道与圆十分接近。在中学阶段的研究中可以按圆轨道处理，这样，开普勒行星运动定律就可以这样表述。　　
1、行星绕太阳运动的轨道为圆，太阳处在圆心；　　
2、行星绕太阳做匀速圆周运动；　　
3、所有行星轨道半径的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等
　 　　　　　
小结：
一、地心说与日心说
地球是中心→太阳是中心→宇宙无限
二、行星运动定律
1、轨道定律：椭圆
2、面积定律:
3、周期定律： a3/ T2 =k
（K是一个只与中心天体有关的物理量）
三、行星运动的近似处理

??达标自测：　　
1、某行星绕太阳运行的椭圆轨道如图所示，F1和F2是椭圆轨道的两个焦点，行星在A点的速率比在B点的大，则太阳是位于(　　)
A．F2 B．A
C．F1 D．B
2、 在太阳系中，有八大行星绕太阳运行，它们绕太阳运行一周所用的时间最短的是 ，最长的是 。　　
3、木星绕太阳转动的周期为地球绕太阳的转动的周期的12倍，则木星绕太阳运行的轨道半长轴约为地球绕太阳运行轨道半长轴的?? ?倍。　　




板书设计　　
6.1 行星的运动　　
一、古人对行星运动的探索
二、开普勒行星运动定律　　
第一定律　　
第二定律（面积定律）　　
第三定律（周期定律）　　
三、行星运动的近似处理　　


教学反思　　
本节从教学的设计到实施力求体现知识与技能、过程与方法、情感、态度与价值观的三维目标。这部分知识涉及的时间跨度大、人物多、内容抽象，数据复杂，本节课并不是直接告诉学生结论，而是通过“三个探究”让学生自己发现结论，体现了重视知识形成过程的标准，学生体验了探究过程的乐趣和成功的喜悦，真正突出了学生的主体地位，注重了学生的全面发展。