7.1《行星的运动》教案—2020-2021学年【新教材】人教版（2019）高中物理必修第二册 Word版含答案

第7章 万有引力与宇宙航行
第1节 行星的运动

教学内容分析
《行星的运动》是《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》必修课程必修2模块中“曲线运动与万有引力定律”主题下的内容，内容要求为：通过史实，了解万有引力定律的发现过程。本节内容是知道行星的运动轨迹和特点，主要内容是开普勒三定律。本节更为重要的是让学生了解相关科学史，关于行星的运动规律，古人从观测天象开始，历经几百年的观测找寻其中的规律，从观测、建立理论、理论预测和现实对比、修正模型。这中间经历了亚里士多德、托勒密、哥白尼、第谷、开普勒、布鲁诺等人，应让学生意识到科学探索的曲折性、复杂性。在行星的运动规律探索过程中，不仅涉及科学，更涉及宗教的干涉。科学不仅仅是观测现象、建立模型、验证模型，科学由人完成，人处于社会当中，人的思想认识受社会的约束和拘禁，哥白尼的《天体运行论》被教会查禁，布鲁诺因为大力宣传日心说和抨击教会被判处火刑，成为科学的殉道者。本节的教学应让学生了解相关科学史实，教材的“科学漫步”是了解史实的窗口，但这些不够，应推荐学生阅读更多的相关内容，查阅相关资料补充学习。通过史实的学习能让学生对科学探索的认识加深一步，让学生有所感悟和思考，而不仅仅是知道开普勒三定律的内容。重要的不仅是结果，更重要的是我们如何知道这些结果。
学情分析
从知识层面上，学生虽认识椭圆的形状，但是数学课中还未学习过椭圆，教学时应让学生知道什么是椭圆，椭圆的焦点，椭圆的半长轴等概念。学生已经学习过匀速圆周运动，当把行星的轨迹视为圆轨道时，根据开普勒第二定律可知行星做匀速圆周运动，完成对行星运动模型的构建。高中生喜欢未知的事物，行星的运动探索过程学生第一次接触，对学生有很大的吸引力，对于科学史的介绍，教师的叙述应充满感情，体现出科学探索活动中的复杂性和变化的跌宕起伏。
教学目标
1.学生了解行星运动规律的探索过程，知道地心说和日心说的内容，公正评价地心说和日心说的观点.
2.学生知道开普勒定律的内容，知道行星的运动轨迹为椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上，知道行星的运动周期平方和半长轴三次方的比值是一定定值。
3.学生能运用开普勒第三定律计算行星的运动周期，开普勒第三定律也适用于卫星绕行星运动的情况，计算卫星的运动周期。
教学重难点
教学重点：开普勒定律的内容和根据开普勒第三定律计算行星的运动周期
教学难点：构建行星匀速圆周运动的物理模型
教学方法：讲授法、启发式教学、谈话法
教学过程
新课引入
投影仰望星空照片和康德的名言。
世界上唯有两样东西能震撼人们的心灵：一是我们头顶浩瀚灿烂的星空，一是我们心中崇高的道德标准。
——康德
当你还是孩童时，仰望空夏日的星空吗？看见繁星点点，你的心灵震撼过吗？是否好奇过它们是什么？它们有何奥秘？
各民族对天上星体的运动很早就进行观测记录。古埃及人观测发现当天狼星和太阳一同升起时，尼罗河开始泛滥.我国封建帝王认为星辰和王朝兴衰有关，更借天象作为王朝更替的借口.
行星的运动有何规律？行星沿什么轨迹运动？行星为何这样运动？
本节介绍人们对宇宙(实际上是太阳系)的认识过程和人们发现的行星运动规律.
新课教学
阅读教材46-48“科学漫步”栏目，思考如下问题：
问题1：开普勒之前，古人认为行星的运动轨迹是什么形状？
问题2：“地心说”的内容是什么？主要贡献者？
问题3：“日心说”的内容是什么？主要贡献者？
问题4：从现代观点审视，如何评价“地心说”和“日心说”？
教师活动：展示阅读任务和问题，让学生带着问题阅读教材
学生活动：自主阅读教材，思考并回答问题。古人认为行星的运动轨迹是圆，因为古代哲学家认为天体是完美的，而完美的图形只有圆形。基于西方的教会统治，地心说认为地球是宇宙的中心，所有的天体均围绕地球运动。日心说认为太阳是宇宙的中心，地球等行星围绕太阳运动。
地心说
代表人物：亚里士多德、托勒密

亚里士多德的宇宙模型 托勒密地心说模型
核心观点：地球是宇宙的中心
日心说
代表人物：哥白尼 《天体运行论》
核心观点：太阳是宇宙的中心
哥白尼日心说模型示意图 波兰天文学家哥白尼
哥白尼在《天体运行论》中把日心说当作一个模型，是一种数学计算方式，而不是真实的宇宙，后来《天体运行论》被教会列为禁书。
布鲁诺——科学的殉道者
意大利哲学家布鲁诺（1548-1600）极力捍卫日心说，对教会进行大肆抨击，并且进一步发展哥白尼的理论，认为：
宇宙没有中心，天上的恒星都是太阳。
宇宙在空间和时间上都是无限的.宇宙在空间上无边无限，在时间上没有开始和结束.
布鲁诺利用自己的雄辩口才宣传日心说，挑起了宇宙是有限还是无限的论战，对教会进行毫不客气的讽刺，将上帝生活的空间从宇宙中除去，引起教会的愤怒和恐惧.因被人出卖布鲁诺被教会逮捕，监禁7年后被教会判处火刑.宣判后，奴鲁诺轻蔑地回击：“我走向火堆，但是你们比我更恐惧！”
1600年2月17日，52岁的布鲁诺被烧死在罗马鲜花广场，为科学和真理献出了自己的生命.布鲁诺勇敢地离开了，但后人不会忘记他。300年后，布鲁诺的宇宙观得到公认他的学说和精神将永远照耀后人.
开普勒定律
第谷——伟大的观测家
丹麦天文学家第谷（1546-1601）虽然身有残疾，在皇室的资助下，建立起汶岛天文观测台，常年累月观测行星，积累大量的天文观测数据。第谷既不相信地心说，也不相信日心说，第谷折中地心说和日心说，建立一个新的宇宙模型。
第谷的宇宙模型
第谷认为水星、金星、火星、木星、土星等行星围绕太阳运动，太阳和月亮绕地球运动。
开普勒——天空的立法者
第谷虽观测了行星的大量数据，但却没有分析数据，没有从数据建立行星的运动模型。第谷的合作者开普勒善用数学分析第谷留下的大量数据，发现圆轨道模型和天体的运行数据误差较大。开普勒相信第谷的观测数据不会有这么大的误差，行星的运动轨迹可能不是圆，勇敢打破旧有的传统认识。开普勒历经多年的分析计算，发现的行星的运动规律。
开普勒第一定律：所有行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上．(1609年)
行星的运动轨迹为椭圆
教师活动：介绍如何画椭圆；椭圆的焦点含义.
开普勒第二定律：对于每一个行星，太阳和行星的联线在相等的时间内扫过的面积相等．(1609年)
相等时间内扫过的面积相等
问题1：行星沿椭圆轨迹运动，各处的速率相等吗？
问题2：行星在近日点和远日点，哪个位置的速率较大？
开普勒第三定律：所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等．(1619年)
行星的轨迹均为椭圆，但是很接近圆。为简化数学处理，将行星的轨道视为圆轨道。开普勒三定律的内容为：
1.行星绕太阳的轨道接近圆，太阳处在圆心；
2.行星做匀速圆周运动。
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，即.
练习：地球同步卫星周期T =24h，距离地面高度为h=36000km,轨迹为圆轨道.我国东方红一号卫星近地点h1=441千米、远地点h2=2368千米，轨道为椭圆，求东方红一号卫星的周期.(地球半径R=6400km)
答案：东方红一号卫星周期为113.7min
板书设计
§1 行星的运动
一、对行星运动规律的认识
地心说
日心说
二、开普勒定律
视为圆轨道：①行星轨迹为圆形，太阳为圆心
②行星做匀速圆周运动
③
教学反思
对行星运动轨道圆模型的构建，教材通过图7.1-3 太阳系八大行星的轨道示意图按照比例绘制，要让学生观测图像，分析认识到各行星的椭圆轨道和圆轨道很接近，为简化问题处理，抓住主要问题进行研究，可把椭圆轨道当作圆轨道处理，这是建立物理模型常采用的方法。