7.1 行星的运动 —2020-2021学年【新教材】人教版（2019）高中物理必修第二册教案word版含答案
文档属性
| 名称 | 7.1 行星的运动 —2020-2021学年【新教材】人教版（2019）高中物理必修第二册教案word版含答案 |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 108.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-04-24 07:08:56 | ||
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文档简介
第七章 第一节 行星的运动
【教学目标】
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，且这个比值与行星的质量无关，但与太阳的质量有关。
【核心素养发展】
核心知识
1. 地心说和日心说的基本内容。
2. 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.行星与太阳的连线在相等时间内扫过的面积相等。
4. 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，且这个比值与行星的质量无关，但与太阳的质量有关。
核心能力
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并加深对行星运动的理解。
科学品质
1. 澄清对天体运动神秘模糊的认识，掌握人类认识自然规律的科学方法。
【教学重点】
1. 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.行星与太阳的连线在相等时间内扫过的面积相等。
3. 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。
【教学难点】
1. 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。
【教学方法】
教师启发、引导学生思考，讨论、交流学习成果，讨论法。
（一）新课导入
我们生活的地球是太阳系的一颗行星，地球绕太阳公转的同时，还有自转，这就有了白天黑夜和一年四季，这是我们在地理上已经学过的知识，那行星运动的轨律是怎样的，人造卫又是怎么发射上天的，如何运行和控制的呢？今天我们就来学习第七章万有引力和宇宙航行。先来学习第一节行星的运动。
（二）新课内容
一、地心说和日心说
地心说：地球是宇宙的中心，而且是静止不动的，太阳、月亮以及其他行星都绕地球运动
日心说：太阳是宇宙的中心，且是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动
古人认识的局限性：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，但计算所得的数据和丹麦天文学家第谷的观测数据不符
二、开普勒定律
开普勒第一定律(椭圆定律)：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：行星绕太阳运动的轨道严格来说不是圆而是椭圆轨道；太阳不在椭圆的中心，而是在其中一个焦点上；行星与太阳间的距离是不断变化的；不同行星绕太阳运动时的椭圆轨道是不同的，在行星的轨道上出现了近日点和远日点。
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相等的面积
开普勒第 二定律告诉我们：行星在近日点的速率大于在远日点的速率，从近日点向远日点运动时速率变小，从远日点向近日点运动时速率变大。
开普勒第三定律(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
开普勒第三定律告诉我们：若用a代表椭圆轨道的半长轴，T代表公转周期，则可写出表达式为＝k，其中k是一个对所有行星都相同的且只与中心天体有关的常量。
开普勒第三定律的表达式为＝k，它反映了行星的公转周期跟轨道半长轴之间的依赖关系。椭圆轨道半长轴越长的行星，其公转周期越大；反之，其公转周期越小。
例题1：下列关于行星绕太阳运动的说法中，正确的是( )
A．所有行星都在同一椭圆轨道上绕太阳运动
B．行星绕太阳运动时，太阳位于行星轨道的中心处
C．离太阳越近的行星运动周期越长
D．所有行星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
解析：选D 由开普勒行星运动定律可知所有行星轨道都是椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上，行星在椭圆轨道上运动的周期T和半长轴a满足＝常数，对于同一中心天体常数不变，故A、B、C都错误，D正确。
练习1．火星和木星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行，根据开普勒行星运动定律可知( )
A．太阳位于木星运行轨道的中心
B．火星和木星绕太阳运行速度的大小始终相等
C．火星与木星公转周期之比的平方等于它们轨道半长轴之比的立方
D．相同时间内，火星与太阳连线扫过的面积等于木星与太阳连线扫过的面积
解析：太阳位于木星运行椭圆轨道的一个焦点上，选项A错误。由于火星和木星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行，火星和木星绕太阳运行速度的大小变化， 选项B错误。根据开普勒行星运动定律可知，火星与木星公转周期之比的平方等于它们轨道半长轴之比的立方，选项C正确。相同时间内，火星与太阳连线扫过的面积不等于木星与太阳连线扫过的面积，选项D错误。
答案：C
三、行星运动的近似处理方法
天体运动的规律及分析方法
(1)中学阶段我们在处理天体运动问题时，为简化运算，一般把天体的运动当做圆周运动来研究，并且把它们视为做匀速圆周运动，椭圆的半长轴即为圆半径。
(2)在处理天体运动时，开普勒第三定律表述为：天体轨道半径r的三次方跟它的公转周期T的二次方的比值为常数，即＝k。据此可知，绕同一天体运动的多个天体，运动半径r越大的天体，其周期越长。
(3)表达式＝k中的常数k只与中心天体的质量有关。如研究行星绕太阳运动时，常数k只与太阳的质量有关，研究卫星绕地球运动时，常数k只与地球的质量有关。对绕不同天体的圆周运动，常数k不同。
例题2：某行星和地球绕太阳公转的轨道均可视为圆。每过N年，该行星会运行到日地连线的延长线上，如图6?1?2所示。该行星与地球的公转半径之比为( )
图6?1?2
A．() B．()
C．() D．()
解析：选B 地球周期T1＝1年，经过N年的时间地球比行星多转1周，即地球与行星转动角度之差为2π，－＝2π，T2＝，由开普勒第三定律知＝＝k，＝()，将T1＝1年代入得＝()，B选项正确。
练习2：某行星绕太阳运行的椭圆轨道如图6?1?3所示，F1、F2是椭圆轨道的两个焦点，太阳在焦点F1上，A、B两点是焦点F1和F2的连线与椭圆轨道的交点。已知A到F1的距离为a，B到F1的距离为b，则行星在A、B两点处的速率之比是多少？
图6?1?3
[思路点拨] 根据开普勒第二定律：行星和太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相等。
解析：设行星在近地点和远地点在Δt时间内转过的角度分别为θ1和θ2，则在Δt时间内扫过的面积分别为a2θ1和b2θ2，由开普勒第二定律有a2θ1＝b2θ2
即a2ω1Δt＝b2ω2Δt
又有vA＝ω1a，vB＝ω2b，故vA·a＝vB·b
所以＝。
答案：
四、课堂小练习
1.关于行星绕太阳的运动，下列说法中正确的是( )
A．行星绕太阳运动时太阳位于行星轨道的中心处
B．行星的运动方向总是沿着轨道的切线方向
C．行星的运动方向总是与它和太阳的连线方向垂直
D．所有行星都沿圆轨道绕太阳运动
解析：选B 根据开普勒第一定律，太阳系中的八大行星都沿椭圆轨道绕太阳运动，而太阳就位于所有椭圆的一个公共焦点上，所以A、D选项均错误；当行星从近日点向远日点运动时，行星的运行方向和它与太阳连线的夹角大于90°，当行星从远日点向近日点运动时，行星的运行方向和它与太阳连线的夹角小于90°，所以选项B正确，C错误。
2.地球绕太阳运动的轨道是椭圆，因而地球与太阳之间的距离随季节变化。若认为冬至这天地球离太阳最近，夏至最远。则下列关于地球在这两天绕太阳公转时速度大小的说法中正确的是( )
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
解析：选B 冬至这天地球与太阳的连线短，夏至长。根据开普勒第二定律，要在相等的时间内扫过相等的面积，则在相等的时间内，冬至时地球运动的路径要比夏至时长，所以冬至时地球运动的速度比夏至时的速度大，选项B正确。
3.木星的公转周期约为12年，如把地球到太阳的距离作为1天文单位，则木星到太阳的距离约为( )
A．2天文单位 B．4天文单位
C．5.2天文单位 D．12天文单位
解析：选C 木星、地球都环绕太阳按椭圆轨道运动，近似计算时可当成圆轨道处理，因此它们到太阳的距离可当成是绕太阳公转的轨道半径，根据开普勒第三定律＝得r木＝ ·r地＝ ×1≈5.2天文单位。
4．两颗行星的质量分别为m1和m2，绕太阳运行的轨道半长轴分别为r1和r2，则它们的公转周期之比为( )
A. B.
C. D．无法确定
解析：选C 由开普勒第三定律可知＝，解得＝，故C正确。
五、板书设计
六、作业布置
课堂作业：课本P48全部
七、小结
日心说、地心说及两者之间的争论有许多内容可以向学生介绍，教材为了简单明了地讲述开普勒定律，没有过多地叙述这些内容.教学中可以结合教学的实际情况向学生介绍有关的历史材料，也可引导学生课外阅读有关的读物。这些内容学生会很感兴趣，又容易接受，也是我们进行科学方法和思想教育的好素材。
八、视野拓展
“地心说”占领统治地位时间较长的原因是由于它比较符合人们的日常经验，如：太阳从东边升起，从西边落下；同时它也符合当时在政治上占统治地位的宗教神学观点.
由于“日心说”最终战胜了“地心说”，虽然“地心说”符合人们的经验，但它还是错误的.进而说明“眼见为实”的说法并非绝对正确.例如：我们乘车时观察到树木在向后运动，而事实上并没有动(相对于地面).
“日心说”所以能够战胜“地心说”是因为好多“地心说”不能解析的现象“日心说”则能说明，也就是说，“日心说”比“地心说”更科学、更接近事实.例如：若地球不动，昼夜交替是太阳绕地球运动形成的.那么，每天的情况就应是相同的，而事实上，每天白天的长短不同，冷暖不同.而“日心说”则能说明这种情况：白昼是地球自转形成的，而四季是地球绕太阳公转形成的。
从目前科研结果和我们所掌握的知识来看，“日心说”也并不是绝对正确的，因为太阳只是太阳系的一个中心天体，而太阳系只是宇宙中众多星系之一，所以太阳并不是宇宙的中心，也不是静止不动的.“日心说”只是与“地心说”相比更准确一些罢了。
经过前面的学习我们对“地心说”和“日心说”有了初步的认识，事实上从“地心说”向“日心说”的过渡经历了漫长的时间，并且科学家们付出了艰苦的奋斗，哥白尼就是其中一位.他在哥伦布和麦哲伦猜想的基础上，假设地球并不是宇宙的中心，而和其他天体一样都是绕太阳做匀速圆周运动的行星，从而使许多问题得以解决，也建立起了“日心说”的基本模型.但他的观点不符合当时欧洲统治教会的利益，因而受到了教会的迫害.使得这一正确的观点被推迟一个世纪才被人们接受.
前人的这种对问题一丝不苟、孜孜以求的精神值得我们学习，所以我们对待学习要脚踏实地，认认真真，不放过一点疑问。
【教学目标】
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，且这个比值与行星的质量无关，但与太阳的质量有关。
【核心素养发展】
核心知识
1. 地心说和日心说的基本内容。
2. 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.行星与太阳的连线在相等时间内扫过的面积相等。
4. 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，且这个比值与行星的质量无关，但与太阳的质量有关。
核心能力
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并加深对行星运动的理解。
科学品质
1. 澄清对天体运动神秘模糊的认识，掌握人类认识自然规律的科学方法。
【教学重点】
1. 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.行星与太阳的连线在相等时间内扫过的面积相等。
3. 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。
【教学难点】
1. 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。
【教学方法】
教师启发、引导学生思考，讨论、交流学习成果，讨论法。
（一）新课导入
我们生活的地球是太阳系的一颗行星，地球绕太阳公转的同时，还有自转，这就有了白天黑夜和一年四季，这是我们在地理上已经学过的知识，那行星运动的轨律是怎样的，人造卫又是怎么发射上天的，如何运行和控制的呢？今天我们就来学习第七章万有引力和宇宙航行。先来学习第一节行星的运动。
（二）新课内容
一、地心说和日心说
地心说：地球是宇宙的中心，而且是静止不动的，太阳、月亮以及其他行星都绕地球运动
日心说：太阳是宇宙的中心，且是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动
古人认识的局限性：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，但计算所得的数据和丹麦天文学家第谷的观测数据不符
二、开普勒定律
开普勒第一定律(椭圆定律)：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：行星绕太阳运动的轨道严格来说不是圆而是椭圆轨道；太阳不在椭圆的中心，而是在其中一个焦点上；行星与太阳间的距离是不断变化的；不同行星绕太阳运动时的椭圆轨道是不同的，在行星的轨道上出现了近日点和远日点。
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相等的面积
开普勒第 二定律告诉我们：行星在近日点的速率大于在远日点的速率，从近日点向远日点运动时速率变小，从远日点向近日点运动时速率变大。
开普勒第三定律(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
开普勒第三定律告诉我们：若用a代表椭圆轨道的半长轴，T代表公转周期，则可写出表达式为＝k，其中k是一个对所有行星都相同的且只与中心天体有关的常量。
开普勒第三定律的表达式为＝k，它反映了行星的公转周期跟轨道半长轴之间的依赖关系。椭圆轨道半长轴越长的行星，其公转周期越大；反之，其公转周期越小。
例题1：下列关于行星绕太阳运动的说法中，正确的是( )
A．所有行星都在同一椭圆轨道上绕太阳运动
B．行星绕太阳运动时，太阳位于行星轨道的中心处
C．离太阳越近的行星运动周期越长
D．所有行星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
解析：选D 由开普勒行星运动定律可知所有行星轨道都是椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上，行星在椭圆轨道上运动的周期T和半长轴a满足＝常数，对于同一中心天体常数不变，故A、B、C都错误，D正确。
练习1．火星和木星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行，根据开普勒行星运动定律可知( )
A．太阳位于木星运行轨道的中心
B．火星和木星绕太阳运行速度的大小始终相等
C．火星与木星公转周期之比的平方等于它们轨道半长轴之比的立方
D．相同时间内，火星与太阳连线扫过的面积等于木星与太阳连线扫过的面积
解析：太阳位于木星运行椭圆轨道的一个焦点上，选项A错误。由于火星和木星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行，火星和木星绕太阳运行速度的大小变化， 选项B错误。根据开普勒行星运动定律可知，火星与木星公转周期之比的平方等于它们轨道半长轴之比的立方，选项C正确。相同时间内，火星与太阳连线扫过的面积不等于木星与太阳连线扫过的面积，选项D错误。
答案：C
三、行星运动的近似处理方法
天体运动的规律及分析方法
(1)中学阶段我们在处理天体运动问题时，为简化运算，一般把天体的运动当做圆周运动来研究，并且把它们视为做匀速圆周运动，椭圆的半长轴即为圆半径。
(2)在处理天体运动时，开普勒第三定律表述为：天体轨道半径r的三次方跟它的公转周期T的二次方的比值为常数，即＝k。据此可知，绕同一天体运动的多个天体，运动半径r越大的天体，其周期越长。
(3)表达式＝k中的常数k只与中心天体的质量有关。如研究行星绕太阳运动时，常数k只与太阳的质量有关，研究卫星绕地球运动时，常数k只与地球的质量有关。对绕不同天体的圆周运动，常数k不同。
例题2：某行星和地球绕太阳公转的轨道均可视为圆。每过N年，该行星会运行到日地连线的延长线上，如图6?1?2所示。该行星与地球的公转半径之比为( )
图6?1?2
A．() B．()
C．() D．()
解析：选B 地球周期T1＝1年，经过N年的时间地球比行星多转1周，即地球与行星转动角度之差为2π，－＝2π，T2＝，由开普勒第三定律知＝＝k，＝()，将T1＝1年代入得＝()，B选项正确。
练习2：某行星绕太阳运行的椭圆轨道如图6?1?3所示，F1、F2是椭圆轨道的两个焦点，太阳在焦点F1上，A、B两点是焦点F1和F2的连线与椭圆轨道的交点。已知A到F1的距离为a，B到F1的距离为b，则行星在A、B两点处的速率之比是多少？
图6?1?3
[思路点拨] 根据开普勒第二定律：行星和太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相等。
解析：设行星在近地点和远地点在Δt时间内转过的角度分别为θ1和θ2，则在Δt时间内扫过的面积分别为a2θ1和b2θ2，由开普勒第二定律有a2θ1＝b2θ2
即a2ω1Δt＝b2ω2Δt
又有vA＝ω1a，vB＝ω2b，故vA·a＝vB·b
所以＝。
答案：
四、课堂小练习
1.关于行星绕太阳的运动，下列说法中正确的是( )
A．行星绕太阳运动时太阳位于行星轨道的中心处
B．行星的运动方向总是沿着轨道的切线方向
C．行星的运动方向总是与它和太阳的连线方向垂直
D．所有行星都沿圆轨道绕太阳运动
解析：选B 根据开普勒第一定律，太阳系中的八大行星都沿椭圆轨道绕太阳运动，而太阳就位于所有椭圆的一个公共焦点上，所以A、D选项均错误；当行星从近日点向远日点运动时，行星的运行方向和它与太阳连线的夹角大于90°，当行星从远日点向近日点运动时，行星的运行方向和它与太阳连线的夹角小于90°，所以选项B正确，C错误。
2.地球绕太阳运动的轨道是椭圆，因而地球与太阳之间的距离随季节变化。若认为冬至这天地球离太阳最近，夏至最远。则下列关于地球在这两天绕太阳公转时速度大小的说法中正确的是( )
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
解析：选B 冬至这天地球与太阳的连线短，夏至长。根据开普勒第二定律，要在相等的时间内扫过相等的面积，则在相等的时间内，冬至时地球运动的路径要比夏至时长，所以冬至时地球运动的速度比夏至时的速度大，选项B正确。
3.木星的公转周期约为12年，如把地球到太阳的距离作为1天文单位，则木星到太阳的距离约为( )
A．2天文单位 B．4天文单位
C．5.2天文单位 D．12天文单位
解析：选C 木星、地球都环绕太阳按椭圆轨道运动，近似计算时可当成圆轨道处理，因此它们到太阳的距离可当成是绕太阳公转的轨道半径，根据开普勒第三定律＝得r木＝ ·r地＝ ×1≈5.2天文单位。
4．两颗行星的质量分别为m1和m2，绕太阳运行的轨道半长轴分别为r1和r2，则它们的公转周期之比为( )
A. B.
C. D．无法确定
解析：选C 由开普勒第三定律可知＝，解得＝，故C正确。
五、板书设计
六、作业布置
课堂作业：课本P48全部
七、小结
日心说、地心说及两者之间的争论有许多内容可以向学生介绍，教材为了简单明了地讲述开普勒定律，没有过多地叙述这些内容.教学中可以结合教学的实际情况向学生介绍有关的历史材料，也可引导学生课外阅读有关的读物。这些内容学生会很感兴趣，又容易接受，也是我们进行科学方法和思想教育的好素材。
八、视野拓展
“地心说”占领统治地位时间较长的原因是由于它比较符合人们的日常经验，如：太阳从东边升起，从西边落下；同时它也符合当时在政治上占统治地位的宗教神学观点.
由于“日心说”最终战胜了“地心说”，虽然“地心说”符合人们的经验，但它还是错误的.进而说明“眼见为实”的说法并非绝对正确.例如：我们乘车时观察到树木在向后运动，而事实上并没有动(相对于地面).
“日心说”所以能够战胜“地心说”是因为好多“地心说”不能解析的现象“日心说”则能说明，也就是说，“日心说”比“地心说”更科学、更接近事实.例如：若地球不动，昼夜交替是太阳绕地球运动形成的.那么，每天的情况就应是相同的，而事实上，每天白天的长短不同，冷暖不同.而“日心说”则能说明这种情况：白昼是地球自转形成的，而四季是地球绕太阳公转形成的。
从目前科研结果和我们所掌握的知识来看，“日心说”也并不是绝对正确的，因为太阳只是太阳系的一个中心天体，而太阳系只是宇宙中众多星系之一，所以太阳并不是宇宙的中心，也不是静止不动的.“日心说”只是与“地心说”相比更准确一些罢了。
经过前面的学习我们对“地心说”和“日心说”有了初步的认识，事实上从“地心说”向“日心说”的过渡经历了漫长的时间，并且科学家们付出了艰苦的奋斗，哥白尼就是其中一位.他在哥伦布和麦哲伦猜想的基础上，假设地球并不是宇宙的中心，而和其他天体一样都是绕太阳做匀速圆周运动的行星，从而使许多问题得以解决，也建立起了“日心说”的基本模型.但他的观点不符合当时欧洲统治教会的利益，因而受到了教会的迫害.使得这一正确的观点被推迟一个世纪才被人们接受.
前人的这种对问题一丝不苟、孜孜以求的精神值得我们学习，所以我们对待学习要脚踏实地，认认真真，不放过一点疑问。