人教版高中物理必修第二册第7章第1节行星的运动 教学设计.docx

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人教版高中物理必修第二册第7章第1节行星的运动教学设计

人教版高中物理必修2教学设计

课题

行星的运动

单元

7

学科

物理

年级

高一

教材

分析

本节课所采用的教材是人教版高中物理必修2第七章第一节的内容,本节课主要学习地心说和日心说的内容及争论的焦点、开普勒三大定律的内容及应用。

本节知识容量不多,但包含的科学史料十分丰富,教学设计应立足于对学生进行科学精神,科学思想方法的教育,让学生在科学家关于天体运动问题的研究历史中,感悟科学家求真、求简的科学思想方法和科学精神,因此本节学习的重点应是开普勒行星运动定律建立的过程。

开普勒行星运动定律的内容比较抽象,又是牛顿得出万有引力定律的基础,所以应为本节的难点。

本节内容对全章的教学起着引领性的作用,同时又为本章的重点内容万有引力定律的学习起一个铺垫性的作用。

教学目标与核心素养

一、教学目标

1．知道地心说和日心说的内容及争论的焦点。

2．明确开普勒三大定律,能应用三定律分析问题。

3．知道第三定律中的比值与行星的质量无关,但与太阳的质量有关。

4．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。

二、核心素养

物理观念:

形成开普勒对行星运动描述的物理观念。

科学思维:

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。

科学探究:

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。

科学态度与责任:

体会科学家实事就是、尊重客观事实、不迷信权威、敢于坚持真理和勇于探索的科学态度和科学精神。

体会人类对自然界和谐的追求是科学研究的动力之一。

重点

理解和掌握开普勒行星运动定律,认识行星的运动．学好本节有利于对宇宙中行星的运动规律的认识,掌握人类认识自然规律的科学方法,并有利于对人造卫星的学习。

难点

对开普勒行星运动定律的理解和应用,通过本节的学习可以澄清人们对天体运动神秘、模糊的认识。

教学过程

教学环节

教师活动

学生活动

设计意图

导入新课

在浩瀚的宇宙中有无数大小不一、形态各异的天体,如月亮、地球、太阳、夜空中的星星……由这些天体组成的广袤无限的宇宙始终是我们渴望了解、不断探索的领域。

出示图片:

浩瀚的宇宙

思考:

不同行星都在各自的轨道上绕太阳运行,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?

出示图片:

行星绕太阳运行

人们对行星运动的认识过程是漫长复杂的,历史上有过不同的看法,科学家对此进行了不懈的探索,通过本节内容的学习,将使我们正确地认识行星的运动。

观察天体运动的图片,了解天体的运动

激发学生学习的热情,对行星的运动产生兴趣。

讲授新课

一、地心说和日心说

1．地心说

（1）代表人物:

托勒密

出示图片:

托勒密

（2）观点:

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地球运动。

2、日心说

（1）代表人物:

哥白尼

出示图片:

哥白尼

（2）观点:

太阳是静止不动的,地球和其他行星都在绕太阳做匀速圆周运动。

思考讨论:

我们知道“日心说”比“地心说”要准确一些,那么日心说是不是完全正确?

日心说也并不是完全正确的,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。

3、古人的观点

天体的运动是最完美最和谐的匀速圆周运动。

思考:

行星运动果真如此吗?

二、开普勒定律

1、丹麦天才的观测家第谷

出示图片:

第谷

丹麦天才的观测家第谷经过二十年的精心观测,把他以前人们测量天体位置的误差大约是10′,第谷把这个不确定性减小到2′。

若理论和实际测量数据之间误差超过2′就有可能存在问题。

思考讨论:

为什么开普勒对天体做匀速圆周运动产生怀疑?

因为开普勒用天体做匀速圆周运动的观点所得的结论和第谷所观察的数据存在至少8′的角度误差,但当时公认观测数据的误差不超过2′,也就是说,这6′的误差产生的原因可能是对天体运动的观点存在问题,因此产生了对天体运动是匀速圆周运动这一观点的怀疑。

只有假设行星绕太阳运动的轨道不是圆,而是椭圆,才能解释这种差别。

2、开普勒第一定律

（1）内容:

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。

出示动画:

开普勒第一定律

（2）对开普勒第一定律的理解

①行星绕太阳运行的轨道严格来说不是圆而是椭圆；

②太阳不在椭圆的中心,而是在其中一个焦点上；

③行星与太阳间的距离是不断变化的。

做一做绘制椭圆

实验器材:

细绳、图钉、白纸、木板。

实验步骤

（1）把白纸铺在木板上,然后按上图钉。

（2）把细绳的两端系在图钉上。

（3）用一支铅笔紧贴着细绳滑动,使绳始终保持张紧状态。

（4）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。

思考:

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?

当两焦点不断靠近时椭圆形状逐渐趋近于圆,焦点重合时,半长轴转变圆的半径。

典型例题1;关于开普勒第一定律,下列说法不正确的是（）

A．它的发现是建立在天文学家第谷的观测数据之上

B．该定律中的“所有行星”是指除太阳外太阳系的所有天体

C．开普勒假设天体不是做匀速圆周运动是发现该定律的原因之一

D．开普勒执着于计算和观测数据之间的差别是发现该定律的原因之一

【参考答案】B

详细解析:

开普勒第一定律中的“所有行星”并不包括太阳系中行星的卫星,例如月球．

3．开普勒第二定律（面积定律）:

（1）内容:

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。

出示动画:

开普勒第二定律

（2）对开普勒第二定律的理解

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。

典型例题2:

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,则太阳位于（　　）

A.F2B.AC.F1D.B

【参考答案】A

【详细解析】根据开普勒第二定律,可知太阳和行星的连线在相等时间内扫过相等的面积,因为行星在A点的速率比在B点大,所以太阳位于F2点。

4．开普勒第三定律（周期定律）

（1）内容:

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

若用a代表椭圆轨道的半长轴,T代表公转周期,开普勒第三定律

（3）比值k是与行星无关而只与围绕的中心天体的质量有关的常量所以比值k是一个对所有行星都相同的常量。

5、关于开普勒定律的几点说明

①开普勒定律不仅适用于行星,也适用于卫星,只不过此时比值k是由行星质量所决定的另一恒量。

②行星的轨道都跟圆近似,因此计算时可以认为行星是做匀速圆周运动。

6、开普勒三定律近似处理

（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（或线速度）不变,即行星做匀速圆周运动。

（3）所有行星轨道半径r的三次方跟它的公转周期T的二次方的比值都相等,即r3/T2＝k。

典型例题3:

已知两行星绕太阳运动的半长轴之比为b,则它们的公转周期之比为　　　　。

【参考答案】b

【详细解析】设两行星的半长轴分别为a1和a2,周期分别为T1、T2,由

=k知

则

。

将

=b代入得

=b

。

7、太阳系八大行星的轨道示意图

1、阅读课文科学漫步了解人类对行星运动规律的认识。

2、开普勒发表了行星运动的三个定律的意义

他所发现的三个定律蕴涵着极其重大的“天机”,那就是万有引力的规律。

开普勒观念的基础是日心说。

从表面上看,日心说与地心说不过是参考系的改变。

其实,这是一次真正的科学革命,因为它使人们的世界观发生了重大变革。

宇宙中心的转变暗示了宇宙可能根本没有中心！

课堂练习

1.关于行星绕太阳运动,下列说法中正确的是（　　）

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.所有行星的轨道半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等

【参考答案】D

2、关于开普勒第三定律的公式

=k是,下列说法中正确的是（　　）

A.公式只适用于绕太阳做椭圆轨道运行的行星             

 B.公式适用于所有围绕星球运行的行星（或卫星）             

 C.式中的是k值,对所有行星（或卫星）都相等             

 D.式中的是k值,对围绕不同星球运行的行星（或卫星）都相同             

【参考答案】B

3.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.太阳是静止不动的,地和其他行星都绕太阳运动

C.地球是绕太阳运动的一颗行星

D.日心说和地心说都是正确的

【参考答案】C

4.下列关于天体运动说法正确的是（　　）

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“日心说”现在看来都是不正确的

【参考答案】D

拓展提高

1、某人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,其轨道半径为月球绕地球做圆周运动轨道半径的1/3,则此卫星的运转周期是（　　）

A.1~4天B.4~8天

C.8~16天D.大于16天

【参考答案】B

2.关于行星运动,以下说法正确的是（）

A.行星轨道的半长轴越长,自转周期越大.

B.行星轨道的半长轴越长,公转周期越大.

C.水星的半长轴最短,公转周期最大.

D.冥王星离太阳”最远”,绕太阳运动的公转周期最长.

【参考答案】BD

3、某行星沿椭圆轨道运行,近日点离太阳距离为a,远日点离太阳的距离为b,过近日点时行星的速率为va,则过远日点时的速率vb为（　　）

A.vb=

va             B.vb=

va           

  C.vb=

va             D.vb=

va             

【参考答案】C

阅读课文说出地心说和日心说的的代表人物和观点

学生思考讨论

学生思考讨论

观看动画开普勒第一定律

动手做一做绘制椭圆

学生练习

观看动画:

开普勒第二定律

学生思考回答

看图理解记忆开普勒第三定律

学生理解记忆

学生思考分析

出示九大行星轨道图

学生阅读课文

科学漫步

学生练习

锻炼学生自主学习能力

让学生对日心说有一个正确认识

了解行星绕太阳运动的轨道不是圆,而是椭圆的猜想依据

掌握理解开普勒

第一定律

锻炼学生的动手能力,了解椭圆的特点。

掌握开普勒第一定律中所有行星并不包括卫星

帮助学生理解记忆开普勒第二定律

理解开普勒第二定律

锻炼学生的理解记忆能力掌握开普勒第三定律

掌握开普勒定律

的适用条件和近似处理

灵活应用开普勒三定律

使学生对多数行星的轨道与圆十分接近有一个感性认识。

了解历史上对天体运动的认识有过漫长复杂的过程,澄清对天体运动神秘、模糊的认识。

巩固本节知识

课堂小结

1、开普勒第一定律:

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。

3、开普勒第三定律（周期定律）

k是一个对所有行星都相同的常量。

梳理自己本节所学知识进行交流

根据学生表述,查漏补缺,并有针对性地进行讲解补充。

板书

一、地心说和日心说

1、地心说观点:

地球是宇宙的中心

2、日心说观点:

太阳是静止不动的,是宇宙的中心

二、开普勒定律

1、开普勒第一定律（轨道定律）:

椭圆。

2、开普勒第二定律（面积定律）:

相等时间扫过面积相等。

3、开普勒第三定律（周期定律）: