2019-2020年人教版必修二6.1《行星的運(yùn)動》WORD教案3.doc

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2019-2020年人教版必修二6.1《行星的運(yùn)動》WORD教案3 【教學(xué)目標(biāo)】： (一)知識目標(biāo)：了解“地心說”和“日心說”的內(nèi)容 理解開普勒三大定律的內(nèi)容及其簡單應(yīng)用 (二)能力目標(biāo)：在由地心說日心說，再到開普勒定律的探究過程中學(xué)習(xí)提出問題、猜想與假設(shè)等方法 (三)德育目標(biāo)：通過學(xué)習(xí)人類對行星運(yùn)動規(guī)律的探究過程，使學(xué)生體會物理學(xué)對社會發(fā)展的重大作用，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的廣泛興趣. 【教學(xué)重點(diǎn)】：理解開普勒行星定律的內(nèi)容 【教學(xué)難點(diǎn)】： 開普勒第三定律 【教學(xué)方法】：對半講練法、類比法 【教學(xué)用具】：掛圖 【教學(xué)過程】： (一)引入： 在浩瀚的宇宙中有著無數(shù)大小不一、形態(tài)各異的天體，如月亮、地球、太陽、夜空中的星星……日出日落，斗專星移，各種天體都在不停地運(yùn)動，我們知道：月亮繞著地球轉(zhuǎn)，地球繞著太陽轉(zhuǎn)，地球在公轉(zhuǎn)的同時(shí)還在自轉(zhuǎn)，天體的運(yùn)動遵循著什么樣的規(guī)律？關(guān)于不同星體的運(yùn)動，有地心說和日心說，我們知道地心說是錯誤的，那么日心說是否就完美無缺呢？行星是否在做完美的勻速圓周運(yùn)動呢？“坐地日行八萬里，巡天遙看一千河”。由這些無數(shù)天體組成的廣衰無垠的宇宙始終是人們渴望了解、不斷探索的領(lǐng)域． (二)新課教學(xué)： 一 托勒密地心說→哥白尼日心說 學(xué)生閱讀課本，和學(xué)生一起感受人類認(rèn)識天體運(yùn)行規(guī)律的歷程， 講授： （1）說到日心說和地心說，你會立刻反映到哥白尼等，實(shí)際上在古代，人們對于天體的運(yùn)動就存在著地心說和日心說兩種對立的看法．地心說認(rèn)為地球是宇宙的中心，是靜止不動的，太陽、月亮以及其他行星都繞地球運(yùn)動；日心說則相反，認(rèn)為太陽是靜止不動的，地球和其他行星都繞太陽運(yùn)動． （2）公元二世紀(jì)的希臘天文學(xué)家托勒密使地心說發(fā)展和完善起來，由于地心說比較符合人們的日常經(jīng)驗(yàn)（太陽從東邊升起，在西邊落下，好像太陽繞地球運(yùn)動），同時(shí)也符合天主教的思想：地球是宇宙中心，宇宙萬物都是上帝創(chuàng)造的，所以地心說得到了教會的支持，統(tǒng)治了人們一千年之久．但是隨著生產(chǎn)的發(fā)展，人們對天體運(yùn)動的不斷研究，天文資料越來越豐富，人們發(fā)現(xiàn)托勒密的地心說的理論與實(shí)際觀測的資料并不一致，仍然不能解釋某些問題， 地心說所描述的天體的運(yùn)動不僅復(fù)雜而且問題很多． （3）十六世紀(jì)波蘭天文學(xué)家哥白尼，經(jīng)過四十年的觀測與研究，在古代日心說的啟發(fā)下，重新提出了日心說：太陽是宇宙的中心，地球和其它行星都圍繞著太陽轉(zhuǎn)動。日心說反映了行星運(yùn)動的情況，但是日心說不符合教會的主張，教會禁止傳播哥白尼的日心說，并且殘酷迫害接受日心說的人，例如：用火燒死了堅(jiān)持日心說的意大利人布魯諾，伽利略也因?yàn)樾麄魅招恼f受到了教會的審訊和監(jiān)禁。無論地心說也好，日心說也好，古人把天體的運(yùn)動看得都很神圣．認(rèn)為大體的運(yùn)動必然是最完美、和諧的勻速圓周運(yùn)動。 例1 下列說法正確的是：（ ） A 、地球是宇宙的中心，太陽、月亮及其他行星都繞地球運(yùn)動 B 、太陽是靜止不動的，地球和其他行星都繞太陽運(yùn)動 C 、地球是繞太陽運(yùn)動的一顆行星 D 、日心說和地心說都是正確的 解析：地球和太陽都不是宇宙的中心，地球繞太陽公轉(zhuǎn)，是太陽系的一顆行星，C是正確的；地心說是錯誤的，日心說也不正確，太陽只是浩瀚宇宙中的一顆恒星。 規(guī)律總結(jié)：與地心說相比較，日心說在天文學(xué)上的應(yīng)用更廣泛、更合理些，它們都沒有認(rèn)識到天體運(yùn)動遵循的規(guī)律與地面上物體運(yùn)動的規(guī)律是相同的，但都是人類對宇宙的積極的探索性的認(rèn)識。 二 丹麥天文學(xué)家第谷→開普勒三定律 （學(xué)生閱讀課本，了解開普勒定律的發(fā)現(xiàn)過程，并標(biāo)記開普勒三大定律的內(nèi)容，教師講解并得出開普勒定律） 丹麥天文學(xué)家第谷認(rèn)為，要認(rèn)識行星運(yùn)動的規(guī)律，需要積累高度精確的觀測資料，他連續(xù)二十年，對行星的位置進(jìn)行了精確的測量，但是沒有得到結(jié)果，但是他積累大量的觀測數(shù)據(jù)。 在第谷去世后，他的助手德國天文學(xué)家開普勒（ 1571－1630）在最初研究他的導(dǎo)師—第谷所記錄的數(shù)據(jù)時(shí)，也是以行星繞太陽做勻速圓周運(yùn)動的模型來思考問題的，但是所得結(jié)果卻與第谷的觀測數(shù)據(jù)至少有8/的角度誤差．當(dāng)時(shí)公認(rèn)的第谷的觀測誤差不超過2/，開普勒想，這不容忽視的8/也許是因?yàn)槿藗冋J(rèn)為行星繞太陽做勻速圓周運(yùn)動所造成的．至此，人們長期以來視為真理的觀念——天體做勻速圓周運(yùn)動，第一次受到了懷疑．后來開普勒又仔細(xì)研究了第谷的觀測資料，經(jīng)過四年多的刻苦計(jì)算，先后否定了19種設(shè)想，最后終于發(fā)現(xiàn)： 板書：開普勒第一定律 所有的行星圍繞太陽運(yùn)動的軌道都是橢圓，太陽處在所有橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。 解釋：這是（重點(diǎn)和易忽略點(diǎn)）開普勒地一定律（也叫軌道定律）說明了各行星運(yùn)動軌道的形狀并不是地心說和日心說中提到的圓，而是橢圓，是開普勒根據(jù)第谷觀察火星所得數(shù)據(jù)加以演算得到的，各行星軌道是橢圓形狀也不盡相同，即半長軸是不同的，但這些橢圓卻有個(gè)共同的焦點(diǎn)，太陽正好在這個(gè)公共焦點(diǎn)上 預(yù)備知識：橢圓的中心，焦點(diǎn)，半長軸，半短軸等。 強(qiáng)調(diào)：橢圓 太陽并不是位于中心，而是焦點(diǎn) 例2下列說法正確的是（ ） A 、太陽系中的八大行星有一個(gè)共同的軌道焦點(diǎn) B 、行星運(yùn)動的方向總是沿著軌道的切線方向 C 、行星的運(yùn)動方向總是與它和太陽的連線垂直 D日心說的觀點(diǎn)是正確的 解析：對于行星的運(yùn)動不能等同于勻速圓周運(yùn)動。行星從近日點(diǎn)到遠(yuǎn)日點(diǎn)時(shí)，行星的運(yùn)動方向與它和太陽連線的夾角大于900的，當(dāng)行星從遠(yuǎn)日點(diǎn)向近日點(diǎn)運(yùn)動時(shí)，行星的運(yùn)動方向與它和太陽連線的夾角小于900的，故A、B正確 規(guī)律總結(jié)：行星運(yùn)動的軌跡是橢圓，是曲線運(yùn)動，行星的運(yùn)動也同樣符合運(yùn)動和力的關(guān)系，仍然可以運(yùn)用動力學(xué)和曲線運(yùn)動的知識對行星運(yùn)動進(jìn)行分析。此處易被忽略。 板書：開普勒第二定律 對于每一個(gè)行星而言，太陽和行星的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過相等的面積。 t t V小 V大大 解釋：這是重點(diǎn)，開普勒第二定律（也叫面積定律），說明每一行星的矢徑（太陽和行星的連線）經(jīng)過相等的時(shí)間掃過的面積相等，顯然行星運(yùn)動的線速度大小在軌道上各點(diǎn)是不相同的。行星在軌道上離太陽最近的地方叫近日點(diǎn)，它經(jīng)過該點(diǎn)時(shí)速度最大；在軌道上離太陽最遠(yuǎn)的地方叫遠(yuǎn)日點(diǎn)，行星經(jīng)過該點(diǎn)時(shí)速度最?。ń拯c(diǎn)和遠(yuǎn)日點(diǎn)分別在軌道橢圓長軸的兩端）利用開普勒第二定律可以定性地解釋行星在軌道上運(yùn)動的快慢和一些天文現(xiàn)象。 （近日點(diǎn)速度大，遠(yuǎn)日點(diǎn)速度?。? 例3地球繞太陽運(yùn)動的軌道是一橢圓，當(dāng)?shù)厍驈慕拯c(diǎn)到遠(yuǎn)日點(diǎn)運(yùn)動時(shí)，地球運(yùn)動的速度大?。ǖ厍蜻\(yùn)動中受到太陽的引力方向在地球與太陽的連線上，并且可以認(rèn)為這時(shí)地球只受到太陽的引力）（ ） A、 不斷增大 B逐漸減小 C大小不變 D沒有具體數(shù)值無法計(jì)算 解析：本題中雖然沒有具體數(shù)值，但我們可以知道地球從近日點(diǎn)到遠(yuǎn)日點(diǎn)運(yùn)動時(shí)，所受到的引力的方向與運(yùn)動方向的夾角大于900，因而這個(gè)力產(chǎn)生兩個(gè)作用效果：一個(gè)作用使地球的運(yùn)動方向改變，另一個(gè)使地球速度的大小發(fā)生改變，即把太陽對地球的引力分成兩個(gè)，一個(gè)垂直于地球運(yùn)動方向，此力改變地球運(yùn)動的方向，另一個(gè)力與地球運(yùn)動方向共線，在地球從近日點(diǎn)到遠(yuǎn)日點(diǎn)運(yùn)動時(shí)，此力與地球運(yùn)動的方向相反，引力做負(fù)功，地球的速度減小，B正確 點(diǎn)撥：本節(jié)知識與曲線運(yùn)動功和能的關(guān)系密切聯(lián)系，需多加練習(xí)。 板書：開普勒第三定律 所有行星的軌道的半長軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等。 講授：開普勒第三定律（也叫周期定律）是說所有行星的軌道的半長軸的三次方與公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值相等，若用R代表橢圓軌道的半長軸，T代表公轉(zhuǎn)周期，由上面的敘述可知 R3/ T2＝k 比值k是一個(gè)與行星無關(guān)的常量． 注釋：對于此公式，常用來討論一些天體的運(yùn)動周期和半長軸的關(guān)系，是?？键c(diǎn)，需引起重視。開普勒定律不僅適用行星繞太陽運(yùn)動，也適用衛(wèi)星繞地球轉(zhuǎn)動，只不過R3/ T2＝k中K的值是不同的，做題過程中必須注意。 開普勒關(guān)于行星運(yùn)動的確切描述不僅使人們在解決行星的運(yùn)動學(xué)問題上有了依據(jù)，更澄清了人們多年來對天體運(yùn)動神秘、模糊的認(rèn)識，同時(shí)也推動了對天體動力學(xué)問題的研究． 多數(shù)行星的軌道與圓十分接近，所以中學(xué)階段的研究通常把行星的 軌道按圓周處理。對于此近似處理，只是為了計(jì)算、研究方便，不能由此說行星是在做勻速圓周運(yùn)動，此處是理解這個(gè)問題最易出錯的地方。 例4、根據(jù)地理知識，結(jié)合開普勒定律，判斷水星和火星的公轉(zhuǎn)周期，哪一個(gè)更長些？ 解析：由開普勒第三定律可以知道R3/ T2＝k，k是一個(gè)與行星無關(guān)的常量，因而哪個(gè)行星離太陽近，哪個(gè)行星的周期就短，由地理知識可以知道，水星是八大行星中離太陽最近的，因而水星是八大行星中公轉(zhuǎn)周期最短的，所以火星的公轉(zhuǎn)周期比水星更長一些 點(diǎn)撥：本章的知識與天文學(xué)知識聯(lián)系較多，與地理知識也有很多的聯(lián)系，因此在學(xué)習(xí)過程中，多查找相關(guān)資料，提高解題的準(zhǔn)確性。 三 加深理解 S （ 學(xué)生鞏固并加深理解）： 一、研究天體運(yùn)行時(shí)，太陽系中的八大行星及衛(wèi)星運(yùn)動的橢圓軌道的兩個(gè)焦點(diǎn)相距很近，因此行星的橢圓軌道都很接近圓．在要求不太高時(shí)，通?？梢哉J(rèn)為行星以太陽為圓心做勻速圓周運(yùn)動．這樣做使處理問題的方法大為簡化，而得到的結(jié)果與行星的實(shí)際運(yùn)行情況相差并不很大． 1、 在上述情況下，的表達(dá)式中a就是圓的半徑R，利用的結(jié)論解決某些問題很方便。 二、 在太陽系中，比例系數(shù)K是一個(gè)與行星無關(guān)的常量，但不是恒量，在不同的星系中，K值不相同。該定律不僅適用于行星，也適用于其它天體。如對繞地球飛行的衛(wèi)星來說，它們的k值相同與衛(wèi)星無關(guān)。 (四)鞏固練習(xí)例 1 冥王星離太陽的距離是地球離太陽距離的39.6 倍，那么冥王星繞太陽的公轉(zhuǎn)周期是多少？（冥王星和地球繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道可視為圓形軌道） 分析：地球和冥王星都繞太陽公轉(zhuǎn)，地球和冥王星繞太陽公轉(zhuǎn)的運(yùn)動遵循開普勒定律。已知地球繞太陽公轉(zhuǎn)的周期為一年，可利用開普勒第三定律求解冥王星的公轉(zhuǎn)周期。 解：設(shè)冥王星的公轉(zhuǎn)周期為，軌道半徑為，地球的公轉(zhuǎn)周期為，軌道半徑為 根據(jù)開普勒第三定律有, 因?yàn)?365╳24h,所以=╳365╳24= 總結(jié)反思：利用開普勒第三定律，將太陽的行星和地球繞太陽公轉(zhuǎn)的半徑聯(lián)系起來，利用開普勒第三定律求解。 1、（xx廣東綜合，35）據(jù)報(bào)道，美國計(jì)劃2021年開始每年送15000名游客上太空旅游，如圖所示，當(dāng)航天器圍繞地球做橢圓軌道運(yùn)行時(shí)，近地點(diǎn)的速率大于 （填大于\小于或等于）遠(yuǎn)地點(diǎn)的速率. (四)小結(jié)： 一、了解從地心說到日心說人類認(rèn)知宇宙的歷程 二、重點(diǎn)掌握開普勒三定律及其簡單應(yīng)用 開普勒第一定律：所有行星繞太陽運(yùn)動的軌道都是橢圓，太陽處在橢圓的焦點(diǎn)上。 開普勒第二定律：行星與太陽的連線在相同的時(shí)間內(nèi)掃過的面積相等。 開普勒第三定律：所有行星軌道半長軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期平方的比值都相等，即 (五)作業(yè)： 閱讀課文深入了解天體的運(yùn)動規(guī)律 完成P66練習(xí)題 (六)板書設(shè)計(jì)： 行星的運(yùn)動 一、托勒密地心說→哥白尼日心說 二、開普勒三定律及其簡單應(yīng)用 開普勒第一定律：所有行星繞太陽運(yùn)動的軌道都是橢圓，太陽處在橢圓的焦點(diǎn)上。 開普勒第二定律：行星與太陽的連線在相同的時(shí)間內(nèi)掃過的面積相等。 開普勒第三定律：所有行星軌道半長軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期平方的比值都相等，即 三開普勒定律的理解 （1）各行星在不同的橢圓軌道上，但所有橢圓，軌道的焦點(diǎn)重合，太陽位于重合的焦點(diǎn)上。 （2）在開普勒第三定律中R3/ T2＝k 每個(gè)行星各自軌道半徑的三次方與各自周期的平方的比值都相同。 比值k是一個(gè)與行星無關(guān)的常量． 隨堂練習(xí) 1某人造地球衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動，其軌道半徑為月球繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)半徑的1/3，則此衛(wèi)星的運(yùn)轉(zhuǎn)周期大約為幾天 A 1-4天 B 4-8天 C 8-16天 D 大于16天 答案：由可知，T=10天左右。故C正確 2.（2004上海，3）火星有兩顆衛(wèi)星，分別是火衛(wèi)一和火衛(wèi)二，它們的軌道近似為圓。已知火衛(wèi)一的周期為7小時(shí)39分，火衛(wèi)二的周期為30小時(shí)18分，則兩顆衛(wèi)星相比 A 火衛(wèi)一距火星表面較近 B 火衛(wèi)二的角速度較大 C 火衛(wèi)一的運(yùn)動速度較大 D 火衛(wèi)二的向心加速度較大 解析：AD由開普勒第三定律得：周期越小，半徑越小，火衛(wèi)一距火星表面較近；距離越近運(yùn)動速度較大，角速度較小，向心加速度較大 3、關(guān)于行星的運(yùn)動，下列說法正確的是 A. 行星軌道的半長軸越長，自轉(zhuǎn)周期就越大 B.行星軌道的半長軸越長，公轉(zhuǎn)周期就越大 C. 水星離太陽最近，公轉(zhuǎn)周期越大 D. 冥王星離太陽最遠(yuǎn)，繞太陽運(yùn)動的公轉(zhuǎn)周期越長 答案、BD 由可知，R越大，T越大，故B、D正確，C錯誤。式中的T是公轉(zhuǎn)周期，而非自轉(zhuǎn)周期，故A錯誤。