1. 天体运动教学设计一等奖

6．1行星的运动(集体备课优质教案)

授课教师

岑香珍

授课班级

高一（6）

总课时数

1课时

1、知道地心说和日心说的基本内容；

知识与

2、掌握开普勒行星运动的三大定律；

技能

3、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。

课程通过托勒密、哥白尼、第谷、开普勒等几位科学家对行星运过程与

目标

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方法

星运动的理解。

1、澄清对天体运动神秘模糊的认识，掌握人类认识自然规情感态度律的科学方法。

与价值观

2、感悟科学是人类进步不竭的动力。

教学重点

掌握开普勒行星运动的三大定律

教学难点

对开普勒行星运动定律的理解和应用

学法指导

自主阅读、合作探究、精讲精练、

图钉、细绳、硬纸板

教学准备

教学过程

课

题

一、引入新课

1、视频导入：

通过本章的学习，将使我们真正能理解万有引力定律，以及它的应用。

2、图片导入

在浩瀚的宇宙中有无数大小不一、形态各异的天体，如太阳、地球、月亮、夜空中的星星……由这些天体组成的宇宙是我们渴望了解、不断探索的领域。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，今天我们将一起来学习第一节《行星的运动》，通过本节内容的学习，将使我们正确地认识行星的运动。

二、展示学习目标

（1）知道地心说和日心说的基本内容；

（2）掌握开普勒行星运动的三大定律；

（3）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。

三、自学互动与适时点拨

自学互动1：古代对行星运动规律的认识

教师活动：请同学们用2分钟时间阅读课本32页第一段内容，思考以下四个问题，请同学自主回答，所有同学看书时要认真仔细。

1、古代人们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、“日心说”和“地心说”哪个更正确呢？试举例说明。

4、“日心说”的观点是否绝对正确？

学生活动：阅读课文，并从课文中找出相应的答案。学生代表发言。

（1）、在古代，人们对于天体的运动存在着地心说和日心说两种对立的看法。

（2）、“地心说”认为地球是宇宙的中心，是静止不动的，太阳，月亮以及其他行星都绕地球运动；“日心说”认为太阳是宇宙的中心，地球，月亮以及其他行星都在绕太阳运动。

（3）、“地心说’符合人们的日常经验（例如我们看到太阳从东边升起，西边落下，就认为太阳在绕地球转）同时也符合势力强大的宗教神学关于地球是宇宙中心；好多“地心说”不能解释的现象“日心说”则能说明，例如：若地球不运动，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，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。就是说“日心说”比“地心说”更科学、更接近事实。

1

（4）、“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”，只是比“地心说”更准确一些罢了。

教师点拨：

“地心说”的代表人物：托勒密(古希腊)．“地心说’符合人们的直接经验，同时也符合势力强大的宗教神学关于地球是宇宙中心的认识，故地心说一度占据了统治地位．

基本观点：

1.地球是宇宙的中心，而且是静止不动的，从地球向外，依次有月球、水星、金星、太阳、火星、木星和土星,最高最远处是恒星天。最外面是推动天体运动的最高天，也叫原动天，是诸神居住的地方。

2.所有日月星辰都围绕地球匀速转动。

3.用数学方法系统地计算“本轮”“均轮”，解释了当时的天文现象。

“日心说”代表人物:哥白尼。更完美地解释天体的运动. 基本观点：

（1）太阳是宇宙的中心，而且是静止不动的，水星、金星、火星、木星、土星和地球一样，都在圆形轨道上绕着太阳转动。

（2）月球是地球的卫星，每月绕地球转一周。

（3）由于地球每天自西向东自转一周，才造成我们看到了日月星辰每天东升西落的现象。

自学互动2：开普勒行星运动三大定律

提问:古人认为天体做什么运动? 学生群答：古人把天体的运动看得十分神圣，认为天体做最完美、最和谐的匀速圆周运动.

教师引导：如果地球绕太阳运动是做匀速圆周运动，则一年四季，每个季节的时间应该是相等的，可现实中一年四季，每个季节的时间并不相等，那它到底做怎么样的运动呢？以前的科学家又是怎么发现的呢？

请同学们用5分钟时间阅读课本32和33页，思考以下2个问题。

（1）、开普勒认为行星做什么样的运动?他是怎样得出这一结论的？

（2）、开普勒行星运动三大定律的内容是什么？

学生活动：阅读课文，并从课文中找出相应的答案。学生代表发言。

（1）、开普勒认为行星做椭圆运动。他发现假设行星作匀速圆周运动，计算所得的数据与观测数据不符，只有认为行星作椭圆运动，才能解释这一差别。

（2）、开普勒行星运动定律从行星运动轨道、行星运动的线速度变化、轨道与周期的关系三个方面揭示了行星运动的规律。具体表述为：

第一定律：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。

第二定律：对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等时间内扫过相等的面积。

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。

教师活动：认真听取学生代表发言，点评总结，引导学生深入探究

（1）.第谷的观测

第谷（1564—1601）是丹麦的天文学家、出色的观测家，历时二十年观测，记录了行星、月亮、彗星的位置.第谷本人虽然没有描绘出行星运动的规律,但他积累的资料为开普勒的研究提供了坚实的基础. （2）.开普勒对行星运动的描述

开普勒(1571—1630)是德国的天文学家、数学天才.开普勒与第谷一起工作了十八个月后,第谷去世了,开普勒以全部的精力整理了第谷的观测资料,在哥白尼学说的基础上又迈进了一步,于1609年在他的著作《新天文学》中提出了著名的三大定律中的前两条,十年后,又提出了第三条定律.（多媒体播放行星绕椭圆轨道运动的课件）

[教材P32页做一做] 可以用一条细绳和两图钉来画椭圆．如图7．1—l所示，把白纸镐在木板上，然后按上图钉．把细绳的两端系在图钉上，用一枝铅笔紧贴着细绳滑动，使绳始终保持张紧状态．铅

2

笔在纸上画出的轨迹就是椭圆，图钉在纸上留下的痕迹叫做椭圆的焦点．

想一想，椭圆上某点到两个焦点的距离之和与椭圆上另一点到两个焦点的距离之和有什么关系? 提问：这一定律说明了行星运动轨迹的形状，不同的行星绕大阳运行时椭圆轨道相同吗？ 不同．

（3）、开普勒第一定律：所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，图7.1-1 太阳处在椭圆的一个焦点上．

说明：该定律又叫椭圆轨道定律,行星与太阳间的距离一直在变。

（4）、开普勒第二定律：对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等时间内扫过相等的面积．

说明：该定律又叫面积定律. 提问：如图7.1-2所示，行星沿着椭圆轨道运行，太阳位于椭圆的一个焦点上行星在远日点的速率与在近日点的速率谁大？

答：因为相等时间内面积相等，所以近日点速率大。

（5）、开普勒第三定律：所有行星的椭圆轨道的半长轴的三次方跟公转周期的平方的比值都相等．

a3说明：该定律又叫周期定律.数学表达式：2=k,,其中a为椭圆轨T道的半长轴，T为公转周期，比值k是一个对所有行星都相同的常量。

自学互动三：行星运动近似处理

实际上,多数行星绕太阳运动的轨道与圆十分接近,所以在中学阶段的研究中能够按圆处理,那么开普勒三大定律应该如何表述?请同学们用2分钟阅读课本33页，思考,讨论. 学生活动：阅读课文，并从课文中找出相应的答案。学生代表发言。 1、多数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(或线速度大小)不变,即行星做匀速圆周运动. 3、所有行星轨道半径的三次方跟它公转周期的二次方的比值都相等. 四、疑难探究

疑难点1：

开普勒第三定律中的k如何理解?它由什么因素决定? 释疑1：可以猜想，这个“k”一定与运动系统的物体有关。因为常数k对于所有行星都相同，而各行星是不一样的，故跟行星无关，而在运动系中除了行星就是中心天体——太阳，故这一常数“k”一定与中心天体——太阳有关。

此结论可由下题得出: 下表所给出的是太阳系中八大行星绕太阳做椭圆运动的平均轨道半径的数值和周期的R3数值.从表中任意选择三个行星验证开普勒定律,并计算常量k=2的值. T

3

行星

水星

金星

地球

火星

木星

土星

天王星

海王星

平均轨道半径(m) 5.79×10

1.08×10

1.49×10

2.28×10

7.78×10

1.43×10

2.87×10

4.50×10

1212121111111110周期(s) 7.60×10

1.94×10

3.16×10

5.94×10

3.74×10

9.30×10

2.66×10

5.20×10

99887776比值

由学生自己动手计算，可提高学生动手计算的能力，并加深k的决定因素的理解.通过计算得出k值近似相等,得出k由中心天体来决定. 疑难点2：

开普勒三定律是通过研究行星运动的规律得出的,那么卫星绕行星运动是否也遵守这些规律呢?如果遵守该如何表述? 释疑2：研究表明开普勒三定律同样适用于卫星绕行星的运动,即卫星绕行星运动的轨道是椭圆,行星位于椭圆的一个焦点上;行星与卫星的连线在相等的时间内扫过的面积相等;同一行R3星的卫星轨道半长轴的三次方跟运转周期平方的比值都相等.(只不过此时的2=k′中的T恒量k′与行星中的比值不同) 疑难点3：

我们通常将行星的轨道近似为圆,这样合理吗? 释疑3：经观测,多数大行星的轨道十分接近圆,所以中学阶段的研究中可以按圆处理. 五、经典例题分析

例题1.理论和实践证明，开普勒定律不仅适用于太阳系中的天体运动，而且对一切天体（包3R括卫星绕行星的运动）都适用。下面对于开普勒第三定律的公式2K，下列说法正确的T是（

）

A、公式只适用于轨道是椭圆的运动

B、式中的K值，对于所有行星（或卫星）都相等

C、式中的K值，只与中心天体有关，与绕中心天体旋转的行星（或卫星）无关

D、若已知月球与地球之间的距离，根据公式可求出地球与太阳之间的距离

例题2．已知木星绕太阳公转的周期是地球绕太阳公转周期的12倍。则木星绕太阳公转轨道的半长轴为地球公转轨道半长轴的几倍？

思维入门指导：

木星和地球均为绕太阳运行的行星，可利用开普勒第三定律直接求解。本题考查开普勒第三定律的应用。

3a13a2a3解：由开普勒第三定律2k可知：对地球：2k

对木星2k

TT1T22所以a23(T2/T1)a15.24a1

a3点拨：在利用开普勒第三定律解题时，应注意它们的比值2k中的k是一个与行星T运动无关的常量。

六、课堂训练

1．日心说的代表人物是(

)

4

A．托勒密

B．哥白尼

C．布鲁诺

D．第谷

2.如图所示是行星m绕恒星M运动情况示意图，下列说法正确的是(

) A．速度最大点是A点

B．速度最小点是C点

C．m从A到B做减速运动

D．m从B到A做减速运动

3．对于开普勒关于行星的运动公式a3/T2＝k，以下理解正确的是(

) A．k是一个与行星无关的常量

B．a代表行星运动的轨道半径

C．T代表行星运动的自转周期

D．T代表行星运动的公转周期

4.下列关于开普勒对于行星运动规律的认识的说法正确的是( ) A、所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆

B、所有行星绕太阳运动的轨道都是圆

C、所有行星的轨道的半长轴的二次方跟公转周期的三次方的比值都相同

D、所有行星的公转周期与行星的轨道的半径成正比

5.关于行星的运动以下说法正确的是（

）

A．行星轨道的半长轴越长，自转周期就越长

B．行星轨道的半长轴越长，公转周期就越长

C．水星轨道的半长轴最短，公转周期就最长

6．银河系中有两颗行星绕某恒星运行，从天文望远镜中观察到它们的运转周期之

比为8：1，则它们的轨道半径的比为

(

) A．2：1

B．4：1

C．8：1

D．1：4 七、课堂小结

让学生概括总结本节的内容。

1.“地心说”和“日心说”两种不同的观点及发展过程. (1)椭圆轨道定律2.开普勒行星运动规律(2)面积定律

(3)周期定律板书设计

6.1 行星的运动

内容地心说代表人物一、古代天体运动的学说

日心说内容代表人物椭圆轨道定律二、开普勒行星运动定律面积定律

3a周期定律kT2

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