1. 天体运动PPT及专用教学设计内容

1.行星的运动

高中物理

人教课标版

1教学目标

1．知识与技能

（1）知道地心说和日心说的基本内容。

（2.）掌握理解开普勒三大定律的内容，并能应用。

（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。

2．过程与方法

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。

3．情感、态度与价值观

（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。

（2）感悟科学是人类进步不竭的动力。

2学情分析

1.在物理1的第一章《运动的描述》部分，学生已学习了参考系、运动轨迹、运动快慢描述的相关知识；物理2的第六章《曲线运动》部分，已学习了圆周运动快慢描述的相关知识，说明学生已具备学习行星运动的描述的基本知识。

2.另外，学生在地理学科中对宇宙中的不同级别的天体系统已有所了解，而在数学学科中对椭圆的相关知识还未学。所以，老师要适当地复述和补充这些内容，促使学生更好的理解开普勒行星运动定律。

3.高一学生对感性材料比较感兴趣，接收新知识的能力也很强，高一的学生还保留一些童真，他们对本节课的图片动画等资料应该觉得有趣，所以他们对本节课内容的学习愿望还是比较强烈的。

3重点难点

1．教学重点

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。

2．教学难点

如何引导学生探究开普楞是如何提出行星的运动定律的。

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．

4教学过程 4.1 第一学时 教学活动

活动1【导入】导入新课

我们与无数生灵生活在地球上，白天我们沐浴着太阳的光辉.夜晚，仰望苍穹，繁星闪烁，美丽的月亮把我们带入了无限的遐想之中，这浩瀚无垠的宇宙中有着无数的大小不一、形态各异的天体，它们的神秘始终让我们渴望了解，并不断地去探索.而伟大的天文学家、物理学家已为我们的探索开了头，让我们对宇宙来一个初步的了解.首先，我们来了解行星的运动情况.板书：行星的运动.

活动2【讲授】新课教学

（一）用投影片出示本节课的学习目标

1.了解“地心说”和“日心说”两种不同的观点及发展过程.2.知道开普勒对行星运动的描述.（二）学习目标完成过程

1.“地心说”和“日心说”的发展过程

在浩瀚的宇宙中，存在着无数大小不一、形态各异的星球，而这些天体是如何运动的呢？在古代，人类最初通过直接的感性认识，建立了“地心说”的观点，认为地球是静止不动的，而太阳和月亮绕地球而转动.因为“地心说”比较符合人们的日常经验，太阳总是从东边升起，从西边落下，好像太阳绕地球转动.正好，“地心说”的观点也符合宗教神学关于地球是宇宙中心的说法，所以“地心说”统治了人们很长时间.但是随着人们对天体运动的不断研究，发现“地心说”所描述的天体的运动不仅复杂而且问题很多.如果把地球从天体运动的中心位置移到一个普通的、绕太阳运动的行星的位置，换一个角度来考虑天体的运动，许多问题都可以解决，行星运动的描述也变得简单了.

随着世界航海事业的发展，人们希望借助星星的位置为船队导航，因而对行星的运动观测越来越精确.再加上第谷等科学家经过长期观测及记录的大量的观测数据，用托勒密的“地心说”模型很难得出完美的解答.当时，哥伦布和麦哲伦的探险航行已经使不少人相信地球并不是一个平台，而是一个球体，哥白尼就开始推测是不是地球每天围绕自己的轴线旋转一周呢？他假设地球并不是宇宙的中心，它与其他行星都是围绕着太阳做匀速圆周运动.这就是“日心说”的模型.用“日心说”能较好地和观测的数据相符合，但它的思想几乎在一个世纪中被忽略，很晚才被人们接受.原因有：（1）“日心说”只是一个假设.利用这个“假设”，行星运动的计算比“地心说”容易得多.但著作中有很不精确的数据.根据这些数据得出的结果不能很好地跟行星位置的观测结果相符合.（2）当时的欧洲的统治者还是教会，把哥白尼的学说称为“异端学说”，因为它不符合教会的利益.致使这个正确的观点被推迟一个世纪才被人们所接受.

德国的物理学家开普勒继承和总结了他的导师第谷的全部观测资料及观测数据，也是以行星绕太阳做匀速圆周运动的模型来思考和计算的，但结果总是与第谷的观测数据有8′的角度误差.当时公认的第谷的观测误差不超过2′.开普勒想，很可能不是匀速圆周运动.在这个大胆思路下，开普勒又经过四年多的刻苦计算，先后否定了19种设想，最后终于计算出行星是绕太阳运动的，并且运动轨迹为椭圆，证明了哥白尼的“日心说”是正确的.并总结为行星运动三定律.

同学们，前人的这种对问题的一丝不苟、孜孜以求的精神值得大家学习.我们对待学习更应该是脚踏实地，认认真真，不放过一点疑问，要有热爱科学、探索真理的热情及坚强的品质，来实现你的人生价值.2.开普勒行星运动规律

（1）出示行星运动的挂图

边看边介绍，让学生对行星运动有一个简单的感性认识.（2）放有关行星运动的录像

录像的效果很好，很直观，让同学能看到三维的立体画面，让同学们的感性认识又提高一步.（3）开普勒行星运动的规律

开普勒关于行星运动的描述可表述为三定律.我们主要介绍开普勒第一定律和第三定律.

（4）所有的行星围绕太阳运行的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上.这就是开普勒第一定律.行星运动的轨道不是正圆，行星与太阳的距离一直在变.有时远离太阳，有时靠近太阳.它的速度的大小、方向时刻在改变.示意图如下：

板书：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.

（5）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.这是开普勒第三定律.每个行星的椭圆轨道只有一个，但是它们运动的轨道的半长轴的三次方与公转周期的平方的比值是相等的.我们用R表示椭圆的半长轴，T代表公转周期，表达式可为：

显然K是一个与行星本身无关的量，同学们想一想，K有可能与什么有关呢？同学们开始讨论、猜想.

都围绕太阳运转，只与中心体有关的一个值了.板书：

开普勒第三定律：所有行星的轨道的半长轴的三次方与公转周期的三次方的比值都是相同的.表达式：

（R表示椭圆的半长轴，T表示公转周期）

（6）同学们知道现在我们已经发现太阳周围有几颗行星了吗？分别是什么？学生回答：金、木、水、火、土、地球、天王星、海王星、冥王星.评价：（回答的很好），那同学们知道哪颗行星离太阳最近？同学回答：水星.

老师提问：水星绕太阳运转的周期多大？一般学生不知道.

老师告诉学生：水星绕太阳一周需88天.

老师提问：我们生活的地球呢？同学们踊跃回答：约365天.

3.补充说明

（1）开普勒第三定律

对所有行星都适合.

（2）对于同一颗行星的卫星，也符合这个运动规律.比如绕地球运行的月球与人造卫星，就符合这一定律

（K′与行星绕太阳的K值不同，中心体变，K值改变）

活动3【活动】思考

1、根据开普勒第二定律，如果一颗行星绕太阳沿椭圆轨道运动，它在离太阳最近的位置（近日点）和最远的位置（远日点），哪点的速度比较大？通过多媒体课件展示图片引导学生分析这一问题并得到结论近日点速度最大，远日点速度最小。

2、给出参考资料：太阳系九大行星平均轨道半径和周期的数值，供课后验证。

3、播放九大行星轨道运动的课件，使学生对多数行星的轨道与圆十分接近有一个感性认识。提出问题：开普勒三定律适用于圆轨道时，应该怎样表述呢? 活动4【练习】练习

【例题1】关于行星绕太阳运动的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.离太阳越近的行星的运动周期越长

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

【训练1】下列说法中正确的是（ ）

A.“地心说”是错误的，“日心说”是对的，太阳是宇宙的中心

B.太阳也在绕银河系转动，运动是绝对的，静止是相对的

C.月球绕地球的运行轨道也是椭圆轨道，可近似看作匀速圆周运动

D.由开普勒定律可知，各行星都有近日点和远日点，且在近日点运动得快，在远日点运动得慢

【例题2】海王星离太阳的距离是地球离太阳距离的n倍，那么海王星绕太阳的公转周期是多少？（海王星和地球绕太阳公转的轨道可视为圆形轨道）

活动5【测试】测试

1. 下列说法正确的是（ ）

A.太阳系中的八大行星有一个共同的轨道焦点 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垂直 D.日心说的说法是正确的

2.飞船进入正常轨道后，因特殊情况而降低了轨道高度，那么飞船的线速度和周期分别将（ ）

A.增大，减小 B.减小，增大 C.增大，增大 D.减小，减小

3. 关于开普勒第三定律

，以下理解正确的是（ ）

A. k是一个与行星无关的常量 B. R为半长轴 C. T表示行星运动的自转周期

D. T表示行星运动的公转周期

4.2005年7月4日，美国宇航局的“深度撞击”计划在距离地球1.3亿千米处实施，上演了一幕“炮打彗星”的景象，目标是“坦普尔一号”彗星。假设“坦普尔一号”彗星绕太阳运行的轨道是一个椭圆，其轨道周期为5.74年，则关于“坦普尔一号”彗星的下列说法中正确的是（ ）

A.绕太阳运动的角速度不变

B.近日点处线速度大于远地点处线速度

C.近日点处线速度等于远地点处线速度

D.其椭圆轨道半长轴的立方与周期的平方之比是一个与太阳质量有关的常数

5.把火星和地球绕太阳运行的轨道视为圆周，由火星和地球绕太阳运动的周期之比可求得（ ）

A. 火星和地球的质量之比

B. 火星和太阳的质量之比

C. 火星和地球到太阳的距离之比

D. 火星和地球绕太阳运行速度之比

6.有两颗行星围绕恒星运转，它们的运动周期之比为27:1，则它们的轨道半径之比为（ ）

A.1:27 B.9:1 C.27:1 D.1:9 活动6【作业】作业

1.若把开普勒定律应用到绕地球运动的卫星上，则卫星在离地越高的轨道上，周期越______。若让两个卫星在同一轨道上运动，是否会发生追碰现象？

2.地球公转运行的轨道半径R＝1.49×1010 m，地球的公转周期为1年，土星运行的轨道半径

R′＝1.43×1012m，则其周期多长？

3.飞船沿半径为R的圆周绕地球运动，其周期为T，如果飞船要返回地面，可在轨道上某一点A处降速率降低到适量数值，从而使飞船沿着以地心为焦点的椭圆轨道运行，椭圆和地球表面相切于B点，设地球半径为R0，问飞船从A点返回到地面上B点所需时间为多少？

1.行星的运动

课时设计

课堂实录

1.行星的运动

1第一学时 教学活动

活动1【导入】导入新课

我们与无数生灵生活在地球上，白天我们沐浴着太阳的光辉.夜晚，仰望苍穹，繁星闪烁，美丽的月亮把我们带入了无限的遐想之中，这浩瀚无垠的宇宙中有着无数的大小不一、形态各异的天体，它们的神秘始终

让我们渴望了解，并不断地去探索.而伟大的天文学家、物理学家已为我们的探索开了头，让我们对宇宙来一个初步的了解.首先，我们来了解行星的运动情况.板书：行星的运动.

活动2【讲授】新课教学

（一）用投影片出示本节课的学习目标

1.了解“地心说”和“日心说”两种不同的观点及发展过程.2.知道开普勒对行星运动的描述.（二）学习目标完成过程

1.“地心说”和“日心说”的发展过程在浩瀚的宇宙中，存在着无数大小不一、形态各异的星球，而这些天体是如何运动的呢？在古代，人类最初通过直接的感性认识，建立了“地心说”的观点，认为地球是静止不动的，而太阳和月亮绕地球而转动.因为“地心说”比较符合人们的日常经验，太阳总是从东边升起，从西边落下，好像太阳绕地球转动.正好，“地心说”的观点也符合宗教神学关于地球是宇宙中心的说法，所以“地心说”统治了人们很长时间.但是随着人们对天体运动的不断研究，发现“地心说”所描述的天体的运动不仅复杂而且问题很多.如果把地球从天体运动的中心位置移到一个普通的、绕太阳运动的行星的位置，换一个角度来考虑天体的运动，许多问题都可以解决，行星运动的描述也变得简单了.

随着世界航海事业的发展，人们希望借助星星的位置为船队导航，因而对行星的运动观测越来越精确.再加上第谷等科学家经过长期观测及记录的大量的观测数据，用托勒密的“地心说”模型很难得出完美的解答.当时，哥伦布和麦哲伦的探险航行已经使不少人相信地球并不是一个平台，而是一个球体，哥白尼就开始推测是不是地球每天围绕自己的轴线旋转一周呢？他假设地球并不是宇宙的中心，它与其他行星都是围绕着太阳做匀速圆周运动.这就是“日心说”的模型.用“日心说”能较好地和观测的数据相符合，但它的思想几乎在一个世纪中被忽略，很晚才被人们接受.原因有：（1）“日心说”只是一个假设.利用这个“假设”，行星运动的计算比“地心说”容易得多.但著作中有很不精确的数据.根据这些数据得出的结果不能很好地跟行星位置的观测结果相符合.（2）当时的欧洲的统治者还是教会，把哥白尼的学说称为“异端学说”，因为它不符合教会的利益.致使这个正确的观点被推迟一个世纪才被人们所接受.

德国的物理学家开普勒继承和总结了他的导师第谷的全部观测资料及观测数据，也是以行星绕太阳做匀速圆周运动的模型来思考和计算的，但结果总是与第谷的观测数据有8′的角度误差.当时公认的第谷的观测误差不超过2′.开普勒想，很可能不是匀速圆周运动.在这个大胆思路下，开普勒又经过四年多的刻苦计算，先后否定了19种设想，最后终于计算出行星是绕太阳运动的，并且运动轨迹为椭圆，证明了哥白尼的“日心说”是正确的.并总结为行星运动三定律.

同学们，前人的这种对问题的一丝不苟、孜孜以求的精神值得大家学习.我们对待学习更应该是脚踏实地，认认真真，不放过一点疑问，要有热爱科学、探索真理的热情及坚强的品质，来实现你的人生价值.2.开普勒行星运动规律

（1）出示行星运动的挂图

边看边介绍，让学生对行星运动有一个简单的感性认识.（2）放有关行星运动的录像

录像的效果很好，很直观，让同学能看到三维的立体画面，让同学们的感性认识又提高一步.（3）开普勒行星运动的规律

开普勒关于行星运动的描述可表述为三定律.我们主要介绍开普勒第一定律和第三定律.

（4）所有的行星围绕太阳运行的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上.这就是开普勒第一定律.行星运动的轨道不是正圆，行星与太阳的距离一直在变.有时远离太阳，有时靠近太阳.它的速度的大小、方向时刻在改变.示意图如下：

板书：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.

（5）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.这是开普勒第三定律.每个行星的椭圆轨道只有一个，但是它们运动的轨道的半长轴的三次方与公转周期的平方的比值是相等的.我们用R表示椭圆的半长轴，T代表公转周期，表达式可为：

显然K是一个与行星本身无关的量，同学们想一想，K有可能与什么有关呢？同学们开始讨论、猜想.

都围绕太阳运转，只与中心体有关的一个值了.板书：

开普勒第三定律：所有行星的轨道的半长轴的三次方与公转周期的三次方的比值都是相同的.表达式：

（R表示椭圆的半长轴，T表示公转周期）

（6）同学们知道现在我们已经发现太阳周围有几颗行星了吗？分别是什么？学生回答：金、木、水、火、土、地球、天王星、海王星、冥王星.评价：（回答的很好），那同学们知道哪颗行星离太阳最近？同学回答：水星.

老师提问：水星绕太阳运转的周期多大？一般学生不知道.

老师告诉学生：水星绕太阳一周需88天.

老师提问：我们生活的地球呢？同学们踊跃回答：约365天.

3.补充说明

（1）开普勒第三定律

对所有行星都适合.

（2）对于同一颗行星的卫星，也符合这个运动规律.比如绕地球运行的月球与人造卫星，就符合这一定律

（K′与行星绕太阳的K值不同，中心体变，K值改变）

活动3【活动】思考

1、根据开普勒第二定律，如果一颗行星绕太阳沿椭圆轨道运动，它在离太阳最近的位置（近日点）和最远的位置（远日点），哪点的速度比较大？通过多媒体课件展示图片引导学生分析这一问题并得到结论近日点速度最大，远日点速度最小。

2、给出参考资料：太阳系九大行星平均轨道半径和周期的数值，供课后验证。

3、播放九大行星轨道运动的课件，使学生对多数行星的轨道与圆十分接近有一个感性认识。提出问题：开普勒三定律适用于圆轨道时，应该怎样表述呢? 活动4【练习】练习

【例题1】关于行星绕太阳运动的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.离太阳越近的行星的运动周期越长

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

【训练1】下列说法中正确的是（ ）

A.“地心说”是错误的，“日心说”是对的，太阳是宇宙的中心

B.太阳也在绕银河系转动，运动是绝对的，静止是相对的

C.月球绕地球的运行轨道也是椭圆轨道，可近似看作匀速圆周运动

D.由开普勒定律可知，各行星都有近日点和远日点，且在近日点运动得快，在远日点运动得慢

【例题2】海王星离太阳的距离是地球离太阳距离的n倍，那么海王星绕太阳的公转周期是多少？（海王星和地球绕太阳公转的轨道可视为圆形轨道）

活动5【测试】测试

1. 下列说法正确的是（ ）

A.太阳系中的八大行星有一个共同的轨道焦点 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垂直 D.日心说的说法是正确的

2.飞船进入正常轨道后，因特殊情况而降低了轨道高度，那么飞船的线速度和周期分别将（ ）

A.增大，减小 B.减小，增大 C.增大，增大 D.减小，减小

3. 关于开普勒第三定律

，以下理解正确的是（ ）

A. k是一个与行星无关的常量 B. R为半长轴 C. T表示行星运动的自转周期

D. T表示行星运动的公转周期

4.2005年7月4日，美国宇航局的“深度撞击”计划在距离地球1.3亿千米处实施，上演了一幕“炮打彗星”的景象，目标是“坦普尔一号”彗星。假设“坦普尔一号”彗星绕太阳运行的轨道是一个椭圆，其轨道周期为5.74年，则关于“坦普尔一号”彗星的下列说法中正确的是（ ）

A.绕太阳运动的角速度不变

B.近日点处线速度大于远地点处线速度

C.近日点处线速度等于远地点处线速度

D.其椭圆轨道半长轴的立方与周期的平方之比是一个与太阳质量有关的常数

5.把火星和地球绕太阳运行的轨道视为圆周，由火星和地球绕太阳运动的周期之比可求得（ ）

A. 火星和地球的质量之比

B. 火星和太阳的质量之比

C. 火星和地球到太阳的距离之比

D. 火星和地球绕太阳运行速度之比

6.有两颗行星围绕恒星运转，它们的运动周期之比为27:1，则它们的轨道半径之比为（ ）

A.1:27 B.9:1 C.27:1 D.1:9 活动6【作业】作业

1.若把开普勒定律应用到绕地球运动的卫星上，则卫星在离地越高的轨道上，周期越______。若让两个卫星在同一轨道上运动，是否会发生追碰现象？

2.地球公转运行的轨道半径R＝1.49×1010 m，地球的公转周期为1年，土星运行的轨道半径

R′＝1.43×1012m，则其周期多长？

3.飞船沿半径为R的圆周绕地球运动，其周期为T，如果飞船要返回地面，可在轨道上某一点A处降速率降低到适量数值，从而使飞船沿着以地心为焦点的椭圆轨道运行，椭圆和地球表面相切于B点，设地球半径为R0，问飞船从A点返回到地面上B点所需时间为多少？