1. 天体运动教学设计

高一(必修二) 3.1 天体运动

禄劝一中 张远浩

3.1 《天体运动

》 教学设计

教学目标

【知识与能力目标】

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。

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。

【过程与方法目标】

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。

【情感态度价值观目标】

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。

教学重难点

【教学重点】

开普勒行星运动定律

【教学难点】

对开普勒行星运动定律的理解和应用

教学过程

一、引入新课

多媒体演示：天体运动的图片浏览。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。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。

二、古代对行星运动规律的认识

指导学生阅读课本，并提出问题：

问1：．古人对天体运动存在哪些看法? 1

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禄劝一中 张远浩

阅读课本

回答：“地心说”与“日心说”

问2．什么是“地心说”?什么是“日心说”’? 回答：”地心说”认为地球是宇宙的中心，是静止不动的，大阳、月亮以及其他行星都绕地球运动，

“日心说”则认为太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动．

补充：“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．

问3：“日心说”战胜了“地心说”，“地心说”遭遇的尴尬和“日心说’的成功之处和缺陷？

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筒单了．

“日心说”代表人物：哥白尼，“日心说”能更完美地解释天体的运动．

三、开普勒行星运动定律指导学生阅读课本，提出问题：

问1：第谷认为天体做什么运动? 回答：第谷把天体的运动看得十分神圣，他们认为天体的运动不同于地面物体的运动，天体做的是最完美、最和谐的匀速圆周运动．

问2：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? 回答：开普勒认为行星做椭圆运动．他发现假设行星做匀速圆周运动，计算所得的数据与观测数据不符，只有认为行星做椭圆运动，才能解释这一差别。

问3：开普勒行星运动定律哪几个方面描述了行星绕太阳运动的规律?具体表述是什么? 回答：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．

问4：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? 回答：不同．

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禄劝一中 张远浩

【做一做】

可以用一条细绳和两图钉来画椭圆．

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? 问5：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？

回答：因为相等时间内扫过面积相等，所以近日点速率大。

问6：由于行星的椭圆轨道都跟圆近似，在中学阶段研究中按圆处理，开普勒三定律适用于圆轨道时，应该怎样表述呢? 回答：1、多数大行星绕太阳运动轨道半径十分接近圆，太阳处在圆心上。

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。

3、所有行星的轨道半径的三次方跟它的公转周期的平方的比值都相等。

若用R表示轨道半径，T表示公转周期，开普勒第三定律可以用下面的公式表示：R3/ T2 =k 说明:比值k是一个与行星无关的恒量。

参考资料：（课本44页第3题）给出太阳系八大行星平均轨道半径和周期的数值，供课后验证。

k水=3.36×1018 K金=3.35×1018 K地=3.31×1018 K火=3.36×1018 问7：这一定律发现了所有行星的轨道的半长轴与公转周期之间的定量关系，比值k是一个与行星无关的常量，你能猜想出它可能跟谁有关吗？ 说明：开普勘定律不仅适用于行星绕大阳运动，也适用于卫星绕着地球转，K是一个与行星质量无关的常量，但不是恒量，在不同的星系中，K值不相同。K与中心天体有关。 通过一系列问题引导的方式，使学生对内容进行深入思考与讨论，从而对开普勒三定律产生更透彻的认识。

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禄劝一中 张远浩

板书

一、地心说与日心说：

二、开普勒行星运动定律

1、轨道定律：椭圆

2、面积定律：

3、周期定律：a 3/ T2 =k （K是一个只与中心天体质量有关的物理量）

课堂练习

例1 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D．冥王星离太阳“最远”，公转周期就最长

a3k2T分析：

由开普勒第三定律可知，a越大，T越大，故BD正确，C错误；式中的T是公转周期而非自转周期，故A错

例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 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

a3k2T点拨：在利用开普勒第三定律解题时，应注意它们的比值中的k是一个与行星运动无关的常量。

解：

a23(T2/T1)2a15.24a1

教学反思：

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