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《行星的运动》教学设计

【设计思路及教材分析】《行星的运动》是人教版普通高中物理教材必修二第六章《万有引力与航天》中第一节的内容。本课内容是在曲线运动的基础上，在万有引力定律建立之前学习开普勒行星运动定律。学生在初中历史课的学习中已经初步了解了地心说和日心说。教材利用非常少的篇幅简单回顾了关于行星运动的两种学说之余，介绍了第古观测数据的分析研究基础上发现了行星运动定律。本节课虽不是教材及考试的重点内容，但从对学生进行科学精神与人文精神及科学方法教育的角度可看，还是值得进一步开发的。同时，《万有引力与航天》这一章内容在力学部分乃至整个物理学中占有重要的地位（大纲中是B级要求）。它主要是需要学生能够用“万有引力定律”与

“圆周运动规律”来分析天体运动规律。在高考中是热点部分，且试题难易伸缩性大，要求学生要有很强的空间想象能力和知识迁移能力。长期以来，这部分内容对很多学生来说一直是一个难点。本节课是这一章的第一节，是学习万有引力定律及天体运动问题的基础和前提。上好这节课对激发学生学习整个一章的兴趣和主动性以及探索性潜能是很重要的。为此，本节课，关于行星运动的物理情景使用多媒体课件展示，形象直观，真实再现，这样能让学生学得轻松有趣并能让学生建立起正确的行星运动图景，为今后关于本章的学习扫清障碍。通过老师设计的课件以及老师的引导让学生自我探索，学生能做的老师绝不代替，激发学生的主动性和探索潜能及展现科学家独特的思维方式及推理方法是本节课设计的中心。

【学情分析】学生对天体运动只有一些粗浅的认识，对天体运动规律的发现过程也是所知甚少，在教学中要让学生了解人类认识自然的精彩历史与科学的分析方法，体会科学家们追求真理百折不挠的精神。

【课前预习任务分析】课上所需内容、学生又有能力独立解决的问题布置在课前，这样既可以提高课堂效率又可以增强学生主动参与的意识。

【教学目标】

一、知识与技能：

1.能简要说出“地心说”和“日心说”的不同观点，了解其发展过程。

2.知道开普勒对行星运动的描述。

二、过程与方法：

1.利用细绳和笔做椭圆，使学生认识椭圆的基本特征，为理解开普勒

第一定律做准备

2.通过行星绕太阳的天体运动图，可以把天体运动模型在学生头脑中

直观化。(多媒体动画课件展示) 3.对天体运行研究历史的了解，体会科学研究的一般思路与方法──

质疑、批判、猜测、观察与实验。

4.引导学生将椭圆的运动近似看成圆周运动，使学生领悟物理学合理

近似、建立简化模型的科学方法。

三、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。

【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

【教学课时】1课时

【教学过程】

一、回顾上一章，引入预习案及完成情况展示

（预习问题1）你认为在所有的曲线中最优美、最和谐的曲线是什么？

（学生答）“圆”。

（预习问题2）给你一条细绳，一只笔和图钉你能否想出办法画出一

个圆？

（学生答）将端点用图钉固定，以绳长的一半为半径，用笔将线拉直

可画圆。

（找学生到黑板板演，教师给予肯定的同时说明：“此圆绕任意一直

径转3600，就是我们的家---地球。）

（预习问题3）如果将绳两端分开，分别固定，依照上个问题中你想

出的方法又能画出什么图形呢？该图形有什么特点？

（学生答）“椭圆”。“到两个定点的距离等于绳长“（找学生板演）

（教师提示拓展思路）实际上，对称压缩一个圆，圆心会分裂就会变

成椭圆，椭圆的两个定点叫做：焦点。

（教师提问）生活中或自然界中是否有这样的曲线呢？

（学生答）操场的跑道，也可联系课前预习或地理知识回答“行星

的轨道”。（以上问题为行星运动规律做准备，并由此处引入课题）

二、引入课题

（多媒体演示天体运动的图片浏览，激发学生学习兴趣）

（教师引入）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。人类对宇宙的认识可分以下四个时期：（多媒体展示）

1.

神话时期：宇宙是神秘的，不可知的。对于许多自然现象都用 神话故事来解释“如盘古开天辟地”）

2.

哲学时期：人们凭借简单的直觉和观察逐步对大自然的现象进行猜想和思辨。如“彗星的出现被认为是来年大灾大祸的预兆”。

3.

仪器观测：自从伽利略发明了天文望远镜后，人类对宇宙的观测范围从地球之内扩展到地球之外。

4.

科学探究：今天，我们我们甚至可以使用先进的科学设备对地球以外的行星进行科学考察，探索宇宙中的奥秘。

在宇宙中像地球这样的行星大约有上亿颗！要想探索宇宙奥秘，寻找智慧生命，首先对行星的运动有所了解，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。

（一）课前下发阅读资料，关于“人类认识天体运动的历史”设置三个预习问题：

问1：古人对天体运动存在哪些看法? （学生答）“地心说”和“日心说”。

问2：什么是“地心说”?什么是“日心说”’? （学生答）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．“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”，请阅读第《人类对行星运动规律的认识》，找出“地心说”遭遇的尴尬和“日心说’的成功之处。

（学生答）若“地心说”成立：

1.太阳绕地球转一圈24h 2.每天的日照时间一样，不会有一年四季之分。

“日心说”的不完善：

1.

太阳是宇宙的中心，而实际上，太阳只是太阳系的中心。

2.

“日心说”认为，行星的轨道是圆，而其实是椭圆。

（教师补充）第谷在“观天堡”工作20余年在天文学方面取得了一系列的成就，尤其是在天文观测方面，第谷去世后他的观测数据留给了他的助手开普勒，最终得出了开普勒三大定律。

（二）关于“开普勒行星运动定律”设置三个预习问题：

问1：古人认为天体做什么运动？

（学生答）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? （学生答）椭圆，开普勒在利用了第谷的观测数据对哥白尼的“日心

说”进行验证时发现火星的轨道出现偏差。他发现假设火星绕太阳做

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。

（教师设置疑问）是什么原因造成偏差呢？

（学生讨论大胆猜想）

1.计算错误 2.第谷的观测数据有问题 3.哥白尼的“日心说”有“瑕疵”

（教师讲解）开普勒进行了70多次反复计算排除了第一种可能，他也相信第谷观测数据的科学性，大胆提出是哥白尼的“日心说”有不完善的地方，经过4年之久的研究计算，大胆地抛弃了统治人类2000年的“匀速圆周运动”轨道。

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? （学生答）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。

根据课前的预习布置，展示各小组的预习案完成情况，请同学结合自己的预习，讲解人类对天体运行的研究历史及对开普勒行星运动定律的理解。

（可配合课件）

（学生讲解后，为使让学生建立起直观正图7．1-1—l）

确的行星运动图景，利用多媒体播放行星绕椭圆轨道运动的课件使学

生能够更加直观建立起正确的行星运动图景）

开普勒第一定律：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．

（设置问题情境）：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）（多媒体展示行星绕太阳的动画课件）

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．

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．（多媒体放映九大行星轨道图）

（教师指出）由于行星的椭圆轨道都跟圆近似，在高中阶段的学习中，多数行星运动的轨道都按圆来处理。

三、探究案的探究过程及展示（课上分发探究案）

（分组讨论──展示结果──师生评价──教师补充说明）

探究1：如图7.1-2所示，根据开普勒第二定律，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那个大？写出推导过程。

探究2：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?

探究3：开普勒第三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？

（结合圆周运动的相关知识）

学生展示探究成果后，教师利用多媒体展示给学生以下数据：

k水=3.36×1018 K金=3.35×1018 K地=3.31×1018 K火=3.36×1018

由以上数据可知，所有行星绕太阳运动的半长轴的三次方跟公转周期二次方的比值是一个常数k，这个“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。（利用实验数据验证了学生的猜想，鼓励学生的学习热情和激发他们不断探索的动力。）

（教师补充）开普勒在发现了第一、第二定律后，并没有停止对第谷留给他的观测数据的研究。经过长达10年的反复计算和假设，终于找到在大量观测数据后面隐匿的和谐性，在数字的海洋里提炼出了联系各行星轨道与周期的关系规律。开普勒情不自禁地写道“认识到这一真理，这是超出了我的最美好的期望。”可见，任何一个物理规律

的得出都要经历一个漫长而艰苦的过程。

（教师说明）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，在不同的星系中，K值不相同。K与中心天体有关。 四、新课小结

（学生总结：）让学生概括总结本节的内容。（教师要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架培养学生概括总结能力。）

人类对天体运行的认识，起源于托勒密的“地心说”，经哥白尼发展到了“日心说”，由于地心说比较符合人们的日常经验，所以统治了人们很长时间。但随着人们对天体运动不断研究，日心说逐步被越来越多的人所接受，真理最终战胜了谬误。二十年的观测，几千次的测量结果被开普勒概况为简单的一组曲线和几条规则。这说明科学不能仅仅建立在直接观察的基础上，也要经过艰苦卓绝的努力才能获得真理。

（教师补充：）开普勒的“行星运动定律”第一次为天体的运动立了法。而完全解决天体运动问题的则是“站在巨人肩膀上”的牛顿。

五、板书设计

行星的运动

一、人类认识天体运动的历史：“地心说” “日心说”

二、开普勒行星运动定律

第一定律： ；

第二定律： ；

a3第三定律： 。即：2k

六、作业布置：教材习题T