高中物理必修2《行星的运动》教案

  高中物理必修2《行星的运动》教案

  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)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。

  2、过程与方法: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)澄清对天体运动裨秘、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

  二、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。

  三、教学难点: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。

  教学工具

  多媒体、板书

  教学过程

  一、地心说和日心说

  1.基本知识

  (1)地心说

  ①内容: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.

  ②代表人物:托勒密.

  (2)日心说

  ①内容:太阳是静止不动的,地球和其他行星都绕太阳运动.

  (3)两种学说的局限性

  它们都把天体的运动看得很神圣,认为天体的运动必然是最完美、最和谐的匀速圆周运动,而这和丹麦天文学家第谷的观测数据不符.

  2.思考判断

  (1)宇宙的中心是太阳,所有行星都在绕太阳做匀速圆周运动.(×)

  (2)造成天体每天东升西落的原因是天空不转动,只是地球每天自西向东自转一周.(×)

  (3)与日地距离相比,恒星离地球都十分遥远.(√)

  探究交流

  地心说和日心说是两种截然不同的观点,现在看来这两种观点哪一种是正确的?

  【提示】 两种观点受人们意识的限制,是人类发展到不同历史时期的产物.两种观点都具有历史局限性,现在看来都是不完全正确的.

  二、开普勒行星运动定律

  1.基本知识

  2.思考判断

  (1)围绕太阳运动的行星的速率是一成不变的.(×)

  (2)开普勒定律仅适用于行星绕太阳的运动.(×)

  (3)行星轨道的半长轴越长,行星的周期越长.(√)

  探究交流

  行星绕太阳在椭圆轨道上运行,行星距太阳较近处与距太阳较远处相比较,运动速率何处较大?

  【提示】 由开普勒第二定律可知,由于在相等的时间内,行星与太阳的连线扫过相等的面积,显然相距较近时相等时间内经过的弧长必须较长,因此运动速率较大.

  三、行星运动的近似处理

  1.基本知识

  (1)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)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的公转周期的二次方的比值都相等.

  2.思考判断

  (1)在中学阶段可认为地球围绕太阳做圆周运动.(√)

  中的a可认为是行星的轨道半径.(√)

  探究交流

  下图是火星冲日年份示意图,观察图中地球、火星的位置,思考地球和火星谁的公转周期更长.

  火星冲日年份示意图

  【提示】 由题图可知,地球到太阳的距离小于火星到太阳的距离,根据开普勒第三定律可得:火星的公转周期更长一些.

  四、对开普勒行星运动定律的理解

  【问题导思】

  1.开普勒三定律分别从哪些方面揭示了行星的运动规律?

  2.太阳的位置是各行星的轨道焦点吗?

  误区警示:

  开普勒三定律是行星绕太阳运动的总结定律,实践表明该定律也适用于其他天体的运动,如月球绕地球运动、卫星绕木星运动,甚至人造卫星绕地球运动等.

  例:有一个名叫谷神的小行星(质量为m=1.00×1021 kg),它的轨道半径是地球绕太阳运动的轨道半径的2.77倍,则它绕太阳一周所需要的时间为(  )

  【审题指导】 该题中谷神小行星与地球比较公转周期,需明确以下问题:

  (1)地球的公转周期为1年.

  (2)利用开普勒第三定律求解.

  【答案】 D

  五、天体运动的规律及分析方法

  1.天体的运动可近似看成匀速圆周运动:天体虽做椭圆运动,但它们的轨道一般接近圆.中学阶段我们在处理天体运动问题时,为简化运算,一般把天体的运动当作圆周运动来研究,并且把它们视为做匀速圆周运动,椭圆的半长轴即为圆半径.

  2.在处理天体运动时,开普勒第三定律表述为:天体轨道半径r的三次方跟它的公转周期T的二次方的比值为常数,

  据此可知,绕同一天体运动的多个天体,轨道半径r越大的天体,其周期越长.

  3.天体的运动遵循牛顿运动定律及匀速圆周运动规律,与一般物体的运动在应用这两个规律上没有区别.

  特别提醒

  1.

  对于同一中心天体的不同行星k的数值相同,对于不同的中心天体的行星k的数值不同. 2.公式

  常常用于比较不同行星周期或半径.

  例: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,可在轨道上某点A处,将速率降低到适当数值,从而使飞船沿着以地心为焦点的椭圆轨道运动,椭圆和地球表面在B点相切,如图6-1-2所示.如果地球半径为R0,求飞船由A点运动到B点所需要的时间

  规律总结:开普勒第三定律的应用

  应用开普勒第三定律可分析行星的周期、半径,应用时可按以下步骤分析:

  1.首先判断两个行星的中心天体是否相同,只有对同一个中心天体开普勒第三定律才成立.

  2.明确题中给出的周期关系或半径关系.

  3.根据开普勒第三定律列式求解.

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