6.1行星运动(教案)

南莫中学2012年高一物理导学案万有引力与航天策划：杨传龙审核：徐平16.1行星的运动【教学目标】1．了解人类探索宇宙奥秘的发展简史，增强求知欲．2．理解开普勒三个定律的内容和意义，会分析行星运动的基本特点．3．理解开普勒三定律从椭圆运动规律到圆运动规律的转换．4．培养学生尊重事实、善于观察、善于思考、善于动手的思想和能力，建立科学的宇宙观【教学重难点】对开普勒行星运动定律的理解和应用【教学方法】启发、引导、自主阅读、讨论、交流【教学工具】计算机、投影仪等多媒体教学设备【教学设计】课前预学一、查找资料1．在图6-1-1的椭圆中，分别标注出焦点、半长轴、半短轴．2．椭圆上某点到两个焦点的距离之和椭圆上另一点到两个焦点的距离之和有什么关系？．3．太阳系中各行星排列顺序如何？离太阳远近如何？二、预学能掌握的内容1．地心说与日心说：地心说认为地球是____________，太阳月球及其他星体均绕_______运动，后经人们观察是错误的．日心说认为太阳是____________，地球和其他星体都绕________运动，实际上，太_____宇宙中心．2．开普勒第一定律：所有行星绕太阳运动的轨道都是_________，太阳处在________的一个_______上．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的时间内扫过的____________相等．开普勒第三定律：所有行星轨道半长轴的_________跟它的公转周期的________比值都相等．3．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【预学疑难】··图6-1-1南莫中学2012年高一物理导学案万有引力与航天策划：杨传龙审核：徐平2课内互动一、复习回顾、导入新课教师活动：在浩瀚的宇宙中有着无数大小不一、形态各异的天体．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无限的遐想中．由这些天体所组成的宇宙始终是人们渴望了解又不断探索的领域．经成百上千年的探索，伟大的科学家们对它已经有了一些初步的了解．引入新课：本节我们就共同来学习前人所探索到的行星的运动情况．二、进行新课1．行星的运动的感性认识学生活动：阅读课文，完成下列表格和思考题阅读课本29页一、二两段，完成下列表格项目学家主要观点参考系成功与不足地心说托勒密日心说思考讨论1“地心说”和“日心说”的共同点：认为天体的运动都是匀速圆周运动．那么，你能说说古人把天体运动当作匀速圆周运动的理由吗？思考讨论2在日常的感受中，你认为地球绕太阳转还是太阳绕地球转？这告诉我们什么物理思想？试设计小方案，初步论证“日心说”的基本观点（从推断月亮绕地球转的事例找启发）师生互动：让学生从课文中找出相应的答案，选代表发言．点评：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，“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．“地心说”符合人们的直接经验(以地球为参照物)，同时也符合势力强大的宗教神学的认识，故它一度占统治地位．“地心说”所描述的天体运动不仅复杂而且问题很多．“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．“日心说”最终战胜了“地心说”，能更完美的解释天体运动．2．开普勒行星运动定律学生活动：阅读课本P．29下、P．30页上的部分，完成下列表格和问题项目行星轨道行星运行速率行星运行周期对应的开普勒定律对应的开普勒定律内容南莫中学2012年高一物理导学案万有引力与航天策划：杨传龙审核：徐平3思考讨论3：如图6-1-2所示，是按课本要求用图钉和细绳画椭圆，这就可以形象地表示行星的轨道和太阳的位置．（1）行星运动过程中，在轨道上的不同点上运行得一样快吗？试推导？（2）如果行星在C点的速率大于行星在B点的速率，则太阳应处在哪个焦点位置上？（3）如果太阳处在焦点F上，行星在C、A与太阳的连线所扫过的面积S1与行星在A、B的连线所扫过的面积S2相等，则行星从C到A的时间t1与行星从A到B的时间t2有什么关系？思考讨论4：k的数值在不同的星系中是一样的吗？与行星本身有关吗？应该和谁有关？师生互动：让学生阅读课文找出相应的答案，选代表发言点评：公转的从行星运动轨道、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．具体表述为开普勒行星三定律第一定律：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．即：32akT比值k是一个与行星无关的常量．3．太阳系中行星的运动阅读课本P．30（图6．1-3）结论：实际上，多数大行星运行的轨道若按上面的处理方法，行星的运动可总结出怎样的规律？三、典例导学例题1．地球绕太阳运行的轨道半径是1．5×1011m，周期为365天，月球绕地球运转的轨道半长轴为2．8×108m，周期为27．3天，则对于绕太阳运行的行星的23TR的值为_________；师生互动：（1）指导审题“中心天体”是谁（太阳）？（2）单位要求：时间为“秒”变式训练：对于绕地球运行的卫星的23TR的值为_________．小结：对同一中心天体，23TR相同，k仅与中心天体有关例题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）思路点拨：南莫中学2012年高一物理导学案万有引力与航天策划：杨传龙审核：徐平4（1）公式的选用：涉及行星绕同一中心天体运动的距离和公转的周期的关系选用开普勒行星第三定律（2）海王星和地球绕太阳公转的轨道可视为圆形轨道的原因例题3.如图6-1-2所示，在某行星的轨道上有a、b、c、d四个对称点，若行星运动周期为T，则行星（）cdabttA.cddabdttB.4.TtCab4.TtDcd思路点拨：（1）分析行星位于上图中轨道上的a、b、c、d时的速度特点；（2）分析行星运动a-b-c-d-a的时间的对称性；拓展：若上图中椭圆轨道换成圆轨道，答案有何变化？本课小结：开普勒行星三定律的内容及其理解，T为行星绕恒星的公转周期，k的含的物理意义.椭圆与圆轨道的转换，图形对称性的应用.四．板书设计1．行星的运动的感性认识项目学家主要观点参考系成功与不足地心说托勒密地球中心说地面不能解释一些现象日心说哥白尼太阳中心说其他天体很简单地解释一些现象，但太阳不是宇宙的中心。2．开普勒行星运动定律项目行星轨道行星运行速率行星运行周期对应的开普勒定律椭圆近日点快，远日点慢kTR23对应的开普勒定律内容见开普勒第一定律开普勒第二定律开普勒第三定律例题1．变式训练：对同一中心天体，23TR相同，k仅与中心天体有关例题2.解：3n例题3.对称性五、随堂检测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，公转周期就越长南莫中学2012年高一物理导学案万有引力与航天策划：杨传龙审核：徐平5C．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半长轴为地球公转轨道半长轴的倍．3．已知地球绕太阳作椭圆运动．在地球远离太阳运动的过程中，其速率越来越小，试判断地球所受向心力如何变化?若此向心力突然消失，则地球运动情况将如何？课后提升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．关于开普勒第三定律kTR23，以下理解正确的是（）A．k是一个与行星无关的常量B．若地球绕太阳运转轨道的半长轴为R1，周期为T1，月球绕地球运转轨道的半长轴为R2，周期为T2，则22322311TRTR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3．2005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4．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5．某行星绕太阳运行的椭圆轨道如图6-1-3所示，F1和F2是椭圆的两个焦点，行星在A点速率比在B点的速率大，则太阳应位于A．A点B．F1点C．F2点D．B点（）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．1:27B．9:1C．27:1D．1:97．A、B两颗人造地球卫星质量之比为l：2，轨道半径之比为2：1，则它们的运行周期之比为()AF1F2B图6－1-3南莫中学2012年高一物理导学案万有引力与航天策划：杨传龙审核：徐平6A．1：2B．1：4C．22：1D．4：18．行星绕太阳的运动轨道如果是圆形，它公转周期T的二次方与轨道半径R的三次方的比为常数，设T2/R3＝k，则（）A．常数k的大小只与太阳的质量有关B．常数k的大小与太阳的质量及行星的质量有关C．常数k的大小只与行星的质量有关D．行星绕太阳的运动是匀速圆周运动9．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？10.关于公式23TR＝k，下列说法中正确的是（）A.公式只适用于围绕太阳运动的行星B.公式只适用于太阳系中的行星和卫星C.公式适用于宇宙中所有围绕星球运动的行星和卫星D.公式也适用于人类发射的绕地球运动的卫星11.一种通信卫星需要“静止”在赤道上空的某点，因此它的运行周期必须和地球的自转周期相同．请你估算，通信卫星离地心的距离大约是月心离地心距离的几分之一？12.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6-1-3所示．如果地球半径为R0，求飞船由A点到B点所需要的时间．提示：飞船沿椭圆轨道返回地面，由图可知，飞船由A点到B点所需要的时间刚好是沿图中整个椭圆运动周期的一半，由开普勒第三定律可以求解．ARR0B南莫中学2012年高一物理导学案万有引力与航天策划：杨传龙审核：徐平76.1行星的运动参考答案课前预学一、查找资料1.如右图2.相等，都为长轴长3.由近到远的排列是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星二、预学能掌握的内容1．宇宙的中心，地球．太阳是宇宙的中心，太阳，不是．2．椭圆，椭圆、焦点；面积；三次方、二次方4．D课内互动1.行星的运动的感性认识项目学家主要观点参考系成功与不足地心说托勒密地球中心说地面不能解释一些现象日心说哥白尼太阳中心说其他天体很简单地解释一些现象，但太阳不是宇宙的中心。2.开普勒行星运动定律项目行星轨道行星运行速率行星运行周期对应的开普勒定律椭圆近日点快，远日点慢kTR23对应的开普勒定律内容见开普勒第一定律开普勒第二定律开普勒第三定律三、典例导学例题1．3.39×1018，变式训练2.11×1012例题2．3n例题3．CD四、随堂检测1．BD2．解：由开普勒第三定律kTa23可知：对地球：kTa2131对木星kTa2