高一物理最新教案-高一物理地心说与日心说 精品

高中物理课堂教学教案年月日课题§7.1 行星的运动课型新授课（1课时）教学目标知识与技能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．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．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．教学重点、难点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．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．教学方法探究、讲授、讨论、练习教学手段教具准备挂图、多媒体课件师：“日心说”战胜了“地心说”，最终真理战胜了谬误．请同学们阅读第64页《人类对行星运动规律的认识，中托勒密：地心宇宙，哥白尼：拦住了太阳，推动了地球．交流讨论，找出“地心说”遭遇的尴尬和“日心说’的成功之处．生：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．二、开普勒行量运动定律用图钉和细绳画椭圆可以用一条细绳和两图钉来画椭圆．如图7．1—l所示，把白纸镐在木板上，然后按上图钉．把细绳的两端系在图钉上，用一枝铅笔紧贴着细绳滑动，使绳始终保持张紧状态．铅笔在纸上画出的轨迹就是椭圆，图钉在纸上留下的痕迹叫做椭圆的焦点．想一想，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寓之和有什么关系?(分四小组进行)师；阅读教材第二段到最后，并阅读第64页《人类对行星运动规律的认识)中第谷：天才观察家，开普勒：真理超出期望，投影展示以下问题：师：1.古人认为天体做什么运动?生：古人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、最和谐的匀逮圆周运动．师：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?生：开普勒认为行星做椭圆运动．他发现假设行星傲匀逮圆周运动，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．师：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?生：开普勒行星运动定律从行星运动轨道，行墨运动的线速度变化，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：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．师：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?生：不同．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．教师：如图所示，行星沿着椭圆轨道运行，太阳位于椭圆的一个焦点上．如果时间间隔相等，即t2-t1=t4-t3，那么面积A=面积B．由此可见，行星在远日点a的速率最小，在近日点b的速率最大．开普勒第三定律：3．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．由于行星的椭圆轨道都跟圆近似，在近似计算中，可以认为行星都以太阳为圆心做匀速圆周运动，在这种情况下，若用R代表轨道半径，T代表公转周期，开普勒第三定律可以用下面的公式表示：比值k是一个与行星无关的恒量．只与太阳有关。

1．行星的运动[学习目标] 1.了解地心说和日心说的内容． 2.理解开普勒行星运动三定律的内容．(重点) 3.掌握行星运动定律的应用．(重点、难点) 4.了解人们对行星运动的认识过程漫长复杂，真理来之不易．一、地心说和日心说开普勒定律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．(2)代表人物：哥白尼．3．开普勒定律定律内容公式或图示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相等的面积开普勒第三定律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公式：a3T2＝k，k是一个与行星无关的常量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(或线速度大小)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．1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(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)开普勒定律仅适用于行星绕太阳的运动． (×) (3)所有行星绕太阳运转的周期都是相等的． (×) (4)在中学阶段可认为地球围绕太阳做圆周运动． (√) (5)行星的轨道半径和公转周期成正比．(×) (6)公式a 3T2＝k 中的a 可认为是行星的轨道半径．(√)2．日心说的代表人物是( ) A ．托勒密 B ．哥白尼 C ．布鲁诺D ．第谷B [日心说的代表人物是哥白尼，布鲁诺是宣传日心说的代表人物．] 3．下述说法中正确的有( )A ．一天24 h ，太阳以地球为中心转动一周是公认的事实B ．由开普勒定律可知，各行星都分别在以太阳为圆心的各圆周上做匀速圆周运动C ．太阳系的八颗行星中，水星离太阳最近，由开普勒第三定律可知其运动周期最小D ．月球也是行星，它绕太阳一周需一个月的时间C [地球以太阳为中心转动一周是公认的事实，一天24 h ，故A 错误；各行星都分别在以太阳为焦点，做椭圆运动，故B 错误；由开普勒第三定律r 3T2＝k ，可知：水星离太阳最近，则运动的周期最小，C 正确；月球是地球的卫星，它绕地球一周需一个月的时间，故D 错误．]对开普勒行星运动定律的理解定律 认识角度 理解开普勒第一定对空间分布的各行星的椭圆轨道尽管大小不同，但太阳是所有轨道的律 认识 一个共同焦点不同行星的轨道是不同的，可能相差很大开普勒 第二定律对速度大小的认识行星沿椭圆轨道运动靠近太阳时速度增大，远离太阳时速度减小近日点速度最大，远日点速度最小开普勒 第三定律对周期长短的认识椭圆轨道半长轴越长的行星，其公转周期越长该定律不仅适用于行星，也适用于其他天体常数k 只与其中心天体有关【例1】 火星和木星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行，根据开普勒行星运动定律可知( )A ．太阳位于木星运行轨道的中心B ．火星和木星绕太阳运行速度的大小始终相等C ．火星与木星公转周期之比的平方等于它们轨道半长轴之比的立方D ．相同时间内，火星与太阳连线扫过的面积等于木星与太阳连线扫过的面积C [太阳位于木星运行轨道的一个焦点上，A 项错误；火星与木星轨道不同，在运行时速度不可能始终相等，B 项错误；“在相等的时间内，行星与太阳连线扫过的面积相等”是对于同一颗行星而言的，不同的行星，则不具有可比性，D 项错误；根据开普勒第三定律，对同一中心天体来说，行星公转半长轴的三次方与其周期的平方的比值为一定值，C 项正确．]开普勒行星运动定律的四点注意(1)开普勒三定律是通过对行星运动的观察结果总结而得出的规律，它们都是经验定律． (2)开普勒行星运动定律是对行星绕太阳运动的总结，实践表明该定律也适用于其他天体的运动，如月球绕地球的运动，卫星(或人造卫星)绕行星的运动．(3)开普勒第二定律与第三定律的区别：前者揭示的是同一行星在距太阳不同距离时的运动快慢的规律，后者揭示的是不同行星运动快慢的规律．(4)绕同一中心天体运动的轨道分别为椭圆、圆的天体，k 值相等，即r 3T 21＝a 3T 22＝k .1．某行星绕太阳运动的轨道如图所示，则以下说法不正确的是( )A ．太阳一定在椭圆的一个焦点上B ．该行星在a 点的速度比在b 、c 两点的速度都大C ．该行星在c 点的速度比在a 、b 两点的速度都大D ．行星与太阳的连线在相等时间内扫过的面积是相等的C [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，则A 正确；每一个行星而言，太阳行星的连线在相同时间内扫过的面积相等，即近日点速度快，远日点速度慢，则B 、D 正确，C 错误．]开普勒第三定律的应用1．适用X 围：既适用于做椭圆运动的天体，也适用于做圆周运动的天体；既适用于绕太阳运动的天体，也适用于绕其他中心天体运动的天体．2．用途(1)求周期：两颗绕同一中心天体运动的行星或卫星，知道其中一颗的周期及它们的半长轴(或半径)，可求出另一颗的周期．(2)求半长轴：两颗绕同一中心天体运动的行星或卫星，知道其中一颗的半长轴(或半径)及它们的周期，可求出另一颗的半长轴(或半径)．3．k 值：表达式a 3T2＝k 中的常数k ，只与中心天体的质量有关，如研究行星绕太阳运动时，常数k 只与太阳的质量有关，研究卫星绕地球运动时，常数k 只与地球的质量有关．【例2】 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，如图所示．如果地球半径为R 0，求飞船由A 点运动到B 点所需要的时间．思路点拨：分析该题的关键是：①开普勒第三定律对圆轨道和椭圆轨道都适用． ②椭圆轨道的半长轴大小为R ＋R 02.③飞船由A 点运动到B 点的时间为其椭圆轨道周期的一半．[解析] 飞船沿椭圆轨道返回地面，由题图可知，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，椭圆轨道的半长轴为R ＋R 02，设飞船沿椭圆轨道运动的周期为T ′.根据开普勒第三定律有R 3T 2＝⎝ ⎛⎭⎪⎫R ＋R 023T ′2.解得T ′＝T⎝ ⎛⎭⎪⎫R ＋R 02R 3＝(R ＋R 0)T 2R R ＋R 02R. 所以飞船由A 点到B 点所需要的时间为t ＝T ′2＝(R ＋R 0)T 4RR ＋R 02R . [答案](R ＋R 0)T 4RR ＋R 02R上例中，飞船在半径为R 的圆周轨道与椭圆轨道上运行时的周期之比为多少？提示：由R 3T2＝k 知，T ∝R 3.则周期之比为R 3⎝ ⎛⎭⎪⎫R ＋R 023＝8R3(R ＋R 0)3.应用开普勒第三定律的步骤(1)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r 31T 21＝r 32T 22＝k 列式求解．2．理论和实践证明，开普勒行星运动定律不仅适用于太阳系中的天体运动，而且对一切天体(包括卫星绕行星的运动)都适用．对于开普勒第三定律的公式R 3T2＝k ，下列说法正确的是( )A ．公式只适用于轨道是椭圆的运动B ．公式中的T 为天体的自转周期C ．公式中的k 值，只与中心天体有关，与绕中心天体公转的行星(或卫星)无关D ．若已知月球与地球之间的距离，根据开普勒第三定律公式可求出地球与太阳之间的距离C [开普勒第三定律不仅适用于行星绕太阳的运动，也适用于卫星绕行星的运动，所以也适用于轨道是圆的运动，故A 错误；式中的T 是行星(或卫星)的公转周期，B 错误；式中的k 是与中心星体的质量有关，与绕中心天体旋转的行星(或卫星)无关，故C 正确；月球绕地球运动，地球绕太阳运动，不是同一个中心天体，式中的k 是与中心星体的质量有关，已知月球与地球之间的距离，无法求出地球与太阳之间的距离，故D 错误．]课 堂 小 结知 识 脉 络1.开普勒第一定律指明行星绕太阳的轨道为椭圆轨道，而非圆轨道；第二定律可导出近日点速率大于远日点速率；第三定律指明了行星公转周期与半长轴间的定量关系． 2．近似处理时，可将行星绕太阳运动或卫星绕地球运动看作是匀速圆周运动，且对同一中心天体的行星或卫星，a 3T2＝k 中的k 值均相同.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 ．离太阳越近的行星运动周期越长D ．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D [所有行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，且太阳处在所有椭圆的一个焦点上．运动的周期T 与半长轴a 满足a 3T2＝k ，故选项A 、B 、C 均错误，选项D 正确．]2．某行星绕太阳运行的椭圆轨道如图所示，F 1和F 2是椭圆轨道的两个焦点，行星在A 点的速率比在B 点的大，则太阳是位于( )A ．B B ．F 1C ．AD ．F 2B [根据开普勒第二定律，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．行星在近日点速率大于在远日点速率，即A 为近日点，B 为远日点，太阳位于F 1，故B 正确．]3.如图所示，某人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径为月球绕地球运转半径的19，设月球绕地球运动的周期为27天，则此卫星的运转周期大约是( )A ．19天B ．13天 C ．1天 D ．9天 C [由于r 卫＝19r 月，T 月＝27天，由开普勒第三定律r 3卫T 2卫＝r 3月T 2月，可得T 卫＝1天，故选项C正确．]4．银河系中有两颗行星环绕某恒星运转，从天文望远镜中观察它们的运转周期之比为27∶1，则它们的轨道半长轴之比是( )A ．3∶1B ．9∶1C ．27∶1D ．1∶9B [根据开普勒第三定律T 2r 3＝k 可得绕同一颗恒星运动的两个行星有T 21r 31＝T 22r 32，解得轨道半长轴之比是r 1r 2＝3T 21T 22＝327212＝91，B 正确．]。

课题行星的运动教学目标核心素养（1）教学过程设计教师引领学生活动浩瀚宇宙，星辰大海，引得古今中外无数佳话。

那么在缺少浪漫情怀的科学家眼中，宇宙是什么呢？同学们你们心目中的宇宙是什么样的呢？一、地心说vs日心说1.托勒密的地心说和哥白尼的日心说的基本观点分别是什么？2.为什么地心说会被人类长时间接受？3.为什么日心说最终战胜了地心说？4.地心说错了吗？其实，地心说并没有错，相对于日心说而言仅仅只是改变了参考系。

地心说是以地球为参考系看宇宙，而日心说是以太阳为参考系看宇宙。

托勒密的地心说虽然复杂，但是它却可以解释人类所观测到的行星的运动，所以被人类所广泛接受。

包括哥白尼本人也非常推崇地心说，他本人最后的感慨也是努力一生也能够基本理解地心说的模型，所以托勒密是一位非常伟大的科学家。

当然，这不是简单的参考系的变化，这是人类思想的一次重大解放，从此人类的视角超越了地球。

书上是这么评价的：就像那个时期艺术家们的眼光超越了宗教艺术、哥伦布的眼光超越了欧洲一样，哥白尼的眼光超越了地球。

他把地球看成空间的一个物体，一个与其他天体相似的物体。

这个观念是如此开放，以至在他面前，地球中心宇宙观显得那么狭隘和偏执。

他动情地写道：“太阳在宇宙正中坐在其宝座上。

在这壮丽的神殿里，有谁能将这个发光体放在一个更好的位置上以让它同时普照全宇宙？…… 于是我们在这样的安排中找到了这个世界美妙的和谐……”托勒密和哥白尼都坚信天体运动是非常神圣的，天体的运动必然是最完美、最和谐的匀速圆周运动。

二、开普勒三大定律哥白尼的日心说提出以后，引起了强烈的反响，支持者很多，反对者也不少。

其中的一个支持者就是我们熟悉的伽利略先生，他发明了望远镜1609 年，他发现了围绕木星转动的“月球”，进一步表明地球不是所有天体运动的中心。

其中一个反对者就是丹麦物理学家第谷。

他希望通过准确地观测来否定日心说。

他穷尽毕生之力一直在观察，积累了大量的数据：毕生精力投入到行星位置的测量中。

一、行星运动简史 1、两种学说（1）托勒密地心说:地球是宇宙的中心，而且是静止不动的，太阳、月亮以及其他行星都绕地球运动。

（2）哥白尼日心说：太阳是宇宙的中心，而且是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动。

（3）两种学说的局限性：都把天体的运动看的很神圣，认为天体的运动必然是最完美，最和谐的圆周运动，而和丹麦天文学家第谷的观测数据不符。

二、开普勒运动定律开普勒1596年出版《宇宙的神秘》一书受到第谷的赏识，应邀到布拉格附近的天文台做研究工作。

1600年，到布拉格成为第谷的助手。

次年第谷去世，开普勒成为第谷事业的继承人。

第谷去世后开普勒用很长时间对第谷遗留下来的观测资料进行了整理与分析他在分析火星的公转时发现，无论用哥白尼还是托勒密或是第谷的计算方法得到的结果都与第谷的观测数据不吻合。

他坚信观测的结果，于是他想到火星可能不是按照人们认为的匀速圆周运动他改用不同现状的几何曲线来表示火星的运动轨迹，终于发现了火星绕太阳沿椭圆轨道运行的事实。

并将老师第谷的数据结果归纳出三条著名定律。

1、开普勒第一定律：所有的行星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．2、开普勒第二定律：对于每一个行星而言，太阳和行星的连线在相等的时间内扫过的面积相等．得出一个推论：我们熟知的近日点快、远日点慢的结论。

3、开普勒第三定律：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．用a 表示半长轴，T 表示周期，第三定律的数学表达式为k Ta =23,k 与中心天体的质量有关三、万有引力定律1、内容：宇宙间的一切物体都是互相吸引的，两个物体间的引力大小，跟它们的质量的乘积成正比，跟它们的距离的平方成反比．2、公式：F ＝G 221rmm ,其中2211/1067.6kg m N G ⋅⨯=-，称为为有引力恒量。

3、适用条件：严格地说公式只适用于质点间的相互作用，当两个物体间的距离远远大于物体本身的大小时，公式也可近似使用，但此时r 应为两物体重心间的距离． 4．万有引力与重力的关系地球对物体的万有引力F 表现为两个效果：一是重力mg ，二是提供物体随地球自转的向心力F 向，如图1所示．图1(1)在赤道上：G MmR 2＝mg 1＋mω2R .(2)在两极上：G MmR2＝mg 2.(3)在一般位置：万有引力G MmR2等于重力mg 与向心力F 向的矢量和．越靠近南北两极g 值越大，由于物体随地球自转所需的向心力较小，常认为万有引力近似等于重力，即GMmR 2＝mg .影响重力大小的因素 ①纬度对重力的影响：a.在赤道上F 、F 向、mg 三者同向，向心力达到最大值m R 2ω,由mg=G 2RMm -m R 2ω，可知此时重力最小。

第1节行星的运动1．了解地心说与日心说的主要内容和代表人物．2．理解开普勒行星运动定律，知道开普勒第三定律中k值的大小只与中心天体有关．(重点)3．知道行星运动在中学阶段研究过程中的近似处理．一、地心说与日心说1．地心说地球是宇宙的中心，且是静止不动的，太阳、月亮以及其他行星都绕地球运动．2．日心说太阳是宇宙的中心，且是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动．3．两种学说的局限性两种学说都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．二、开普勒行星运动定律定律内容公式或图示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相等的面积开普勒第三定律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公式：a3T2＝k，k是一个与行星无关的常量三、行星运动的近似处理1．行星绕太阳运动的轨道十分接近圆，太阳处在圆心．2．行星绕太阳做匀速圆周运动．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，即r3T2＝k．判一判(1)行星绕太阳运动一周的时间内，它离太阳的距离是变化的．( ) (2)地球绕太阳运动的速度是不变的．( )(3)公式a3T2＝k，只适用于轨道是椭圆的运动．( )(4)太阳系中所有天体的运动都可看做匀速圆周运动．( )(5)8大行星的运动轨迹近似为一系列的同心圆．( )(6)行星的轨道半径越大，其公转周期就越长．( )提示：(1)√(2)×(3)×(4)×(5)√(6)√做一做如图所示是行星m绕恒星M运动情况的示意图，下列说法正确的是( )A．速度最大点是B点B．速度最小点是C点C．m从A到B做减速运动D．m从B到A做减速运动提示：选C．由开普勒第二定律可知，近日点时行星运行速度最大，因此，A、B错误；行星由A向B运动的过程中，行星与恒星的连线变长，其速度减小，故C正确，D错误．想一想太阳每天东升西落，这一现象是否说明太阳绕着地球运动呢？为什么？提示：不能．太阳是太阳系的中心，地球等行星绕太阳运动．太阳东升西落，是因为地球的自转．对开普勒三定律的理解1．第一定律(轨道定律)所有行星都沿椭圆轨道绕太阳运动，太阳则位于所有椭圆的一个公共焦点上．否定了行星圆形轨道的说法，建立了正确的轨道理论，给出了太阳准确的位置．2．第二定律(面积定律)揭示了某个行星运行速度的大小与到太阳距离的关系．行星靠近太阳时速度大，远离太阳时速度小．近日点速度最大，远日点速度最小．3．第三定律(周期定律)第三定律反映了行星公转周期跟轨道半长轴之间的关系．椭圆轨道半长轴越长的行星，其公转周期越大；反之，其公转周期越小．在右图中，半长轴是AB间距的一半，T是公转周期．其中常数k与行星无关，只与太阳有关．(多选)下列关于开普勒对于行星运动规律认识的说法中，正确的是( ) A．所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆B．所有行星绕太阳运动的轨道都是圆C．所有行星的轨道的半长轴的二次方跟公转周期的三次方的比值都相同D．所有行星都是在靠近太阳时速度变大[解析]由开普勒第一定律知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，所以A正确，B错误．由开普勒第三定律知所有行星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，故C错误．根据开普勒第二定律，行星在椭圆轨道上靠近太阳运动时，速度越来越大，D正确．[答案]AD(1)开普勒三定律是对行星绕太阳运动的总结，实践表明开普勒三定律也适用于其他天体的运动，如月球绕地球的运动，卫星(或人造卫星)绕行星的运动．(2)开普勒第二定律与开普勒第三定律的区别：前者揭示的是同一行星在距太阳不同距离时的运动快慢的规律，后者揭示的是不同行星运动快慢的规律．(多选)哈雷彗星绕太阳运动的轨道是比较扁的椭圆，下列说法中正确的是( )A ．彗星在近日点的速率大于在远日点的速率B ．彗星在近日点的角速度大于在远日点的角速度C ．彗星在近日点的向心加速度大于在远日点的向心加速度D ．若彗星周期为76年，则它的公转轨道的半长轴是地球公转半径的76倍解析：选ABC.根据开普勒第二定律，为使相等时间内扫过的面积相等，则应保证近日点与远日点相比在相同时间内走过的弧长要大．因此在近日点彗星的线速度(即速率)、角速度都较大，故A 、B 正确．而向心加速度a ＝v 2R，在近日点，v 大，R 小，因此a 大，故C 正确．根据开普勒第三定律a 3T 2＝k ，则a 31a 32＝T 21T 22＝762，即a 1＝35 776a 2，故D 错误．对开普勒三定律的应用1．对开普勒行星运动定律的理解(1)开普勒行星运动定律不仅适用于行星绕太阳运转，也适用于卫星绕着地球运转． (2)开普勒第三定律中，k 值仅与该系统的中心天体有关而与周围绕行的星体无关． (3)开普勒行星运动定律是根据行星运动的观察结果而总结归纳出来的规律，每一条都是经验定律．2．中学阶段对天体运动的处理方法由于大多数行星绕太阳运动的轨道与圆十分接近，因此，在中学阶段的研究中可以按圆周运动处理，且是匀速圆周运动，这时椭圆轨道的半长轴取圆轨道的半径．命题视角1 对开普勒第二定律的应用1970年4月24日，我国发射了第一颗人造卫星，其近地点高度是h 1＝439 km ，远地点高度是h 2＝2 384 km ，则近地点处卫星的速率是远地点处卫星速率的多少倍(已知R 地＝6 400 km)?[思路点拨] 本题根据圆周运动知识无法求解，但根据开普勒第二定律可以求出．特别是运用数学极限知识分析求解．[解析] 设一段很短的时间为Δt ，近地点在B 点，当Δt 很小时，卫星和地球的连线扫过的面积可按三角形面积进行计算，如图所示，即ABC ︵、MPN ︵都可视为线段．由开普勒第二定律得S ABCF ＝S MPNF ，即12v 1Δt (R ＋h 1)＝12v 2Δt (R ＋h 2) 所以v 1v 2＝R ＋h 2R ＋h 1代入数值后得v 1v 2＝1.28.[答案] 1.28命题视角2 对开普勒第三定律的应用地球到太阳的距离为水星到太阳距离的2．6倍，那么地球和水星绕太阳运转的线速度之比为多少？[思路点拨] 由开普勒第三定律先求出周期之比，然后由圆周运动有关公式计算． [解析] 设地球绕太阳的运行周期为T 1，水星绕太阳的运行周期为T 2，根据开普勒第三定律有R 31T 21＝R 32T 22①因地球和水星绕太阳做匀速圆周运动，故有 T 1＝2πR 1v 1② T 2＝2πR 2v 2③由①②③式联立求解得 v 1v 2＝R 2R 1＝12.6＝12.6＝513＝6513. [答案] 6513涉及椭圆轨道运动周期的问题，在中学物理中，常用开普勒第三定律求解．但该定律只能用在绕同一中心天体运动的星体之间，如绕太阳转的两行星之间或绕地球转的两卫星之间均可用，但一颗行星和一颗卫星比较时不能用开普勒第三定律．开普勒第三定律不仅适用于椭圆轨道的行星运动，也适用于圆轨道的行星运动．假设某飞船沿半径为R 的圆周绕地球运行，其周期为T ，地球半径为R 0．该飞船要返回地面时，可在轨道上某点A 处将速率降到适当数值，从而沿着以地心为焦点的椭圆轨道运动，椭圆与地球表面的B 点相切，如图所示．求该飞船由A 点运动到B 点所需的时间．解析：飞船沿半径为R 的圆周绕地球运行时，可认为其半长轴a ＝R ，飞船沿椭圆轨道运行时，设其周期为T ′，轨道半长轴a ′＝12(R ＋R 0)，由开普勒第三定律得a 3T 2＝a ′3T ′2， 所以，飞船从A 点运动到B 点所需的时间t ＝12T ′＝28⎝⎛⎭⎫1＋R 0R 32T . 答案：28⎝⎛⎭⎫1＋R 0R 32T行星运动与圆周运动的综合应用在应用开普勒运动定律求解问题时，要注意以下几点：1．开普勒定律不仅适用于行星绕着太阳运行，也适用于卫星绕着地球运行，不过比例式中的k 值是不相同的．2．开普勒定律是总结行星运动的观察结果而得出来的规律，它们都是经验定律．因此，开普勒定律涉及几何学、运动学等方面的内容．3．由于行星的椭圆轨道都跟圆十分接近，所以在中学阶段的研究中可以按圆处理．因此，可以认为：①大多数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，即a 3T2＝k ．4．求解问题时，常常用到圆周运动规律(如v ＝ωr ，F ＝m v 2r ，a ＝v 2r＝ω2r 等)或几何知识．(多选)太阳系中的第二大行星——土星的卫星众多，目前已发现达数十颗．下表是有关土卫五和土卫六两颗卫星的一些参数．则两卫星相比较，下列判断正确的是( )卫星 距土星的 距离/km 半径/km 质量/kg 发现者 发现 年代 土卫五 527 000 765 2．49×1021 卡西尼 1672 土卫六1 222 0002 5751．35×1023惠更斯1655B ．土卫六的转动角速度较大C ．土卫六的向心加速度较小D ．土卫五的公转速度较大[思路点拨] 比较同一个行星的两颗卫星的运动情况，其方法与比较太阳的任意两颗行星的运动情况的方法一样，卫星本身的大小、形状与其运动快慢无关．[解析] 筛选所给的信息，其重要信息是：卫星离土星的距离，设其运动轨道是圆形的，且做匀速圆周运动，根据开普勒第三定律：轨道半径的三次方与公转周期的平方的比值相等，得A 正确．土卫六的周期较大，则由匀速圆周运动的知识得：土卫六的角速度较小，故B 错误．根据匀速圆周运动的向心加速度公式a ＝ω2r ＝⎝⎛⎭⎫2πT 2r 及开普勒第三定律r 3T 2＝k ，得a ＝4π2T 2r ＝4π2·r 3T 2·1r 2＝4π2·k ·1r 2，可知轨道半径大的卫星向心加速度小，故C 正确．由于v ＝2πrT＝2πr 3T 2·1r＝2πk ·1r，由推理可知，轨道半径小的卫星，其运动速度大，故D 正确． [答案] ACD“北斗”卫星定位系统由地球静止轨道卫星(同步卫星)、中轨道卫星和倾斜同步卫星组成．地球静止轨道卫星和中轨道卫星都在圆轨道上运行，它们距地面的高度分别约为地球半径的6倍和3．4倍，下列说法中正确的是( )A ．静止轨道卫星的周期约为中轨道卫星的2倍B ．静止轨道卫星的线速度大小约为中轨道卫星的2倍C ．静止轨道卫星的角速度大小约为中轨道卫星的17D ．静止轨道卫星的向心加速度大小约为中轨道卫星的17解析：选A.设中轨道卫星的周期和轨道半径分别为T 1、R 1，静止轨道卫星的周期和轨道半径分别为T 2、R 2，地球半径为R ，则R 1＝4.4R 、R 2＝7R .由开普勒第三定律可知T 21R 31＝T 22R 32，即T 2T 1＝R 32R 31≈2，A 正确；线速度由v ＝2πR T 可知v 2v 1≈0.8，B 错误；角速度由ω＝2πT 可知ω2ω1＝12，C 错误；向心加速度由a ＝4π2T 2R 可知a 2a 1≈0.4，D 错误．[随堂检测]1．关于人造地球卫星，下列说法正确的是( ) A ．运行的轨道半径越大，线速度也越大 B ．其发射速度可以达到16．7 km/sC ．卫星绕地球做匀速圆周运动的速度一定大于7．9 km/sD ．卫星在降落过程中向下减速时处于超重状态解析：选D.根据万有引力提供向心力G Mmr 2＝m v 2r，得v ＝GMr，可知运行的轨道半径越大，线速度越小，故A 错误；发射速度达到16.7 km/s ，会挣脱太阳的引力，飞到太阳系以外，故B 错误；7.9 km/s 是卫星贴近地球表面做匀速圆周运动的速度，根据v ＝GMr知，7.9 km/s 是绕地球做匀速圆周运动最大的环绕速度，卫星绕地球做匀速圆周运动的速度一定小于或等于7.9 km/s ，故C 错误；卫星减速降落时，加速度向上，处于超重状态，故D 正确．2．火星和木星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行，根据开普勒行星运动定律可知( ) A ．太阳位于木星运行轨道的中心B ．火星和木星绕太阳运行速度的大小始终相等C ．火星与木星公转周期之比的二次方等于它们轨道半长轴之比的三次方D ．相同时间内，火星与太阳连线扫过的面积等于木星与太阳连线扫过的面积解析：选C.根据开普勒行星运动定律，火星和木星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行时，太阳位于椭圆的一个焦点上，选项A 错误；行星绕太阳运行的轨道不同，周期不同，运行速度大小也不同，选项B 错误；火星与木星运行的轨道半长轴的立方与周期的平方之比是一个常量，选项C 正确；火星与太阳连线在相同时间内扫过的面积相等，木星与太阳连线在相同时间内扫过的面积相等，但这两个面积不相等，选项D 错误．3．某行星绕太阳运行的椭圆轨道如图所示，F 1和F 2是椭圆轨道的两个焦点，行星在A 点的速率比在B 点的大，则太阳位于( )A ．F 2B ．AC ．F 1D ．B解析：选A.根据开普勒第二定律，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相等的面积，因为行星在A 点的速率比在B 点的速率大，所以A 点离太阳近，即太阳位于F 2.4．我国发射“天宫一号”空间实验舱时，先将实验舱发送到一个椭圆轨道上，其近地点M 距地面200 km ，远地点N 距地面362 km ，如图所示．进入该轨道正常运行时，其周期为T 1，通过M 、N 点时的速率分别是v 1、v 2，加速度分别为a 1、a 2．当某次通过N 点时，地面指挥部发出指令，点燃实验舱上的发动机，使其在短时间内加速后进入离地面362 km 的圆形轨道，开始绕地球做匀速圆周运动，周期为T 2，这时实验舱的速率为v 3．比较在M 、N 、P 三点正常运行时(不包括点火加速阶段)的速率大小和加速度大小，及在两个轨道上运行的周期，下列结论正确的是( )A ．v 1>v 3B ．v 2>v 1C ．a 2>a 1D ．T 1>T 2解析：选A.根据开普勒第三定律(周期定律)可知，轨道半径大的周期大，所以T 1<T 2，选项D 错误；根据开普勒第二定律(面积定律)可知，v 1>v 2，v 1>v 3，选项B 错误，A 正确；由a ＝v 2R可知，a 1>a 2，选项C 错误． 5．冥王星与其附近的星体卡戎可视为双星系统，质量比约为7∶1，同时绕它们连线上某点O 做匀速圆周运动．由此可知冥王星绕O 点运动的( )A ．周期的大小约为卡戎的7倍B ．轨道半径约为卡戎的17C ．角速度大小约为卡戎的17D ．向心加速度大小约为卡戎的7倍解析：选B.双星角速度相等、周期相等，故A 、C 错误；双星做匀速圆周运动，向心力相等，则向心加速度之比等于质量的倒数比，则向心加速度大小约为卡戎的17，D 错误；根据G m 1m 2L 2＝m 1r 1ω2＝m 2r 2ω2，知m 1r 1＝m 2r 2，则r 1r 2＝m 2m 1＝17，即轨道半径约为卡戎的17，故B 正确． [课时作业]一、单项选择题1．某行星沿椭圆轨道运行，远日点离太阳的距离为a ，近日点离太阳的距离为b ，过远日点时行星的速率为v a ，则过近日点时的速率为( )A ．v b ＝b a v aB ．v b ＝a b v aC ．v b ＝abv aD ．v b ＝b a v a解析：选C.如图所示，A 、B 分别表示远日点、近日点，由开普勒第二定律知，太阳和行星的连线在相等的时间里扫过的面积相等，取足够短的时间Δt ，则有12v a ·Δt ·a ＝12v b ·Δt ·b ，所以v b ＝abv a ． 2．关于绕地球做匀速圆周运动的人造地球卫星，以下判断正确的是( ) A ．同一轨道上，质量大的卫星线速度大 B ．同一轨道上，质量大的卫星向心加速度大 C ．离地面越近的卫星线速度越大 D ．离地面越远的卫星线速度越大 答案：C3．从“神舟六号”载人飞船的发射成功可以预见，随着航天员在轨道舱内停留时间的增加，体育锻炼成了一个必不可少的环节，下列器材适宜航天员在轨道舱中进行锻炼的是( )A ．哑铃B ．弹簧拉力器C ．单杠D ．跑步机答案：B4．长期以来“卡戎星(Charon)”被认为是冥王星唯一的卫星，它的公转轨道半径r 1＝19 600 km ，公转周期T 1＝6．39天．2006年3月，天文学家新发现两颗冥王星的小卫星，其中一颗的公转轨道半径r 2＝48 000 km ，则它的公转周期T 2最接近于( )A ．15天B ．25天C ．35天D ．45天解析：选B.根据开普勒第三定律得r 31T 21＝r 32T 22，所以T 2＝r 32r 31T 1≈25天，选项B 正确，选项A 、C 、D 错误．5．太阳系八大行星公转轨道可以近似看做圆轨道，“行星公转周期的平方”与“行星与太阳的平均距离的三次方”成正比．地球与太阳之间平均距离约为1．5亿千米，结合下表可知，火星与太阳之间的平均距离约为( )A C ．4．6亿千米D ．6．9亿千米解析：选B.由题意可知，行星绕太阳运转时，满足T 2r 3＝常数，设地球的公转周期和轨道半径分别为T 1、r 1，火星绕太阳的公转周期和轨道半径分别为T 2、r 2，则T 21r 31＝T 22r 32，代入数据得r 2≈2.3亿千米．6．地球和木星绕太阳运行的轨道都可以看做是圆形的．已知木星的轨道半径约为地球轨道半径的5．2倍，则木星与地球绕太阳运行的线速度之比约为( )A ．0．19B ．0．44C ．2．3D ．5．2解析：选B.据开普勒第三定律R 3木T 2木＝R 3地T 2地，得木星与地球绕太阳运动的周期之比T 木T 地＝R 3木R 3地，线速度v ＝2πR T ，故两行星线速度之比v 木v 地≈0.44，故B 项正确． 7．某行星和地球绕太阳公转的轨道均可视为圆．每过N 年，该行星会运行到日地连线的延长线上，如图所示．该行星与地球的公转半径之比为 ( )A ．⎝⎛⎭⎫N ＋1N 23B ．⎝⎛⎭⎫N N －123 C ．⎝⎛⎭⎫N ＋1N 32 D ．⎝⎛⎭⎫N N －132 解析：选B.地球绕太阳公转周期T 地＝1年，N 年转N 周，而该行星由于轨迹半径大，周期也大，因而该行星N 年应转(N －1)周，故T 行＝N N －1年，又因为行星和地球均绕太阳公转，由开普勒第三定律知r 3T 2＝k ，故r 行r 地＝⎝ ⎛⎭⎪⎫T 行T 地23＝⎝ ⎛⎭⎪⎫N N －123，选项B 正确． 二、多项选择题8．关于开普勒第二定律，正确的理解是( )A ．行星绕太阳运动时，一定是匀速曲线运动B ．行星绕太阳运动时，一定是变速曲线运动C ．行星绕太阳运动时，由于角速度相等，故在近日点处的线速度小于它在远日点处的线速度D ．行星绕太阳运动时，由于它与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相等，故它在近日点的线速度大于它在远日点的线速度解析：选BD.行星的运动轨迹是椭圆形的，故做变速曲线运动，A 错，B 对；又在相等时间内扫过的面积相等，所以在近日点时线速度大，C 错，D 对．9．16世纪，哥白尼根据天文观测的大量资料，经过40多年的天文观测和潜心研究，提出“日心说”的如下四个基本论点，这四个论点目前看存在缺陷的是( )A ．宇宙的中心是太阳，所有行星都绕太阳做匀速圆周运动B ．地球是绕太阳做匀速圆周运动的行星，月球是绕地球做匀速圆周运动的卫星，它绕地球运转的同时还跟地球一起绕太阳运动C ．地球每天自西向东自转一周，造成太阳每天东升西落的现象D ．与日地距离相比，恒星离地球都十分遥远，比日地间的距离大得多解析：选AB.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；行星在椭圆轨道上运动的周期T 和轨道半长轴a 满足a 3T 2＝恒量，故所有行星实际并不是在做匀速圆周运动，整个宇宙是在不停地运动的．10．美国宇航局发射的“深度撞击”号探测器成功撞击“坦普尔一号”彗星，实现了人类历史上第一次对彗星的“大对撞”，如图所示．假设“坦普尔一号”彗星绕太阳运行的轨道是一个椭圆，其运动周期为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日点处线速度C ．近日点处加速度大于远日点处加速度D ．其椭圆轨道半长轴的三次方与周期的二次方之比是一个与太阳质量有关的常数解析：选BCD.根据开普勒定律可以判断B 、D 正确，A 错误；近日点v 大，R 小，由a ＝v 2R知近日点加速度大，C 正确． 三、非选择题11．“神舟十号”飞船绕地球飞行时近地点高度约h 1＝200 km ，远地点高度约h 2＝330 km ，已知R 地＝6 400 km ，求飞船在近地点、远地点的运动速率之比v 1∶v 2．解析：“神舟十号”飞船在近地点和远地点，相同时间Δt 内通过的弧长分别为：v 1Δt和v 2Δt ，扫过的面积分别为：12v 1(R 地＋h 1)Δt 和12v 2(R 地＋h 2)Δt . 由开普勒第二定律得：12v 1(R 地＋h 1)Δt ＝12v 2(R 地＋h 2)Δt v 1∶v 2＝R 地＋h 2R 地＋h 1＝6 400＋3306 400＋200＝673∶660． 答案：673∶66012．月球环绕地球运动的轨道半径约为地球半径的60倍，运行周期约为27天，应用开普勒定律计算：在赤道平面内离地面多高，人造地球卫星可随地球一起转动，就像停留在天空中不动一样？(已知R地＝6．4×103 km)解析：设人造地球卫星轨道半径为R，周期为T，由题意知T＝1天，月球轨道半径为60R 地，周期为T0＝27天，由R3 T2＝（60R地）3T20得：R＝3T2T20×60R地＝3⎝⎛⎭⎫1272×60R地≈6．67R地卫星离地高度H＝R－R地＝5．67R地＝5．67×6 400 km ＝3．63×104 km．答案：3.63×104 km。

第七章 万有引力与宇宙航行第1课 行星的运动课程标准核心素养1.了解地心说与日心说的主要内容.2.理解开普勒定律，知道开普勒第三定律中k 值的大小只与中心天体有关.3.知道行星运动在中学阶段的研究中的近似处理． 1、物理观念：开普勒定律。

2、科学思维：椭圆轨道与圆轨道类比分析。

3、科学探究：开普勒对行星的运动数据的分析。

4、科学态度与责任：了解人类对行星动数据的分析。

知识点01 两种对立的学说1．地心说地心说认为 是宇宙的中心，是静止不动的，太阳、月球以及其他星体都绕 运动． 2．日心说日心说认为 是静止不动的，地球和其他行星都绕 运动． 【即学即练1】（多选）下列说法中正确的是（ ）A ．地球是宇宙的中心，太阳、月球及其他行星都绕地球运动B ．太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动C ．地球是绕太阳运动的一颗行星D ．日心说和地心说都不完善知识点02 开普勒定律1．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 ．2．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 ．目标导航知识精讲3．开普勒第三定律：所有行星轨道的 跟它的 的比都相等．其表达式为a 3T 2＝k ，其中a 代表椭圆轨道的半长轴，T 代表公转周期，比值k 是一个对所有行星 的常量．【即学即练2】北京冬奥会开幕式24节气倒计时惊艳全球，如图是地球沿椭圆轨道绕太阳运行所处不同位置对应的节气，下列说法正确的是（ ）A ．夏至时地球与太阳的连线在单位时间内扫过的面积最大B ．从冬至到春分的运行时间等于从春分到夏至的运行时间C ．太阳既在地球公转轨道的焦点上，也在火星公转轨道的焦点上D ．若用a 代表椭圆轨道的半长轴，T 代表公转周期，32a k T=，则地球和火星对应的k 值不同知识点03 行星运动的近似处理行星的轨道与圆十分接近，在中学阶段的研究中我们可按圆轨道处理．这样就可以说： 1．行星绕太阳运动的轨道十分接近圆，太阳处在 ． 2．行星绕太阳做 运动．3．所有行星 的三次方跟它的公转周期T 的二次方的 ，即r 3T2＝k .【即学即练3】如图所示，两卫星A 、B 绕地球做匀速圆周运动，用R 、T 、k E 、S 分别表示卫星的轨道半径、周期、动能、与地心连线在单位时间内扫过的面积。

第一节行星的运动教学目的：1、了解地心说和日心说两种不同的观点2、知道开普勒对行星运动的描述教学重点：知道开普勒对行星的描述教学过程：引入：在前面我们学习了力和运动，并且讲述了力和运动的关系：动力学。

介绍了几种常见的物体运动，本章将介绍一种新的力-------万有引力和一种新的运动实例--------行星的运动。

一、地心说与日心说1、让同学自己阅读，找出地心说和日心说的观点：地心说：认为地球是宇宙的中心。

地球的静止不动的，太阳、月亮以及其它行星都绕地球运动。

日心说：认为太阳是静止不动的，地球和其它行星都绕太阳动动2、为什么地心说会统治人们很久时间。

3、古人是如何看待天体的运动：古人认为天体的运动是最完美、和谐的匀速圆周运动。

4、谁首先对天体的匀速圆周运动的观点提出怀疑：开普勒二、开普勒三定律开普勒通过四年多的刻苦计算，先后否定了十九种设想，最后了发现星运行的轨道不是圆，而是椭圆。

并得出了开普勒两条定律：开普勒第一定律：所有行星分别在大小不同的椭圆轨道上围绕太阳运动，太阳是在这些椭圆的一个焦点上。

开普勒第二定律：太阳和行星的联线在相等的时间内扫过相等的面积如图：如果时间间隔相等，即t2-t1=t4-t3那么面积A=面积B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。

R3/T2=k（k是一个与行星或卫星无关的常量，但不同星球的行星或卫星K值不一定相等）巩固练习：1：地球公转一周为一年，已知金星与太阳的平均距离是地球与太阳平均距离的0.72倍，那么金星公转一周需要多少年？2：关于日心说被人们所接受的原因：A：太阳总是从东面升起，从西面落下B：地球是围绕太阳运转的C：以地球为中心来研究天体的运动有许多无法解决的问题D：以地球为中心，许多问题都可以解决，行星运动的描述也变得简单了1。

行星的运动【教学目的】知识目标：了解“地心说”和“日心说”两种不同的观点及发展过程；知道开普勒对行星运动的描述。

能力目标：培养学生在客观事物的基础上通过分析、推理提出科学假设，再经过实验验证的正确认识事物本质的思维方法。

德育目标：通过开普勒行星运动定律的建立过程，渗透科学发现的方法论教育，建立科学的宇宙观；激发学生热爱科学、探索真理的求知热情。

【教学重点】“日心说”的建立过程和行星运动的规律【教学难点】学生对天体运动缺乏感性认识；开普勒如何确定行星运动规律的【教学仪器】【教学方法】启发式综合教学法【教学过程】引入：提问：在远古时代，为了耕种与收获，人们需要提前知道季节的更替，旱季或雨季的来临。

当时没有现在这样先进的仪器，人们是凭什么来判断的呢？在人们学会利用指南针来指引方向以前，航行时又是凭什么来判断方向？为了解决这些问题，人类通过对天体——太阳、月亮、行星和恒星的观察，找到了解决问题的办法，人类就这样开始了对天体的位置和运动的研究。

新课教学展示教学目标一、行星的运动的两种学说在古老的宇宙观中，人们把天看成是一个盖子，地是一块平板，平板就由柱子支撑着。

在公元前四到三世纪，对于天体的运动，希腊人有两种不同的看法，请看影片。

[播放影片]提问：天体的运动，古希腊人有哪两种不同的认识？1．地心说地心说的内容是：地球是宇宙的中心，并且静止不动，一切行星围绕地球做简单的完美的圆周运动。

地心说最早是欧多克斯在公元前三世纪提出，他从几何的角度解释天体的运动，把天上复杂的周期现象，分解为若干个简单的周期运动；他又给每一种简单的周期运动指定一个圆周轨道，或者是一个球形的壳层，他认为天体都在以地球为中心的圆周上做匀速圆周运动，并且用二十七个球层来解释天体的运动，到了亚里士多德时，又将球层增加到五十六个。

地心说的代表人物是古希腊的天文学家托勒密，他在公元127-151年进行观测，进一步发展了地心说。

托勒密设想，各行星都绕着一个较小的圆周上运动，而每个圆的圆心则在以地球为中心的圆周上运动。

第六章第一节行星的运动一【教学目标】1、了解人类对行星运动规律的认识历程；了解“地心说”和“日心说”两种不同学说的建立和发展过程。

2、了解观察的方法在认识行星运动规律中的作用。

3、知道开普勒行星运动定律,知道开普勒行星运动定律的科学价值，了解开普勒第三定律中的k值的大小只与中心天体有关。

4、体会科学家们实事求是、尊重客观事实、不迷信权威、敢于坚持真理和勇于探索的科学态度和科学精神,体会对描述自然追求简单和谐是科学研究的动力之一。

二【教学重点】“日心说”的建立过程和行星运动的规律三【教学难点】学生对天体的运动缺乏感性认识，和开普勒如何确定行星的运动规律的。

五【教学方法】指导自学，阅读，讨论，互查，分析，归纳，总结六【教学过程】1、行星运动的两种学说：地心说与日心说⑴让同学自己阅读，找出地心说和日心说的观点：地心说：认为地球是宇宙的中心，且地球是静止不动的，太阳、月亮以及其它行星都绕地球运动。

研究天体运动显然应当从最简单的情况入手。

古希腊的天文学家和哲学家发现太阳从东边升起，从西边落下。

他们认为地球是不动的，是宇宙的中心，一切天体——太阳、月球、行星和星球都是围绕地球在天空做简单的完美的圆周运动。

地心说的代表人物：古希腊的学者托勒密。

日心说：认为太阳是宇宙的中心，且太阳是静止不动的，地球和其它行星都绕太阳运动。

大约在公元前4世纪或者说3世纪，希腊天文学家阿里斯塔克指出，地球和所有行星都是围绕太阳而转动的。

此外，地球还围绕自身的轴而旋转。

他是人类历史上第一个提出有关太阳系结构的（所谓日心说）。

波兰科学家哥白尼在《天体运行论》一书中，对日心说有更具体的论述和数学论证。

此书的出版是科学史上的一次革命。

日心说的代表人物：波兰科学家哥白尼。

⑵为什么地心说会统治人们很久时间？两种学说的斗争时间很长，地心说的观点与教会观点一样，认为地球是世界的中心。

随着对行星研究的加深，人们感到地心对天体运动的解释过于复杂和人为化，而日心说对行星运动的解释更为合理简单，所以最终日心说战胜了地心说。

高一物理的教案模板5篇原定教案，在上课进程中可根据具体情况做适当的必要的调整，课后随时记录教学效果，进行简要的自我分析，有助于积累教学经验，不断提高教学质量。

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高一物理的教案模板篇1(一)知识网络托勒密：地心说人类对行哥白尼：日心说星运动规开普勒第一定律(轨道定律)行星第二定律(面积定律)律的认识第三定律(周期定律)运动定律万有引力定律的发现万有引力定律的内容万有引力定律 F=G引力常数的测定万有引力定律称量地球质量M=万有引力的理论成就 M=与航天计算天体质量 r=R,M=M=人造地球卫星 M=宇宙航行 G = mmrma第一宇宙速度7.9km/s三个宇宙速度第二宇宙速度11.2km/s地三宇宙速度16.7km/s宇宙航行的成就(二)、重点内容讲解计算重力加速度1 在地球表面附近的重力加速度，在忽略地球自转的情况下，可用万有引力定律来计算。

G=G =6.67__ __ =9.8(m/ )=9.8N/kg即在地球表面附近，物体的重力加速度g=9.8m/ 。

这一结果表明，在重力作用下，物体加速度大小与物体质量无关。

2 即算地球上空距地面h处的重力加速度g’。

有万有引力定律可得：g’= 又g= ，∴ = ，∴g’= g3 计算任意天体表面的重力加速度g’。

有万有引力定律得：g’= (M’为星球质量，R’卫星球的半径)，又g= ，∴ = 。

星体运行的基本公式在宇宙空间，行星和卫星运行所需的向心力，均来自于中心天体的万有引力。

因此万有引力即为行星或卫星作圆周运动的向心力。

因此可的以下几个基本公式。

1 向心力的六个基本公式，设中心天体的质量为M，行星(或卫星)的圆轨道半径为r，则向心力可以表示为：=G =ma=m =mr =mr =mr =m v。

2 五个比例关系。

利用上述计算关系，可以导出与r相应的比例关系。

向心力： =G ，F∝ ;向心加速度：a=G , a∝ ;线速度：v= ，v∝ ;角速度： = ，∝ ;周期：T=2 ，T∝ 。

龙文教育个性化辅导授课案教师:老师学生: 日期: 月日星期: 三时段: 第次课题第五章圆周运动（二）学情分析学生的基础掌握不是很好，讲课过程中要侧重基础，之后适当提高难度进行习题练习。

教学目标与考点分析目标：掌握万有引力定律的应用及人造地球卫星的运动规律考点：万有引力定律、万有引力定律的应用、人造地球卫星的运动、宇宙速度。

教学重点难点万有引力定律的应用教学方法讲授法、讨论法、探究法教学过程一. 地心说和日心说1、地心说的内容：地球是宇宙中心，其他星球围绕地球做匀速圆周运动，地球不动。

2、日心说的内容：太阳是宇宙的中心，其他行星围绕地球匀速圆周运动，太阳不动。

日心说是波兰科学家天文学家哥白尼创立的二.开普勒三定律以及三定律出现的过程：（1）所有的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。

（2）任何一个行星与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相等。

（3）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R3 ／T2=k最早由开普勒证实了天体不是在做匀速圆周运动。

他是在研究丹麦天文学家第谷的资料时产生的研究动机。

*开普勒是哪个国家的：德国三.牛顿的万有引力定律1.内容：自然界任何两个物体之间都存在着相互作用的引力，两物体间的引力的大小，跟它们的质量的乘积成正比，跟它们的距离的平方成反比.表达式：F＝Ｇ221 r mm其中G ＝６．６７×１０－１１ Ｎ·ｍ２／ｋｇ２，叫万有引力常量，卡文迪许在实验室用扭秤装置，测出了引力常量. （英）卡文迪许扭秤 “能称出地球质量的人”（小球直径2英寸，大球直径12英寸）2.适用条件：①公式适用于质点间的相互作用，②当两个物体间的距离远大于物体本身的大小时，物体可视为质点. ③均匀球体可视为质点，r 为两球心间的距离.3.万有引力遵守牛顿第三定律，即它们之间的引力总是大小相等、方向相反. 四.用开普勒第三定律、向心力、牛顿第三定律推导牛顿的万有引力定律:五.用万有引力定律推导开普勒第三定律：六、用万有引力定律分析天体的运动1.基本方法：把天体运动近似看作圆周运动，它所需要的向心力由万有引力提供，即F ＝mg ＝2r GMm ＝2ωmr ＝r v m 2＝2)2(T mr π 2rGM g = 2.估算天体的质量和密度① “T 、 r ”法由G2r Mm ＝ｍr T 224π得：Ｍ＝2324Gtr π．即只要测出环绕星体M 运转的一颗卫星运转的半径和周期，就可以计算出中心天体的质量.由ρ＝V M ，Ｖ＝34πＲ３得：ρ＝3233RGT r π．R 为中心天体的星体半径当ｒ＝Ｒ时，即卫星绕天体M 表面运行时，ρ＝23GTπ，由此可以测量天体的密度. ②“g 、R ”法 ρ⇒⇒=M RGMg 2 3.卫星的绕行速度、角速度、周期与半径的关系(1)由Ｇr v m rMm 22=得:ｖ＝r GM． 即轨道半径越大，绕行速度越小(2)由Ｇ2r Mm ＝ｍω２ｒ得：ω＝3r GM 即轨道半径越大，绕行角度越小(3)由G3r Mm＝４π２2T mR得：Ｔ＝２πGMR 3 即轨道半径越大，绕行周期越大.4.三种宇宙速度(1)第一宇宙速度(环绕速度)：v １＝７．９ ｋm/s 是人造地球卫星的最小发射速度，最大绕行速度. “飘”起来的速度(2)第二宇宙速度(脱离速度)：v ２＝１１．２ km/s 是物体挣脱地球的引力束缚需要的最小发射速度.(3)第三宇宙速度(逃逸速度)：v ３＝１６．７ km/s 是物体挣脱太阳的引力束缚需要的最小发射速度.5.地球同步卫星所谓地球同步卫星是指相对于地面静止的人造卫星，它的周期T ＝24h ．要使卫星同步，同步卫星只能位于赤道正上方某一确定高度h ．（高度、运行方向、加速度、角速度、线速度大小相同，质量不同）由Ｇ2224)(Tm h R Mm π=+（Ｒ＋ｈ）得： ｈ＝43122106.3)4(⨯=-R GMT πｋｍ=５．６Ｒ Ｒ表示地球半径在同步卫星的实际发射中，大多数国家采取“变轨发射”，发射过程经历以下三个阶段： ①发射卫星到达200Km —300Km 的圆形轨道上，围绕地球做圆周运动，这条轨道称为“停泊轨道”；②当卫星穿过赤道平面A 点时，二级点火工作，使卫星沿一条较大的椭圆轨道运行，地球作为椭圆的焦点，当到达远地点B 时，恰为赤道上空Km 3600处，这条轨道称为“转移轨道”，沿轨道1和2分别经过A 点时，加速度相同；③当卫星到达远地点B 时，开动卫星发动机进入同步轨道，并调整运行姿态从而实现电磁通讯，这个轨道叫“静止轨道”。

地心说与日心说地心说是长期盛行于古代欧洲的宇宙学说。

它最初由古希腊学者欧多克斯提出，后经亚里多德、托勒密进一步发展而逐渐建立和完善起来。

托勒密认为，地球处于宇宙中心静止不动。

从地球向外，依次有月球、水星、金星、太阳、火星、木星和土星，在各自的圆轨道上绕地球运转。

其中，行星的运动要比太阳、月球复杂些：行星在本轮上运动，而本轮又沿均轮绕地运行。

在太阳、月球行星之外，是镶嵌着所有恒星的天球——恒星天。

再外面，是推动天体运动的原动天。

下面是这种学说的示意图：地心说是世界上第一个行星体系模型。

尽管它把地球当作宇宙中心是错误的，然而它的历史功绩不应抹杀。

地心说承认地球是“球形”的，并把行星从恒星中区别出来，着眼于探索和揭示行星的运动规律，这标志着人类对宇宙认识的一大进步。

地心说最重要的成就是运用数学计算行星的运行，托勒密还第一次提出“运行轨道”的概念，设计出了一个本轮均轮模型。

按照这个模型，人们能够对行星的运动进行定量计算，推测行星所在的位置，这是一个了不起的创造。

在一定时期里，依据这个模型可以在一定程度上正确地预测天象，因而在生产实践中也起过一定的作用。

地心说中的本轮均轮模型，毕竟是托勒密根据有限的观察资料拼凑出来的，他是通过人为地规定本轮、均轮的大小及行星运行速度，才使这个模型和实测结果取得一致。

但是，到了中世纪后期，随着观察仪器的不断改进，行星位置和运动的测量越来越精确，观测到的行星实际位置同这个模型的计算结果的偏差，就逐渐显露出来了。

但是，信奉地心说的人们并没有认识到这是由于地心说本身的错误造成的，却用增加本轮的办法来补救地心说。

当初这种办法还能勉强应付，后来小本轮增加到80多个，但仍不能满意地计算出行星的准确位置。

这不能不使人怀疑地心说的正确性了。

到了16世纪，哥白尼在持日心地动观的古希腊先辈和同时代学者的基础上，终于创立了“日心说”。

从此，地心说便逐渐被淘汰了。

日心说:认为太阳是宇宙的中心，地球和其他行星都绕太阳转动，日心说又称为“日心地动说”或“日心体系”。

初始中物理地心说与日心说的比较教案引言：地心说和日心说是历史上两种关于太阳系结构的天文学理论，对于人类认识宇宙的发展具有重要意义。

本教案将比较初始中物理地心说和日心说这两种理论，并分析它们的优缺点和影响。

一、初始中物理地心说1. 背景介绍初始中物理地心说是由托勒密在2世纪提出的一种关于宇宙结构的理论。

基于此理论，地球被认为是所有行星、太阳和恒星的中心。

2. 主要观点a. 天体运动的表现：认为天体是围绕地球运动的，包括日、月、行星和恒星。

b. 理论支持：初始中物理地心说通过复杂的天球、公转及退行运动等来解释天体运动规律。

c. 角度运算：运用了黄经、黄纬等角度来描述天体在天球上的位置。

3. 优点a. 简明性：基于可见天体的观测数据，初始中物理地心说提供了对天体运动的合理解释。

b. 观测预测：可以较准确地预测天体的位置和运动，对导航和天文学研究有一定意义。

4. 缺点a. 繁琐性：由于需要引入大量复杂的运动规律，初始中物理地心说在解释天体运动时显得相对繁琐。

b. 观测偏差：随着观测精度的提升，初始中物理地心说在解释某些非规律性天体运动时遇到困难。

二、日心说1. 背景介绍日心说是由哥白尼在16世纪初提出的一种关于宇宙结构的理论。

基于此理论，太阳被认为是太阳系的中心。

2. 主要观点a. 天体运动的表现：在日心说中，太阳被认为是不动的，而其他行星、包括地球，则绕太阳运动。

b. 简明性：日心说将复杂的天体运动规律简化为行星绕太阳的椭圆轨道运行。

c. 日心说的启示：日心说奠定了现代天文学的基础，为后代天文学家提供了更准确的研究方法。

3. 优点a. 简化模型：相较于初始中物理地心说，日心说将天体运动规律简化为行星围绕太阳的椭圆轨道。

b. 更好的解释力：日心说可以更好地解释行星视运动、天体亮度等现象。

4. 缺点a. 天文观测困难：由于天文观测技术的限制，哥白尼时代无法提供充足的证据证明日心说的正确性。

b. 不规律性天体运动：日心说在解释某些非规律性天体运动时仍存在困难。

应对市爱护阳光实验学校高一物理行星的运动【本讲信息】一. 教学内容：行星的运动二. 具体过程知识点1 地心说和日心说1. 地心说地心说认为地球是宇宙的中心，是静止不动的，太阳、月亮以及其他的行星都绕地球做圆周运动，地心说的代表人物是古希腊的家和哲学家亚里士多德。

2. 日心说日心说认为太阳是宇宙的中心，是静止不动的，地球一切的行星都绕太阳做圆周运动。

日心说的代表人物是阿里斯塔克、哥白尼、布鲁诺、伽利略、第谷和开普勒。

注意：阿里斯塔克是第一个提出日心说的天文学家；哥白尼在<天体运动论>一书中，对日心说提出更具体的论述和数学论据；布鲁诺、伽利略是为之奋斗的人；开普勒是提出行星围绕恒星做椭圆运动的运动规律的人。

知识点2 开普勒的行星运动三律1. 开普勒第一律开普勒第一律即为椭圆轨道律，其内容为：所有的行星围绕太阳运动的轨道是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上，如图〔a〕所示。

此律说明不同行星的椭圆轨道是不同的；2. 开普勒第二律开普勒第二律又叫面积律，其内容为：连接太阳和行星的连线〔矢径〕在相的时间内扫过相的面积，如图〔b〕所示。

此律说明行星离太阳越近，其运行速率越大。

3. 开普勒第三律开普勒第三律即为周期律，其内容为：行星轨道半长轴的三次方与公转周期的二次方的比值是一个常数。

即kTr23，其中r代表椭圆轨道的半长轴，T代表行星运动的公转周期，k是一个与行星无关的常量。

二. 重、难点分析对开普勒律的认识1. 从空间分布认识：行星的轨道都是椭圆的，所有椭圆有一个共同的焦点，太阳就在此焦点上。

因此第一律又叫椭圆轨道律，如下图。

2. 从速度大小认识：行星靠近太阳时速度大，远离太阳时速度小。

第二律又叫面积律，如下图。

3. 对k Ta 23=的认识：在图中，半长轴是AB 间距的一半，不要认为a 于太阳到A 点的距离；T 是公转周期，不要误认为是自转周期，如地球的公转周期是一年，不是一天。

说明：〔1〕在以后的计算问题中，我们都把行星的轨道近似为圆，把卫星的运行轨道也近似为圆，这样就使问题变得简单，计算结果与实际情况也相差不大。