7.1 行星的运动 教学设计-2024-2025学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

【授课课题】 人教版必修二《7.1行星的运动》 授课人 地点 高一22班 时间 2025.3.11 【教材分析】 本节内容选自人教版高中物理必修二第七章《万有引力与航天》的第一节《行星的运动》，主要介绍开普勒行星运动定律及其历史背景，帮助学生理解行星运动的基本规律，并为后续学习万有引力定律奠定基础。从教材的作用和地位来看：《7.1行星的运动》是人教版高中物理必修二第七章《万有引力与航天》的开篇内容，具有承上启下的重要作用。本节内容内容与必修一中的运动学、动力学知识密切相关。行星的运动涉及曲线运动（椭圆轨道），需要学生运用必修一中关于速度、加速度、向心力等概念进行分析。开普勒第二定律（面积速度定律）涉及角动量守恒的思想，为后续学习能量守恒、动量守恒等奠定基础。 【学情分析】 知识基础：学生已经学习了必修一中的运动学（如匀速圆周运动、曲线运动）和动力学（如牛顿运动定律、向心力）知识，具备一定的力学基础。学生对天体运动有一定的感性认识，但对行星运动的具体规律（如椭圆轨道、面积速度等）缺乏系统理解。 心理特点：高中生归因兴趣较强、乐于探索物理世界的奥秘。学生对天文学和宇宙探索有较强的好奇心，但对物理学理论的严谨性和数学推导可能感到枯燥教学中需结合科学史和实际应用，激发学生的学习兴趣。 能力基础：学生具备一定的逻辑推理能力和数学计算能力，能够理解开普勒定律的数学表达式。学生对抽象概念（如椭圆轨道、面积速度）的理解可能存在困难，需要借助直观的图形和动画辅助教学。 【教学目标】 1.物理观念 （1）知道地心说和日心说的基本内容。 （2）掌握理解开普勒三大定律的内容，并能应用。 （3）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.科学思维 使学生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.科学探究 理解匀速圆周运动是变速运动，能够用匀速圆周运动的有关公式分析和解决具体情景中的问题。 4.科学态度与责任 ①通过极限思想和数学知识的应用,体会学科知识间的联系,建立普遍联系的观点。 ②体会应用知识的乐趣,感受物理就在身边,激发学生学习的兴趣。 【教学重难点】 重点：开普勒三定律的内容及其物理意义。行星运动的基本规律，特别是椭圆轨道和面积速度的概念。 难点：开普勒第二定律（面积速度定律）的理解与应用。椭圆轨道的几何性质及其对行星运动的影响。 【课程类型】 新授课 【课时安排】 1课时（40min） 【教学教法】 情景教学法、讲授法、谈话法。 在教学过程中，坚持“教师为主导，学生为主体， 问题为线索 ”的原则，通 过实验演示和探究的方式，采用步步诱导、相互探讨的教学方法来突出重点、突 破难点，学生达到学到-会学的教学目的。 【教学用具】 多媒体课件、希沃白板。 【教学过程】 教学 环节 教师活动 学生活动 设计意图 新 课 引 入 设境激趣，猜想假设 【情景引入+问题引入】 播放加有蛇年春晚由儿童合唱团主唱的《玉盘》歌曲的科幻电影《流浪地球》有关星空的画面。并提出问题：星空到底有什么魔力让大家从古至今都那么着迷呢？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。 小组讨论 利用学生熟悉的电影为例切入主题，提供具体数字，让学生深切感受星空的魅力，激发学习热情。 新 课 教 学 走进物理学史，知悉宇宙奥秘 1.人类对行星运动的认识 1.1 地心说 让同学们阅读书本46-48页的科学漫步。 【教师提问】谁提出了地心说？内容又是怎样的？ 【教师引导】我国古代有谁也是认为太阳围绕地球转的？地心说的缘由是什么？ 【教师总结】东汉张衡。“浑天”说：天就像一个大鸡蛋，地球就是其中的蛋黄。 浑天仪 天是一个圆球，地则位于这个圆球的中间。天在不停地旋转，日月星辰随天运转，转到地平线之下就看不见了。 差不多同一时期，托勒密也提出了地球是世界的中心，并且静止不动，一切行星围绕地球做圆周运动，简称为地心说。 1.2 日心说 在地心说早已在人民心中根深蒂固的时候，哥白尼提出了日心说，太阳是静止不动的，地球和其他行星都在绕太阳做匀速圆周运动。 【教师提问】我们知道“日心说” 比“地心说”要准确一些，那么日心说是不是完全正确？ 【教师引导】日心说也并不是完全正确的，因为太阳只是太阳系的一个中心天体，而太阳系只是宇宙中众多星系之一，所以太阳并不是宇宙的中心，也不是静止不动的。 1.3 古人的观点 【教师提问】天体的运动是最完美最和谐的匀速圆周运动。行星运动果真如此吗？ 阅读课文说出地心说和日心说的的代表人物和观点。了解行星运动规律的演变过程以及科学家的贡献。 学生思考讨论。 锻炼学生自主学习能力。 让学生对日心说有一个正确认识。 2.开普勒定律 2.1 丹麦天才的观测家第谷 丹麦天才的观测家第谷经过二十年的精心观测，把他以前人们测量天体位置的误差大约是 10′，第谷把这个不确定性减小到 2′。若理论和实际测量数据之间误差超过2′就有可能存在问题。 【教师提问】为什么开普勒对天体做匀速圆周运动产生怀疑? 因为开普勒用天体做匀速圆周运动的观点所得的结论和第谷所观察的数据存在至少8′的角度误差,但当时公认观测数据的误差不超过2′,也就是说，这6′的误差产生的原因可能是对天体运动的观点存在问题,因此产生了对天体运动是匀速圆周运动这一观点的怀疑。只有假设行星绕太阳运动的轨道不是圆，而是椭圆，才能解释这种差别。 2.2 开普勒第一定律（轨道定律） （1）内容：所有行星绕太阳的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上。 （2）对开普勒第一定律的理解 ①行星绕太阳运行的轨道严格来说不是圆而是椭圆 ； ②太阳不在椭圆的中心，而是在其中一个焦点上 ； ③行星与太阳间的距离是不断变化的。 做一做 绘制椭圆 实验器材：细绳、图钉、白纸、木板。 实验步骤（1）把白纸铺在木板上，然后按上图钉。 （2）把细绳的两端系在图钉上。 （3）用一支铅笔紧贴着细绳滑动，使绳始终保持张紧状态。 （4）画出的轨迹就是椭圆，图钉在纸上留下的痕迹叫作椭圆的焦点。 【教师提问】保持绳长不变，当两焦点不断靠近时，椭圆形状如何变化？ 焦点重合时，半长轴转变为什么？ 【教师引导】当两焦点不断靠近时椭圆形状逐渐趋近于圆，焦点重合时，半长轴转变圆的半径。 2.3开普勒第二定律（面积定律） （1）内容：对于每一个行星，太阳和行星的联线在相等的时间内扫过的面积相等。 （2）对开普勒第二定律的理解 当行星离太阳较近的时候，运行的速度较大，而离太阳较远的时候速度较小。 2.4 开普勒第三定律（周期定律） （1）内容：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。 若用 a 代表椭圆轨道的半长轴，T 代表公转周期，开普勒第三定律 （3）比值k是与行星无关而只与围绕的中心天体的质量有关的常量所以比值 k 是一个对所有行星都相同的常量。 2.5 关于开普勒定律的几点说明 ①开普勒定律不仅适用于行星，也适用于卫星，只不过此时比值 k 是由行星质量所决定的另一恒量。 ②行星的轨道都跟圆近似，因此计算时可以认为行星是做匀速圆周运动。 2.6 开普勒三定律近似处理 （1）行星绕太阳运动的轨道十分接近圆，太阳处在圆心。 （2）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 r 的三次方跟它的公转周期 T 的二次方的比值都相等，即 r3/T2 ＝k。 学生思考讨论 动手做一做绘制椭圆 看图理解记忆开普勒第三定律 学生理解记忆 了解行星绕太阳运动的轨道不是圆，而是椭圆的猜想依据。 掌握理解开普勒第一定律。 锻炼学生的动手能力，了解椭圆的特点。 帮助学生理解记忆开普勒第二定律。 锻炼学生的理解记忆能力掌握开普勒第三定律。 掌握开普勒定律的适用条件和近似处理。 课 堂 小 结 学生自主总结课堂 知识归类， 促进学生 认 知 结 构 内化，从而 加深印象。 课 后 作 业 作业 1——研究性学习作业 结合本节所学知识和地理知识思考回答：夏季天气炎热是因为离太阳远吗？冬季天气冷是因为离太阳远吗？ 作业 2： （1）完成教材48页的习题； （2）练习册相应的习题。 板书设计 一、地心说和日心说 1、地心说观点： 地球是宇宙的中心 2、日心说观点：太阳是静止不动的，是宇宙的中心 二、开普勒定律 1、开普勒第一定律（轨道定律）：椭圆。 2、开普勒第二定律（面积定律）：相等时间扫过面积相等。 3、开普勒第三定律（周期定律）： 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$