行星運動物理教案

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教學目標

知識目標

通過學習物理學史的知識，使學生了解地心說（托勒密）和日心說（哥白尼）分別以不同的參照物觀察天體運動的觀點；通過學習開普勒對行星運動的描述，了解牛頓是通過總結前人的經驗的基礎上提出了萬有引力定律．

能力目標

通過學生的閱讀使學生知道開普勒對行星運動的描述；

情感目標

使學生在了解地心說和日心說兩種不同的觀點，也使學生懂得科學的道路并不是平坦的光明大道，也是要通過斗爭，甚至會付出生命的代價；

說明：

1、日心、地心學說及兩者之間的爭論有許多內容可向學生介紹，教材為了簡單明了地簡述開普勒關于行星運動的規律，沒有過多地敘述這些內容.教學中可根據學生的實際情況加以補充.

2、這一節的教學除向學生介紹日心、地心學說之爭外，還要注意向學生說明古時候人們總是認為天體做勻速圓周運動是由于它遵循的運動規律與地面上物體運動的規律不同.

3.學習這一節的主要目的是為了下一節推導萬有引力定律做鋪墊，因此教材中沒有過重地講述開普勒的三大定律，而是將三大定律的內容綜合在一起加以說明，節后也沒有安排練習.希望老師能合理地安排這一節的教學.

教學建議

教材分析

本節教材首先讓學生在上課前準備大量的資料并進行閱讀，如：第谷在1572年時發現在仙后座中有一顆很亮的新星，從此連續十幾個月觀察這顆星從明亮到消失的過程，并用儀器定位確證是恒星（后稱第谷星，是銀河系一顆超新星），打破了歷來“恒星不變”的學說．伽利略開創了以實驗事實為基礎并具有嚴密邏輯體系和數學表述形式的近代科學．為推翻以亞里士多德為旗號的經院哲學對科學的禁錮、改變與加深人類對物質運動和宇宙的科學認識而奮斗了一生，因此被譽為“近代科學之父”．開普勒幼年時期的不幸，通過自身不懈的努力完成了第谷未完成的工作．這些物理學家的有關資料可以幫助學生在了解萬有引力定律發現的過程中體會科學家們追求真理、實事求是、不畏強權的精神．

教法建議

具體授課中教師可以用故事的形式講述．也可通過放資料片和圖片的形式講述．也可大膽的讓學生進行發言．

在講授“日心說”和“地心說”時，先不要否定“地心說”，讓學生了解托勒密巧妙的解釋，同時讓學生明白哥白尼的理論推翻了統治人類長達一千余年的地球是宇宙中心的“地心說”理論，為宣傳和捍衛這一學說，意大利的思想家布魯諾慘遭燒死，伽利略也為此受到殘酷迫害．不必給結論，讓學生自行得出結論．

典型例題

關于開普勒的三大定律

例1月球環繞地球運動的軌道半徑約為地球半徑的60倍，運行周期約為27天。應用開普勒定律計算：在赤道平面內離地面多少高度，人造地球衛星可以隨地球一起轉動，就像停留在無空中不動一樣．

分析：月球和人造地球衛星都在環繞地球運動，根據開普勒第三定律，它們運行軌道的半徑的三次方跟圓周運動周期的二次方的比值都是相等的．

解：設人造地球衛星運行半徑為R，周期為T，根據開普勒第三定律有：

同理設月球軌道半徑為，周期為，也有：

由以上兩式可得：

在赤道平面內離地面高度：

km

點評：隨地球一起轉動，就好像停留在天空中的衛星，通常稱之為定點衛星．它們離地面的高度是一個確定的值，不能隨意變動。

利用月相求解月球公轉周期

例2若近似認為月球繞地球公轉與地球繞日公轉的軌道在同一平面內，且都為正圓.又知這兩種轉動同向，如圖所示，月相變化的周期為29.5天（圖是相繼兩次滿月，月、地、日相對位置示意圖）．

解：月球公轉（2π+）用了29.5天．

故轉過2π只用天．

由地球公轉知．

所以=27.3天．

例3如圖所示，A、B、C是在地球大氣層外的圓形軌道上運行的三顆人造地球衛星，下列說法中正確的是哪個？（）

A．B、C的線速度相等，且大于A的線速度

B．B、C的周期相等，且大于A的周期

C．B、C的向心加速度相等，且大于A的向心加速度

D．若C的速率增大可追上同一軌道上的B

分析：由衛星線速度公式可以判斷出，因而選項A是錯誤的．

由衛星運行周期公式，可以判斷出，故選項B是正確的．

衛星的向心加速度是萬有引力作用于衛星上產生的，由，可知，因而選項C是錯誤的．

若使衛星C速率增大，則必然會導致衛星C偏離原軌道，它不可能追上衛星B，故D也是錯誤的．

解：本題正確選項為B。

點評：由于人造地球衛星在軌道上運行時，所需要的向心力是由萬有引力提供的，若由于某種原因，使衛星的速度增大。則所需要的向心力也必然會增加，而萬有引力在軌道不變的時候，是不可能增加的，這樣衛星由于所需要的向心力大于外界所提供的向心力而會作離心運動。

探究活動

1、觀察月亮的運動現象.

2、觀察日出現象.