行星的运动学情分析

这是行星的运动学情分析，是优秀的物理教案文章，供老师家长们参考学习。

行星的运动学情分析第 1 篇

　★教学目标

　　1. 知道地心说和日心说的基本内容。

　　2. 学习开普勒三大定律，能用三大定律解决问题。

　　3. 了解人类对行星的认识过程是漫长复杂的，真是来之不易的。

　　学情分析

　　在第五章中学习了匀速圆周运动的知识之后,学生都有了圆周运动的基础.在高中地理上,学生们对天体运动有一定的了解.

　　重点难点

　　重点:开普勒行星运动定律.

　　难点:对开普勒行星运动定律

　　★教学过程

　　一、引入

　　师：同学们，在前面的学习中我们研究了地面上物体的运动，从今天开始我们来研究天空中的运动：天体运动。

　　师：自古以来，当人们仰望星空时，天空中壮丽璀璨的现象便吸引了他们的注意。智慧的头脑开始探索星体运动的奥秘。直到二十一世纪的今天，科学迅猛发展，人类终于能够飞出地球，登上月球。还能飞向万籁俱寂的茫茫太空，探索更遥远的星球。但你可知道：人类走到这一步经过了多少艰辛曲折？在对行星规律的认识过程里人们经历了地心说、日心说及到开普勒定律。

　　二、地心说

　　古希腊的天文学家和哲学家通过直接的感性认识，认为地球是宇宙的中心，是静止不动的，太阳月亮等各星体都围绕地球做简单的完美的圆周运动。因为地心说符合人们的直接经验，如：太阳从东边升起，从西边落下；同时也符合强大的宗教神学关于地球是宇宙中心的认识，故地心说一度占据了统治地位。 代表人物：亚里士多德最先提出，古希腊的托勒密加以完善的

　　三、日心说

　　随着世界航海事业的发展，人们希望借助星星的位置为船队导航，因而对行星的

　　运动观测越来越精确.再加上第谷等科学家经过长期观测及记录的大量的观测数据，用托勒密的“地心说”模型很难得出完美的解答.当时，哥伦布和麦哲伦的探险航行已经使不少人相信地球并不是一个平台，而是一个球体，哥白尼就开始推测是不是地球每天围绕自己的轴线旋转一周呢？他假设地球并不是宇宙的.中心，它与其他行星都是围绕着太阳做匀速圆周运动.这就是“日心说”的模型。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做简单而完美的圆周运动。 代表人物：波兰科学家哥白尼

　　四、地心说与日心说的碰撞

　　师：两种学说斗争的时间很长，虽然地心说占据统治地位的时间长，但最终日心说战胜了地心说。

　　师：“地心说”占统治地位时间较长的原因是由于它比较符合人们的日常经验，如：太

　　阳从东边升起，从西边落下；同时它也符合当时在政治上占统治地位的宗教神学观点. 师：“日心说”所以能够战胜“地心说”是因为好多“地心说”不能解析的现象“日心

　　说”则能说明，也就是说，“日心说”比“地心说”更科学、更接近事实.例如：若地球不动，昼夜交替是太阳绕地球运动形成的.那么，每天的情况就应是相同的，而事实上，每天白天的长短不同，冷暖不同.而“日心说”则能说明这种情况：白昼是地球自转形成的，而四季是地球绕太阳公转形成的。

　　师：虽然“地心说”符合人们的经验，但它还是错误的.进而说明“眼见为实”的说法

　　并非绝对正确.例如：我们乘车时观察到树木在向后运动，而事实上并没有动(相对于地面).

　　师：从目前科研结果和我们所掌握的知识来看，“日心说”也并不是绝对正确的，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.“日心说”只是与“地心说”相比更准确一些罢了。 师：经过前面的学习我们对“地心说”和“日心说”有了初步的认识，事实上从“地心说”向“日心说”的过渡经历了漫长的时间，并且科学家们付出了艰苦的奋斗，哥白尼就是其中一位.他在哥伦布和麦哲伦猜想的基础上，假设地球并不是宇宙的中心，而和其他天体一样都是绕太阳做匀速圆周运动的行星，从而使许多问题得以解决，也建立起了“日心说”的基本模型.但他的观点不符合当时欧洲统治教会的利益，因而受到了教会的迫害.使得这一正确的观点被推迟一个世纪才被人们接受。前人的这种对问题一丝不苟、孜孜以求的精神值得我们学习，所以我们对待学习要脚踏实地，认认真真，不放

　　过一点疑问。

　　观看动画：日心说示意图；日地月

　　五、开普勒三大定律

　　师：德国的物理学家开普勒继承和总结了他的导师第谷的全部观测资料及观测数据，也

　　是以行星绕太阳做匀速圆周运动的模型来思考和计算的，因为不管是“地心说”还是“日心说”，都把天体运动看得很神圣，认为天体运动必然是最完美、最和谐的匀速圆周运动。但结果总是与第谷的观测数据有8′的角度误差.当时公认的第谷的观测误差不超过2′（第谷是一个观察天才，它通过对780颗左右的恒星持续观察，将观测结果从前人的10′偏差减小到2′）开普勒想，天体运动很可能不是匀速圆周运动.在这个大胆思路下，开普勒又经过四年多的刻苦计算，先后否定了19种设想，最后终于计算出行星是绕太阳运动的，并且运动轨迹为椭圆，证明了哥白尼的“日心说”是正确的.并总结为行星运动三定律。

　　①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。（椭

　　圆定律）

　　观看动画：开普勒第一定律

　　【问题】：这一定律说明了行星运动轨迹的形状，那不同的行星绕大阳运行时椭圆轨道

　　相同吗?

　　【解析】：不是。不同行星绕太阳运行的椭圆轨道不一样，但这些轨道有一个共同的焦

　　点，即太阳所处的位置。

　　观看动画：开普勒第一定律(双行星)

　　【牢记】：不同行星绕太阳运行的椭圆轨道不一样，但这些轨道有一个共同的焦点，即太阳

　　所处的位置。

　　近日点

　　远日点 近日点

　　【补充】：因为地轴方向恒指向北极星方向，

　　在近日点时，太阳直射南回归线（冬至），

　　在远日点时，太阳直射北回归线（夏至）。远日点

　　在春分和秋分时候太阳直射赤道。所以春夏比秋冬时间长，但因为地球轨道接近于圆，所以相差不了几天。

　　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时间内扫过相等的面

　　积．（面积定律）

　　内容需要下载文档才能查看

　　观看动画：开普勒第二定律

　　【问题】：行星沿着椭圆轨道运行，太阳位于椭圆的一个焦点上，则行星在远日点的速率与

　　在近日点的速率谁大？

　　【解析】：根据相等时间的面积相等可知近日点速率大于远日点速率。

　　【牢记】：行星在近日点的速率大于远日点的速率。

　　③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．（周期定律）

　　a3

　　若用a表示椭圆半长轴，T代表公转周期，则开普勒第三定律告诉我们：2 k T

　　观看动画：开普勒第三定律

　　a3

　　【问题】：公式2 k中的比例系数k可能与谁有关？ T

　　【解析】：开普勒第三定律知：所有行星绕太阳运动的半长轴的三次方跟公转周期二次方的

　　比值是一个常数k，可以猜想，这个“k”一定与运动系统的物体有关．因为常数k对于所有行星都相同，而各行星是不一样的，故跟行星无关，而在运动系中除了行星就是中心天体——太阳，故这一常数“k"一定与中心天体——太阳有关

　　【牢记】：k与中心天体(太阳)有关

　　例1、我们假设地球绕太阳运动时的轨道半长轴为为a地，公转周期为T地，火星绕太阳运

　　动的轨道半径为a火，公转周期为T火，那这些物理量之间应该满足怎样的关系？ 3r地日

　　2T地日 3r火日2T火日 k(常量)

　　六、太阳系

　　师：我们现在来了解一下太阳系的各行星及其运行情况。

　　师：自从冥王星于2006年8月24日被国际天文联会取消其行星地位，降为“矮行星”后，从此太阳系由“九大行星”变为“八大行星。

行星的运动学情分析第 2 篇

　教学准备

　　1. 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。

　　2. 教学重点/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。

　　3. 教学用具

　　多媒体、板书

　　4. 标签

　　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.

行星的运动学情分析第 3 篇

【教学目标】

　　一、知识与技能

　　认识椭圆;了解人类对天体运行的研究历史;理解开普勒三定律。

　　二、过程与方法

　　通过对天体运行研究历史的了解，体会科学研究的一般思路与方法──质疑、批判、猜测、观察与实验。

　　三、情感态度价值观

　　通过对天体运行研究历史的了解，培养学生尊重客观事实、勇于创新、实事求是的科学态度，感悟科学家对科学的执著和献身精神，培养学生热爱科学、献身科学的精神。

　　【教学重点】

　　开普勒三定律。

　　【教学难点】

　　行星的椭圆轨道。体验和理解把实验归纳和数学演绎结合起来研究问题的科学方法。

　　【教具准备】

　　多媒体课件 实物投影仪 细线 图钉 木板、白纸 铅笔

　　【教学过程】

　　一、　引入新课

　　(一)、我们所知道的宇宙——多媒体演示大宇宙，并阅读文字：当代天文学的研究成果表明：

　　宇宙是有层次结构的、物质形态多样的、不断运动发展的天体系统。

　　由小到大-卫星、行星、恒星、星云、银河系及河外星系、星系团、本超星系团。

　　太阳系-由八大行星、?小行星、彗星和流星体组成;

　　银河系-由2500亿颗类似太阳的恒星和星际物质构成更巨大的天体系统;

　　星系团-大约由10亿个类似银河系的河外星系聚集成大大小小的集团;

　　本星系群-包括银河系在内约40个星系构成的一个小星系团。

　　超星系团-若干星系团集聚在一起构成更大、更高一层次的天体系统;

　　本超星系团-本星系群和其附近的约50个星系团构成的超星系团叫做本超星系团。

　　(二)、多媒体演示太阳系八大行星，指出冥王星为何不再是太阳的行星。

　　二、新课教学

　　请同学们阅读教材p32第一自然段内容讨论思考下列问题：

　　1.古代人对天体运动存在哪些看法?

　　2.“地心说”和“日心说”的观点分别是什么?

　　3.为什么“地心说”在古代长期被认为是正确的?

　　教师讲述：人类对天体运行的认识，起源于托勒密的“地心说”，经哥白尼发展到了“日心说”，开普勒的“行星运动定律”第一次为天体的运动立了法。而完全解决天体运动问题的则是“站在巨人肩膀上”的牛顿。

　　探究一：第谷、开普勒的研究

　　.课件展示一：人类对天体运动的认识历史

　　课件展示二：地心说与日心说

　　(1)地心说：认为地球是宇宙中心，任何星球都围绕地球旋转。

　　该学说最初由古希腊学者欧多克斯提出，后经亚里士多德、托勒密进一步发展而逐渐建立和完善起来。尽管它把地球当作宇宙中心是错误的，然而地心说是世界上第一个行星体系模型，它的历史功绩不应抹杀。

　　n托勒密于公元二世纪，提出了自己的宇宙结构学说，即“地心说”.

　　n地心说认为地球是宇宙的中心，是静止不动的，太阳、月亮及其他的行星都绕地球运动.

　　n地心说直到16世纪才被哥白尼推翻.

行星的运动学情分析第 4 篇

　教学目标

　　知识目标

　　通过学习物理学史的知识，使学生了解地心说（托勒密）和日心说（哥白尼）分别以不同的参照物观察天体运动的观点；通过学习开普勒对行星运动的描述，了解牛顿是通过总结前人的经验的基础上提出了万有引力定律．

　　能力目标

　　通过学生的阅读使学生知道开普勒对行星运动的描述；

　　情感目标

　　使学生在了解地心说和日心说两种不同的观点，也使学生懂得科学的道路并不是平坦的光明大道，也是要通过斗争，甚至会付出生命的代价；

　　说明：

　　1、日心、地心学说及两者之间的争论有许多内容可向学生介绍，教材为了简单明了地简述开普勒关于行星运动的规律，没有过多地叙述这些内容.教学中可根据学生的实际情况加以补充.

　　2、这一节的教学除向学生介绍日心、地心学说之争外，还要注意向学生说明古时候人们总是认为天体做匀速圆周运动是由于它遵循的运动规律与地面上物体运动的规律不同.

　　3.学习这一节的主要目的是为了下一节推导万有引力定律做铺垫，因此教材中没有过重地讲述开普勒的三大定律，而是将三大定律的内容综合在一起加以说明，节后也没有安排练习.希望老师能合理地安排这一节的教学.

　　教学建议

　　教材分析

　　本节教材首先让学生在上课前准备大量的资料并进行阅读，如：第谷在1572年时发现在仙后座中有一颗很亮的新星，从此连续十几个月观察这颗星从明亮到消失的过程，并用仪器定位确证是恒星（后称第谷星，是银河系一颗超新星），打破了历来“恒星不变”的学说．伽利略开创了以实验事实为基础并具有严密逻辑体系和数学表述形式的近代科学．为推翻以亚里士多德为旗号的经院哲学对科学的禁锢、改变与加深人类对物质运动和宇宙的科学认识而奋斗了一生，因此被誉为“近代科学之父”．开普勒幼年时期的不幸，通过自身不懈的努力完成了第谷未完成的工作．这些物理学家的有关资料可以帮助学生在了解万有引力定律发现的'过程中体会科学家们追求真理、实事求是、不畏强权的精神．

　　教法建议

　　具体授课中教师可以用故事的形式讲述．也可通过放资料片和图片的形式讲述．也可大胆的让学生进行发言．

　　在讲授“日心说”和“地心说”时，先不要否定“地心说”，让学生了解托勒密巧妙的解释，同时让学生明白哥白尼的理论推翻了统治人类长达一千余年的地球是宇宙中心的“地心说”理论，为宣传和捍卫这一学说，意大利的思想家布鲁诺惨遭烧死，伽利略也为此受到残酷迫害．不必给结论，让学生自行得出结论．

　　典型例题

　　关于开普勒的三大定律

　　例1 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，物理教案－行星的运动，物理教案《物理教案－行星的运动》。应用开普勒定律计算：在赤道平面内离地面多少高度，人造地球卫星可以随地球一起转动，就像停留在无空中不动一样．

　　分析：月球和人造地球卫星都在环绕地球运动，根据开普勒第三定律，它们运行轨道的半径的三次方跟圆周运动周期的二次方的比值都是相等的．

　　解：设人造地球卫星运行半径为R，周期为T，根据开普勒第三定律有：

　　同理设月球轨道半径为 ，周期为 ，也有：

　　由以上两式可得：

　　在赤道平面内离地面高度：

　　km

　　点评：随地球一起转动，就好像停留在天空中的卫星，通常称之为定点卫星．它们离地面的高度是一个确定的值，不能随意变动。

　　利用月相求解月球公转周期

　　例2 若近似认为月球绕地球公转与地球绕日公转的轨道在同一平面内，且都为正圆.又知这两种转动同向，如图所示，月相变化的周期为29.5天（图是相继两次满月，月、地、日相对位置示意图）．

　　解：月球公转（2π+ ）用了29.5天．

　　故转过2π只用 天．

　　由地球公转知 ．

　　所以 =27.3天．

　　例3 如图所示，A、B、C是在地球大气层外的圆形轨道上运行的三颗人造地球卫星，下列说法中正确的是哪个？（ ）

　　A．B、C的线速度相等，且大于A的线速度

　　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轨道上的B

　　分析：由卫星线速度公式 可以判断出 ，因而选项A是错误的．

　　由卫星运行周期公式 ，可以判断出 ，故选项B是正确的．

　　卫星的向心加速度是万有引力作用于卫星上产生的，由 ，可知 ， 因而选项C是错误的．

　　若使卫星C速率增大，则必然会导致卫星C偏离原轨道，它不可能追上卫星B，故D也是错误的．

　　解：本题正确选项为B。

　　点评：由于人造地球卫星在轨道上运行时，所需要的向心力是由万有引力提供的，若由于某种原因，使卫星的速度增大。则所需要的向心力也必然会增加，而万有引力在轨道不变的时候，是不可能增加的，这样卫星由于所需要的向心力大于外界所提供的向心力而会作离心运动。

　　探究活动

　　1、观察月亮的运动现象.

　　2、观察日出现象.