【連載】物理：人教版-高中-必修2-行星的運(yùn)動(dòng) 教學(xué)設(shè)計(jì) 教案

一、地心說(shuō)和日心說(shuō)

1.基本知識(shí)

（1）地心說(shuō)

①內(nèi)容：地球是宇宙的中心，是靜止不動(dòng)的，太陽(yáng)、月亮以及其他行星都繞地球運(yùn)動(dòng)．

②代表人物：托勒密．

（2）日心說(shuō)

①內(nèi)容：太陽(yáng)是靜止不動(dòng)的，地球和其他行星都繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)．

（3）兩種學(xué)說(shuō)的局限性

它們都把天體的運(yùn)動(dòng)看得很神圣，認(rèn)為天體的運(yùn)動(dòng)必然是最完美、最和諧的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，而這和丹麥天文學(xué)家第谷的觀測(cè)數(shù)據(jù)不符．

2．思考判斷

（1）宇宙的中心是太陽(yáng)，所有行星都在繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)．(×)

（2）造成天體每天東升西落的原因是天空不轉(zhuǎn)動(dòng)，只是地球每天自西向東自轉(zhuǎn)一周．(×)

（3）與日地距離相比，恒星離地球都十分遙遠(yuǎn)．(√)

探究交流

地心說(shuō)和日心說(shuō)是兩種截然不同的觀點(diǎn)，現(xiàn)在看來(lái)這兩種觀點(diǎn)哪一種是正確的？

【提示】　兩種觀點(diǎn)受人們意識(shí)的限制，是人類發(fā)展到不同歷史時(shí)期的產(chǎn)物．兩種觀點(diǎn)都具有歷史局限性，現(xiàn)在看來(lái)都是不完全正確的.

二、開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律

1.基本知識(shí)

2.思考判斷

（1）圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的行星的速率是一成不變的．(×)

（2）開(kāi)普勒定律僅適用于行星繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)．(×)

（3）行星軌道的半長(zhǎng)軸越長(zhǎng)，行星的周期越長(zhǎng)．(√)

探究交流

行星繞太陽(yáng)在橢圓軌道上運(yùn)行，行星距太陽(yáng)較近處與距太陽(yáng)較遠(yuǎn)處相比較，運(yùn)動(dòng)速率何處較大？

【提示】　由開(kāi)普勒第二定律可知，由于在相等的時(shí)間內(nèi)，行星與太陽(yáng)的連線掃過(guò)相等的面積，顯然相距較近時(shí)相等時(shí)間內(nèi)經(jīng)過(guò)的弧長(zhǎng)必須較長(zhǎng)，因此運(yùn)動(dòng)速率較大.

三、行星運(yùn)動(dòng)的近似處理

1.基本知識(shí)

（1）行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道十分接近圓，太陽(yáng)處在圓心．

（2）對(duì)某一行星來(lái)說(shuō)，它繞太陽(yáng)做圓周運(yùn)動(dòng)的角速度(或線速度)不變，即行星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)．

（3）所有行星軌道半徑的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等．

2．思考判斷

（1）在中學(xué)階段可認(rèn)為地球圍繞太陽(yáng)做圓周運(yùn)動(dòng)．(√)

中的a可認(rèn)為是行星的軌道半徑．(√)

探究交流

下圖是火星沖日年份示意圖，觀察圖中地球、火星的位置，思考地球和火星誰(shuí)的公轉(zhuǎn)周期更長(zhǎng)．

火星沖日年份示意圖

【提示】　由題圖可知，地球到太陽(yáng)的距離小于火星到太陽(yáng)的距離，根據(jù)開(kāi)普勒第三定律可得：火星的公轉(zhuǎn)周期更長(zhǎng)一些.

四、對(duì)開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律的理解

【問(wèn)題導(dǎo)思】　

1．開(kāi)普勒三定律分別從哪些方面揭示了行星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律？

2．太陽(yáng)的位置是各行星的軌道焦點(diǎn)嗎？

誤區(qū)警示：

開(kāi)普勒三定律是行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的總結(jié)定律，實(shí)踐表明該定律也適用于其他天體的運(yùn)動(dòng)，如月球繞地球運(yùn)動(dòng)、衛(wèi)星繞木星運(yùn)動(dòng)，甚至人造衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)等．

例：有一個(gè)名叫谷神的小行星(質(zhì)量為m＝1.00×1021 kg)，它的軌道半徑是地球繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道半徑的2.77倍，則它繞太陽(yáng)一周所需要的時(shí)間為(　　)

【審題指導(dǎo)】　該題中谷神小行星與地球比較公轉(zhuǎn)周期，需明確以下問(wèn)題：

（1）地球的公轉(zhuǎn)周期為1年．

（2）利用開(kāi)普勒第三定律求解．

【答案】　D

五、天體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律及分析方法

1．天體的運(yùn)動(dòng)可近似看成勻速圓周運(yùn)動(dòng)：天體雖做橢圓運(yùn)動(dòng)，但它們的軌道一般接近圓．中學(xué)階段我們?cè)谔幚硖祗w運(yùn)動(dòng)問(wèn)題時(shí)，為簡(jiǎn)化運(yùn)算，一般把天體的運(yùn)動(dòng)當(dāng)作圓周運(yùn)動(dòng)來(lái)研究，并且把它們視為做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，橢圓的半長(zhǎng)軸即為圓半徑．

2．在處理天體運(yùn)動(dòng)時(shí)，開(kāi)普勒第三定律表述為：天體軌道半徑r的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期T的二次方的比值為常數(shù)，

據(jù)此可知，繞同一天體運(yùn)動(dòng)的多個(gè)天體，軌道半徑r越大的天體，其周期越長(zhǎng)．

3．天體的運(yùn)動(dòng)遵循牛頓運(yùn)動(dòng)定律及勻速圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律，與一般物體的運(yùn)動(dòng)在應(yīng)用這兩個(gè)規(guī)律上沒(méi)有區(qū)別．

特別提醒

1．對(duì)于同一中心天體的不同行星k的數(shù)值相同，對(duì)于不同的中心天體的行星k的數(shù)值不同．

2．公式常常用于比較不同行星周期或半徑．

例：飛船沿半徑為R的圓周繞地球運(yùn)動(dòng)，其周期為T(mén).如果飛船要返回地面，可在軌道上某點(diǎn)A處，將速率降低到適當(dāng)數(shù)值，從而使飛船沿著以地心為焦點(diǎn)的橢圓軌道運(yùn)動(dòng)，橢圓和地球表面在B點(diǎn)相切，如圖6-1-2所示．如果地球半徑為R0，求飛船由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)所需要的時(shí)間

規(guī)律總結(jié)：開(kāi)普勒第三定律的應(yīng)用

應(yīng)用開(kāi)普勒第三定律可分析行星的周期、半徑，應(yīng)用時(shí)可按以下步驟分析：

1．首先判斷兩個(gè)行星的中心天體是否相同，只有對(duì)同一個(gè)中心天體開(kāi)普勒第三定律才成立．

2．明確題中給出的周期關(guān)系或半徑關(guān)系．

3．根據(jù)開(kāi)普勒第三定律列式求解．

第一節(jié)   行星的運(yùn)動(dòng)

1、地心說(shuō)和日心說(shuō)

2、第一定律：所有行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓，太陽(yáng)處在橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。

3、第二定律：對(duì)任意一個(gè)行星來(lái)說(shuō)，它與太陽(yáng)的連線在相等時(shí)間內(nèi)掃過(guò)相等的面積。

4、開(kāi)普勒第三定律：所有行星的橢圓軌道的半長(zhǎng)軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的平方的比值都相等。