资源简介

7.1行星的运动
教学目标
1. 知识与技能：
- 了解地心说与日心说的历史争论，理解开普勒三大定律的内容和物理意义。
- 能应用开普勒第三定律解决行星运动周期与轨道半径的关系问题。
2. 过程与方法：
- 通过实验模拟和数据分析，培养科学探究能力。
3. 情感态度与价值观：
- 感悟科学发展的曲折性，学习科学家追求真理的精神。
教学重点与难点
重点：开普勒三大定律的内容及其物理意义。
难点：椭圆轨道的几何特征理解，开普勒第三定律的推导与应用。
教学过程
一、趣味引入（5分钟）
活动1：神话与科学的碰撞
1. 情境导入：
- 展示古希腊神话中行星的命名（如木星“宙斯”、土星“克洛诺斯”），提问：“古人如何解释行星的‘怪异’运动？”
- 播放火星“逆行”现象的动画（如夜空模拟），引发思考：“行星的真实运动规律是什么？”
活动2：角色辩论
- 学生分两组扮演“托勒密”与“哥白尼”：
- 托勒密组：主张“地球是宇宙中心，行星绕地球做本轮运动”。
- 哥白尼组：主张“太阳是中心，行星轨道为圆形”。
- 教师总结：“科学史是一场不断修正的旅程，开普勒如何揭开真相？”
二、新课讲授（25分钟）
1. 人类对行星运动的认识
- 地心说：托勒密的复杂“本轮-均轮”模型（图示辅助）。
- 日心说：哥白尼的简化模型与伽利略的观测支持（木星卫星的发现）。
- 第谷的贡献：20年精密观测数据，为开普勒奠定基础。
2. 开普勒三大定律
（1）第一定律（轨道定律）
- 内容：行星绕太阳运动的轨道是椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点。
- 实验探究：
- 学生用两根图钉固定细绳在白纸上画椭圆（理解焦点与半长轴）。
- 动态演示行星椭圆轨道，标注近日点与远日点（强调半长轴的意义）。
（2）第二定律（面积定律）
- 内容：行星与太阳的连线在相等时间内扫过相等面积。
- 动画演示：
- 行星在近日点速度加快，远日点速度减慢（用扇形面积相等解释）。
- 举例：地球1月初过近日点（北半球冬季），7月初过远日点。
（3）第三定律（周期定律）
- 公式：（所有行星的 k 值相同）。
- 推导与意义：
- 对比地球与火星数据，验证为常数。
- 结论：轨道半长轴越长，公转周期越大（海王星周期约165年）。
三、典型例题（10分钟）
例题1（基础应用）
已知地球公转轨道半长轴为1AU（天文单位），周期为1年。若某小行星的轨道半长轴为4AU，求其公转周期。
例题2（思维拓展）
哈雷彗星轨道半长轴约18 AU，其公转周期是多少年？
四、课堂总结（5分钟）
1. 知识框架：
- 地心说 → 日心说 → 开普勒定律（椭圆、面积、周期）。
- 开普勒第三定律公式的应用。
2. 科学精神：
- 开普勒用第谷的数据“破译”行星运动密码，体现“观察+数学”的科学方法。
3. 课后思考：
- 如果行星轨道是正圆，开普勒定律会如何简化？
- 预告下节课：牛顿如何用万有引力解释这些定律？
板书设计
- 左侧：
- 地心说 vs 日心说对比表（模型、支持者、缺陷）。
- 中部：
- 开普勒三大定律（图文+公式）。
- 椭圆作图法（焦点、半长轴）。
- 右侧：
- 例题解答步骤（公式代入与结果）。
教学反思
- 通过画椭圆实验增强直观性，但需关注学生对“半长轴”与“平均距离”的理解是否混淆。
- 例题计算中可能出现的指数运算错误，需在课后练习中强化训练。

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