行星运动学生从小就有所闻，但对其明确的认识还在本节课学习之后，在学习中为了激发学生的积极性，可以通过图片、多媒体展示结合学生的预习与自学相结合，展示大量的信息节约时间，通过学生互动多媒体展示分析攻克重点与难点，最后通过展示八大行星绕太阳的运动动态图像给学生一个整体完美的印象。

　　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.

　　通过托勒密、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.

　　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.

　　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.

　　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.

　　教学方法：探究、讲授、讨论、练习

　　教学手段 ：教具准备 挂图、多媒体课件

　　【多媒体演示】天体运动的图片浏览。

　　教师：在浩瀚的宇宙中有无数大小不一、形态各异的天体，如月亮、地球、太阳、夜空中的星星……由这些天体组成的广袤无限的宇宙始终是我们渴望了解、不断探索的领域。关于天体的运动，历史上有过不同的看法.

　　(课件投影)中国古代天文学观

　　我国古代先民看到北极星常年不动，以及北斗七星等拱极星的回转，便以为星空是圆的，就像是一只倒扣着的半球大锅，覆整在大地上，而北极则是这盖天的顶，又认为地是方的，就像一张围棋盘，此即“天圆地方”说.东汉时的天文学家张衡提出“浑天”说，认为天就像一个大鸡蛋，地球就是其中的蛋黄.

　　中国古代通常将历法和天文联系在一起.历法注重天体运行的长时间段的重复周期，而不注重天体在三维空间中的运行情况.与古希腊人和中世纪的欧洲人不同，中国历法家很少关心宇宙结构方面的讨论.在汉朝的大部分时期，人们满足于这样的假设：有人居住的世界是一小块中心区域.靠近平面大地中央，这个平面大地是一个绕着倾斜的轴旋转的天球的直径面.天体在该天球的内面移动，但它们靠何种机制来进行这种运动则没有讨论.

　　中国古代有丰富的天文记录.公元前第二个千年的后期，甲骨文中已记载了新星现象.从约公元苗200年开始，在官方文件中已有关于新星的连年记载，还有流星雨、彗星、日食、太阳黑子以及异乎寻常的云、板光之类的记载，或对蕾星的跟踪观测的记录.这些现象的观测者都使用了制作精良的大型浑天仪和其他刻度仪器，所观测的天体位置，其精确程度毫不逊色于欧洲在第谷之前的观测.

　　学生阅读后对探索宇宙产生兴趣.

　　师：在广袤无垠的宇宙中有着无数大小不一、形态各异的天体.如太阳、月亮、夜空中闪烁的星星……吸引了人们的注意，智麓的头脑开始探索天体运动的奥秘.它们的运动是靠神的支配，还是物理规律的约束?经过不懈的努力，科学家们对它已有初步的了解，这一节让我们循着前人的足迹学习行星运动的情况.

　　一.“地心说”和“日心说”之争

　　1.古人对天体运动存在哪些看法?

　　生：“地心说”和“日心说”.

　　师：2.什么是“地心说”?什么是“日心说”’?

　　生：”地心说”认为地球是宇宙的中心，是静止不动的，大阳、月亮以及其他行星都绕地球运动， “日心说”则认为太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动.

　　“地心说’的代表人物：托勒密(古希腊).“地心说’符合人们的直接经验，同时也符合势力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.生：“日心说”战胜了“地心说”，最终被接受.

　　师：“日心说”战胜了“地心说”，最终真理战胜了谬误.请同学们阅读第64页《人类对行星运动规律的认识，中托勒密：地心宇宙，哥白尼：拦住了太阳，推动了地球.交流讨论，找出“地心说”遭遇的尴尬和“日心说’的成功之处.

　　生：地心说所描述的天体的运动不仅复杂而且问题很多，如果把地球从天体运动的中心位置移到一个普通的、绕太阳运动的位置，换一个角度来考虑天体的运动，许多问题都可以解决，行星运动的描述也变得筒单了.

　　“日心说”代表人物：哥白尼，“日心说”能更完美地解释天体的运动.

　　二、开普勒行量运动定律

　　用图钉和细绳画椭圆

　　可以用一条细绳和两图钉来画椭圆.如图7.1—l所示，把白纸镐在木板上，然后按上图钉.把细绳的两端系在图钉上，用一枝铅笔紧贴着细绳滑动，使绳始终保持张紧状态.铅笔在纸上画出的轨迹就是椭圆，图钉在纸上留下的痕迹叫做椭圆的焦点.

　　想一想，椭圆上某点到两个焦点的距离之和与椭圆上另一点到两个焦点的距寓之和有什么关系?

　　师;阅读教材第二段到最后，并阅读第64页《人类对行星运动规律的认识)中第谷：天才观察家，开普勒：真理超出期望，投影展示以下问题：

　　师：1.古人认为天体做什么运动?

　　生：古人把天体的运动看得十分神圣，他们认为天体的运动不同于地面物体的运动，天体做的是最完美、最和谐的匀逮圆周运动.

　　师：2.开普勒认为行星做什么样的运动?他是怎样得出这一结论的?

　　生：开普勒认为行星做椭圆运动.他发现假设行星傲匀逮圆周运动，计算所得的数据与观测数据不符，只有认为行星做椭圆运动，才能解释这一差别.

　　师：3.开普勒行星运动定律哪几个方面描述了行星绕太阳运动的规律?具体表述是什么?

　　生：开普勒行星运动定律从行星运动轨道，行墨运动的线速度变化，轨道与周期的关系三个方面揭示了行星运动的规律.具体表述为：

　　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.

　　师：这一定律说明了行星运动轨迹的形状，不同的行星绕大阳运行时椭圆轨道相同吗?

　　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.

　　教师：如图所示，行星沿着椭圆轨道运行，太阳位于椭圆的一个焦点上.如果时间间隔相等，即t2-t1=t4-t3，那么面积A=面积B.由此可见，行星在远日点a的速率最小，在近日点b的速率最大.

　　开普勒第三定律：3.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.由于行星的椭圆轨道都跟圆近似，在近似计算中，可以认为行星都以太阳为圆心做匀速圆周运动，在这种情况下，若用R代表轨道半径，T代表公转周期，开普勒第三定律可以用下面的公式表示：

　　比值k是一个与行星无关的恒量.只与太阳有关。

　　教师：给出太阳系九大行星平均轨道半径和周期的数值，供学生课后验证

　　师：这一定律发现了所有行星的轨道的半长轴与公转周期之间的定量关系，但是比值k是一个与行星无关的常量，那么你能猜想出它可能跟谁有关吗?

　　生：根据开普勒第三定律知：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.(通过后面的学习将知道k值与太阳质量的关系)

　　说明：(1)开普勘定律不仅适用于行星绕大阳运动，也适用于卫星绕着地球转，不过比例式 k中的k是不同的，与中心天体有关.

　　(2)开普勒定律是总结行星运动的现察结果而总结归纳出来的规律.它们每一条都是经验定律，都是从行星运动所取得的资料中总结出来的规律.开普勒定律只涉及运动学、几何学方面的内容。

　　(3)由于行星的椭圆轨道都跟圆近似，在近似计算中，可以认为，行星都以太阳为圆心做匀速圆周运动.在这种情况下，若用。代表轨道半径，T代表公转周期，开普勒第三定律可以用下面的公式表示

　　(4)开普勒关于行星运动的确切描述，不仅使人们在解决行星的运动学问题上有了依据，更澄清了人们对天体运动神秘、模糊的认识，同时也推动了对天体动力学问题的研究.

　　师：引导学生深入探究：

　　1.播放行星绕椭圆轨道运动的课件，使学生对行星的运动有一个简单的感性认识.

　　2.出示九大行星轨道挂图，使学生对多数行星的轨道与圆十分接近有一个感性认识.

　　师：实际上，多数行星的轨道与圆十分接近，所以在中学阶段的研究中能够按圆处理.开普勒三定律适用于圆轨道时，应该怎样表述呢?

　　生：行星的圆轨道的半径的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等.

　　[课堂训练] 通过选择和计算题加深学生对本节课的认识。

　　本节学习的是开苦勒行星运动的三定律，其中第一定律反映了行星运动的轨迹是椭圆，第二定律描述了行星在近日点的速率最小，在远日点的速率最大，第三定律揭示了轨道半长轴与公转周期的定量关系.在近似计算中可以认为行星都以太阳为圆心做匀速圆周运动.

　　教材“问题与练习”1，2，3，4.

　　1.地心说和日心说

　　2.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.

　　3.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.

　　4.开普勒第三定律：3.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.

　　本节课通过多媒体教学能将大量的问题讨论通过屏幕显示出来，节约时间用于学生讨论。并将抽象的知识行星的运动用动态显示出来 ，增强学生对行星认识的感性认识。达到了教学的目的，通过练习加强学生对知识的掌握。不足之处在于对学生的计算能力估计不够，学生观看图画兴趣过于浓厚，减弱了对知识的掌握。

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第4节万有引力定律天体运动,考试说明,一、开普勒行星运动定律,椭圆,面积,半长轴,周期,内容：自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的大小与物体 成正比，与它们之间 成反比. 公式： ，式中G为 ， G . 3.适用条件：万有引力定律适用于两质点间万有引力大小的计算.,质量的乘积,距离的平方,引力常量,6./kg2,二、万有引力定律,1. 基本方法 把天体(或人造卫星)的运动看成是匀速圆周运动，其所需向心力由万有引力提供. 2. 解决天体圆周运动问题的两条思路,三、万有引力定律在天文学上的应用,4同步卫星的五个“一定” (1)轨道平面一定：轨道平面与 共面 (2)周期一定：与地球自转周期 ，即T24h. (3)角速度一定：与地球自转的角速度 ,地球赤道,相同,相同,5三种宇宙速度,地球,太阳,太阳系,1经典时空观 (1)在经典力学中，物体的质量是不随 而改变的 (2)在经典力学中，同一物理过程发生的位移和对应时间的测量结果在不同的参考系中是 ,四、经典时空观和相对论时空观,运动状态,相同的,增大的,不同的,开普勒行星运行定律的理解和运用 哈雷彗星绕太阳运动的轨道是比较扁的椭圆。下列说法中错误的是（ ） A、彗星在近日点的速率大于在远日点的速率 B、彗星在近日点的角速度大于在远日点的角速度 C、彗星在近日点的向心加速度大于在远日点的向心加速度 D、若彗星的周期为75年，则它的半长轴是地球公转半径的75倍,D,点评：开普勒行星运动定律从行星运动轨道、行星运动的线速度变化、轨道与周期的关系三个方面揭示了行星运动的规律,62页第2题,例 一艘宇宙飞船飞近某一新发现的行星，并进入靠近该行星表面圆形轨道运行数圈后，着陆在该行星上，宇宙飞船上备有以下实验器材： A精确秒表一只 B质量为m的物体一个 C弹簧秤一只 D天平一架(包括砝码一套),中心天体的质量和密度的计算,已知宇航员在绕行及着陆后各做一次测量，根据所测量的数据可以求出该星球的质量M、半径R(已知引力常量为G). (1)两次测量的物理量分别为 (2)两次测量所选用的仪器分别为_(用该仪器的字母序号表示) (3)用所测值求出星球质量M、半径R.,【思路点拨】牢记万有引力在天文学中应用的两条思路，确定方法和要测量的物理量，再选择器材,为了对火星及其周围的空间环境进行探测，我国预计于2011年10月发射第一颗火星探测器“萤火一号”假设探测器在离火星表面高度分别为h1和h2的圆轨道上运动时，周期分别为T1和T2.火星可视为质量分布均匀的球体，且忽略火星的自转影响，万有引力常量为G.仅利用以上数据，可以计算出() A火星的密度和火星表面的重力加速度 B火星的质量和火星对“萤火一号”的引力 C火星的半径和“萤火一号”的质量 D火星表面的重力加速度和火星对“萤火一号”的引力,例 如图A为静止于地球赤道上的物体、B为近地卫星、C为地球同步卫星，请分析三者的线速度、角速度、周期、加速度的大小关系为_、_、_、_.,【思路点拨】弄清人造地球卫星和随地球自转物体做圆周运动的向心力来源是解题的关键,天体的环绕速度、周期的比较问题,【答案】vBvCvA，BCA，TBaCaA,练习61也例5,谢 谢,题型三：人造卫星的发射和变轨问题,例3 发射地球同步卫星时，先将卫 星发射至近地圆轨道1，然后经点 火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再 次点火，将卫星送入同步轨道3.轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P点，如右图关于这颗卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法正确的是() A卫星在三个轨道运动的周期关系是：T1T3T2 B卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度,C卫星在轨道1上经过Q点时的动能小于它在轨道2上经过Q点时的动能 D卫星在轨道2上运动时的机械能可能等于它在轨道3上运动时的机械能,【答案】BC,题型四：双星系统问题,【答案】A,【方法与知识感悟】双星类问题要注意区分引力距离与运行半径引力距离等于双星之间的距离，引力提供双星做匀速圆周运动的向心力，且双星具有相同的角速度双星运行的半径不等于引力距离的一半，也不等于双星之间的距离，而应先假设双星做匀速圆周运动的圆心，进而找到双星的运行半径与引力距离之间的关系,1关于环绕地球运动的卫星，下列说法正确的是( ) A分别沿圆轨道和椭圆轨道运行的两颗卫星，不可能具有相同的周期 B沿椭圆轨道运行的一颗卫星，在轨道不同位置可能具有相同的速率 C在赤道上空运行的两颗地球同步卫星，它们的轨道半径有可能不同 D沿不同轨道经过北京上空的两颗卫星，它们的轨道平面一定会重合,B,A,3(2012安徽)我国发射的“天宫一号”和“神舟八号”在对接前，“天宫一号”的运行轨道高度为350 km，“神舟八号”的运行轨道高度为343 km.它们的运行轨道均视为圆周，则( ) A“天宫一号”比“神舟八号”速度大 B“天宫一号”比“神舟八号”周期长 C“天宫一号”比“神舟八号”角速度大 D“天宫一号”比“神舟八号”加速度大,B,4(2011全国卷)我国“嫦娥一号”探月卫星发射后，先在“24小时轨道”上绕地球运行(即绕地球一圈需要24小时)；然后，经过两次变轨依次到达“48小时轨道”和“72小时轨道”；最后奔向月球如果按圆形轨道计算，并忽略卫星质量的变化，则在每次变轨完成后与变轨前相比( ) A卫星动能增大，引力势能减小 B卫星动能增大，引力势能增大 C卫星动能减小，引力势能减小 D卫星动能减小，引力势能增大,D,【解析】周期变长，表明轨道半径变大，速度减小，动能减小，引力做负功故引力势能增大选D.,*5.(2012江苏)2011年8月，“嫦娥 二号”成功进入了环绕“日地 拉格朗日点”的轨道，我国成为 世界上第三个造访该点的国家 如图所示，该拉格朗日点位于太阳和地球连线的延长线上，一飞行器处于该点，在几乎不消耗燃料的情况下与地球同步绕太阳做圆周运动，则此飞行器的( ) A线速度大于地球的线速度 B向心加速度大于地球的向心加速度 C向心力仅由太阳的引力提供 D向心力仅由地球的引力提供,AB,【解析】飞行器与地球同步绕太阳做圆周运动，所以飞地，由圆周运动线速度和角速度的关系vr得v飞v地，选项A正确；由公式ar2知，a飞a地，选项B正确；飞行器受到太阳和地球的万有引力，方向均指向圆心，其合力提供向心力，故C、D选项错,【巩固基础】,A,*2.下列关于地球同步通信卫星的说法中，正确的是( ) A为避免通信卫星在轨道上相撞，应使它们运行在不同的轨道上 B通信卫星定点在地球上空某处，各个通信卫星的角速度相同，但线速度可以不同 C不同国家发射通信卫星的地点不同，这些卫星轨道一定在同一平面内 D通信卫星只能运行在赤道上空某一恒定高度上,CD,B,4月球绕地球做匀速圆周运动的向心加速度大小为a，设月球表面的重力加速度大小为g1，在月球绕地球运行的轨道处由地球引力产生的加速度大小为g，则( ) Agg1a Bg1ga Cga Dg1a,C,【提升能力】,5在日常生活中，我们并没有发现物体的质量随物体的运动的变化而变化，其原因是( ) A运动物体无法称质量 B物体的速度远小于光速，质量变化极小 C物体质量太大 D物体质量不随速度变化而变化,B,CD,*7. 嫦娥二号卫星已成功发射，这 次发射后卫星直接进入近地点高 度200公里、远地点高度约38万公 里的地月转移轨道直接奔月当卫星到达月球附近的特定位置时，卫星就必须“急刹车”，也就是近月制动，以确保卫星既能被月球准确捕获，又不会撞上月球，并由此进入近月点100公里、周期12小时的椭圆轨道a.再经过两次轨道调整，进入100公里的近月圆轨道b，轨道a和b相切于P点，如图所示下列说法正确的是( ) A嫦娥二号卫星的发射速度大于7.9 km/s，小于11.2 km/s,AD,B嫦娥二号卫星的发射速度大于11.2 km/s C嫦娥二号卫星在a、b轨道经过P点的速度vavb D嫦娥二号卫星在a、b轨道经过P点的加速度分别为aa、ab则aaab,8某网站报道，美科学家发现太阳系外第一颗“全宜居”行星，其质量约为地球质量的6.4倍如果某一天发射一颗载人航天器到该行星上去，测得一个在地球表面质量为50 kg的人在该行星表面的重力约为800 N，而地球表面处的重力加速度为 10 m/s2.根据上述信息，你认为下列说法正确的是( ) A载人航天器的发射速度约为7.9 km/s B载人航天器的发射速度小于11.2 km/s C该行星的半径与地球的半径之比约为21 D该行星的半径与地球的半径之比约为31,C,91930年，美国天文学家汤博发现了 曾经是太阳系九大行星之一的冥王星 其发现过程可简化为：太阳系的示 意图如图所示，A为太阳系的一颗行星，它绕太阳O运行的轨道近似为圆.汤博已测得A行星运动的轨道半径为R0，周期为T0.长期观测发现，A行星实际运动的轨道与圆轨道总存在一些偏离，且周期性地每隔t0时间发生一次最大的偏离，(t0T0)汤博认为形成这种现象的原因可能是A行星外侧还存在着一颗未知的行星B，它对A行星的万有引力引起A轨道的偏离。假设行星B的运行轨道与A在同一平面内，且与A的绕行方向相同.根据上述现象及假设，对于未知行星B，能估算它的( D轨道半径,D,11某颗地球同步卫星正下方的地球表面上有一观察者，他用天文望远镜观察被太阳光照射的此卫星试问，春分那天(太阳光直射赤道)在日落后12小时内有多长时间该观察者看不见此卫星？已知地球半径为R，地球表面处的重力加速度为g，地球自转周期为T，不考虑大气对光的折射,【解析】根据题意画出卫星接受不到太阳光的几何图景，然后由牛顿第二定律及万有引力提供向心力求出卫星的轨道半径，再由几何知识求出对应的角度，最后由周期公式求出时间即可,【再上台阶】,12质量为m的登月器与 航天飞机连接在一起，随 航天飞机绕月球做半径为 3R(R为月球半径)的圆周 运动如图所示，当它们 运行到轨道的A点时，登 月器被弹离，航天飞机速度变大，登月器速度变小且仍沿原方向运动，随后登月器沿椭圆轨道登上月球表面的B点，在月球表面逗留一段时间后，经,快速起动仍沿原椭圆轨道回到分离点A与航天飞机实现对接已知月球表面的重力加速度为g月科学研究表明，天体在椭圆轨道上运行的周期的平方与轨道半长轴的立方成正比试求： (1)登月器与航天飞机一起在圆周轨道上绕月球运行的周期是多少？ (2)若登月器被弹射后，航天飞机的椭圆轨道长轴为8R，则为保证登月器能顺利返回A点，登月器可以在月球表面逗留的时间是多少？,

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