行星的运动物理教案

行星的运动物理教案（共8篇）

篇1：行星的运动物理教案

教学目标

知识目标

1、了解“地心说”和“日心说”两种不同学说的建立和发展过程；

2、开普勒对行星运动的描述；

能力目标

1、培养学生在客观事实的基础上通过分析、推理，提出科学假设，再经过实验检验的正确认识事物本质的思维方法。

2、通过学习，培养学生善于观察、善于思考、善于动手的能力。

德育目标

1、通过开普勒运动定律的建立过程,渗透科学发现的方法论教育、建立科学的宇宙观。

2、激发学生热爱科学、探索真理的求知热情。

教学重点

“日心说”的建立过程和行星运动的规律

教学难点

学生对天体的运动缺乏感性认识，和开普勒如何确定行星的运动规律的。

教学方法

1、“日心说”的建立的教学――采用对比、反证及讲授法。

2、行星的运动规律的建立――采用挂图、放录像资料或用cAI课件模拟行星的运动情况。

教学用具

行星运动的挂图、资料片、投影仪和投影片。

课时安排

1课时

教学步骤

导入新课

在浩瀚的宇宙中有着无数大小不一，形态各异的天体，如太阳、地球、月亮、星星等等。这些天体是如何运动的呢？人类最初是通过直接的感性认识以及受宗教的影响，建立了“地心说”，但后来，第谷等科学家通过长期观测，记录了大量的观测数据，对地心说进行挑战，哥白尼在些基础上提出了“日心说”，“日心说”认为太阳是宇宙的中心，其他天体（包括地球）都绕太阳作匀速圆周运动。“日心说”虽在“地心说”的基础上前进了一大步，但“日心说”解释行星运动时与实际观测的结果仍有一定的误差，最终开普勒通过计算，确立了行星运动的正确图景：所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上，所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等。开普勒对行星运动的描述，为牛顿发现万有引力定律奠定了重要的基础。

新课教学

（一）用投影片出示本节课的学习目标：

了解“地心说”和“日心说”两种不同学说的建立和发展过程；

知道开普勒对行星运动的描述；

（二）学习目标完成过程：

1、“地心说”和“日心说”的发展过程：

我们生活在地球上，地球是浩瀚宇宙中无数星球中的一个，这些星球是如何运动的呢？

在古代，人们认为地球是静止不动的，太阳、月亮及其它行星都围绕着地球运动，这就是“地心说”。“地心说”符合人们的日常经验，也符合宗教神学关于地球是宇宙中心的说法。但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，由大量的观测数据表明，用托勒密的“地心说”模型很难得出完满的解答，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都围绕自己的轴线旋转一周呢？他假想地球并不是宇宙的中心，它与其他行星都是围绕着太阳在作匀速圆周运动的。这个模型称为“日心说”，用“日心说”能够较好地和观测数据相符合，但是哥白尼思想很晚才为人们所接受，他的著作发表后，几乎在一个世纪中完全被人们所忽视，主要原因是：（1）在他们的著作中，“日心说”只是一个“假设”，若用这个“假设”，行星运动的计算比“地心说”容易得多。（2）当时的欧洲正处于基督教改革与反改革的骚乱中，一个人的科学见解可能会成为判断其是否忠诚的试金石。（3）在哥白尼的著作中有一些很不精确的数据，根据这些数据得出的计算结果不能很好地与行星位置的观测结果相符合，（4）最后，甚至于连哥白尼本人也认为必须把托勒密的“本轮”的思想引进他的模型中。

丹麦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，他花了几年时间一遍一遍地进行数学计算，通过计算，他感到哥白尼的“日心说”是正确的，并且把行星运动的轨迹修改为椭圆，他的发现可以归结为行星运动三大定律，这些经验定律精确地与观测数据相符，因而被人们接受。

2、开普勒行星运动定律

开普勒关于行星运动的描述可以表述为三大定律，我们主要是介绍第一定律和第三定律。

开普勒第一定律：所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上。

由于行星的运动轨迹不是正圆，因而它与太阳的距离一直都在改变，有时它向太阳*拢，而有时则向远离太阳的方向漫游。在整个运动过程中，它的速度大小和方向是不断改变的。

开普勒第三定律：所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等。

虽然每个行星的椭圆轨道各有一个，但它们运动的轨道的斗半长轴的三次方跟公转周期平方的比值都是相同的，我们用R代表椭圆轨道的半长轴，T代表公转周期，经验公式表述为：

比值k是一个与行星本身无关的物理量，由这个定律我们知道，离太阳最近的行星――水星的运动周期最水（为88天），我们生活的地球的运转周期约为365天。

巩固训练

如果我们用天文望远镜观察一年中不同时期火星的位置，并且将这些位置连线，请你想像将会是怎样的一条线呢？火星的周期为787天。

小 结

本节课我们学习了行星的运动，了解了人类对行星运动的探索和认识的过程，知道了所有行星都是沿椭圆轨道绕太阳运动的，并且符合公式：

应该说明的是：

（1）行星绕太阳运动都符合：

如对地球和木星比较，就有：

但月球人造卫星以及其它行星的卫星并不是主要绕太阳运动的，它们和行星的运动比较，就有：

（2）对于同一个行星的不同卫星，它们也符合运动规律：

如月球和各人造卫星同步，就符合这一规律，但k’是与k不同的量，这一点我们在学完这一章后将能够证明。

作业

1、阅读课本P111阅读材料“行星、恒星、星系和宇宙”

2、太阳系中有九大行星，请你将它们绕太阳运动的周期由小到大依次排序。

3、阅读有关同步通讯卫星的材料，估算出它和月亮距地心的距离比值

板书设计

一、行星的运动

1、“地心说”与“日心说”的发展过程

2、开普勒行星运动定律：

（1）内容

（2）公式：行星的运动这

篇2：行星的运动物理教案

1、教材分析

本节教材介绍了人们对星体运动的认识过程，重点介绍开普勒三定律，目的是引导学生认识天体运行的规律与地面物体的运行规律本质上是相同的，从而为万有引力定律的得出作准备。这节内容对学生来说是抽象的、陌生的，甚至无法去感知。所以本节课主要引导学生了解人类对星体运动认识的发展过程，从“日心说”和“地心说”的内容到其两者之间的争论，从第谷的精心观测到开普勒的数学运算，在学生整体感知的过程中引导学生体会这些大师们的思路、方法及他们的一丝不苟的科学精神，并激发他们热爱科学、探索真理的求知欲望。

2、学生分析

高一的学生对知识充满着一种渴望，具有浓厚的学习兴趣，他们的观察不只停留在一些表面现象，而具有更深层次的探究愿望。他们对天体的运动充满好奇又觉得非常神秘而不易理解。但对行星的运动的了解只停留在看科普电视节目、科普书籍和地理课的介绍层面上，对古代天体运动的两种学说和开普勒行星三定律还很陌生。

二、教学目标

(一)、知识与技能

1.了解中国古代宇宙观。

2.知道地心说和日心说的基本内容。

3.知道开普勒关于行星运动的三大定律的内容。

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。

(二)、过程与方法

1.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.

2.渗透科学思想、科学方法、科学品质的教育，感知物理学史，体会科学发展的曲折与艰辛。

3. 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

1. 通过对天体运行研究历史的了解，感悟科学家对科学的执著和献身精神。

2.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.

3. 培养学生热爱科学、献身科学的精神和勇于创新、敢于坚持真理、实事求是的科学态度。

激发学生的爱国热情

4.感悟科学是人类进步不竭的动力.

三、教学重点和难点

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。

教学难点：对开普勒行星运动定律的理解和应用。

四、教学方法

1.“日心说”的建立教学——采用学生自主阅读对比、反证、合作交流及讲授法。

2.行星运动规律的建立——采用放录像和CAI课件模拟行星的运动情况。

五、教学过程：

创设情景、引入新课

播放嫦娥一号发射升空到绕月过程的视频动画。

(激发学生的学习兴趣和爱国热情，体会物理的重要性)

教师：谁没有在童年遥望星空的记忆?漫天星斗曾经激起多少美丽的梦想!

我们与无数生灵生活在地球上，白天我们沐浴着太阳的光辉.夜晚，仰望苍穹，繁星闪烁，美丽的月亮把我们带入了无限的遐想之中，这浩瀚无垠的宇宙中有着无数的大小不一、形态各异的天体，它们的神秘始终让我们渴望了解，并不断地去探索…

(把学生的思绪带回到童年，激发学生对宇宙、对行星运动探究的欲望。)

新课教学

(一)、简介中国古代宇宙观

1.盖天说：天圆如张盖，地方如棋局。

2.张衡的浑天说：“天地之体，状如鸟卵，天包地之外，犹卵之裹黄，周旋无端，其形浑浑然。”

(简介中国古代宇宙观，使学生对我国古人对天体运动的研究有所理解)

(二)、地心说与日心说

学习与交流：请学生阅读教材课文一、二自然段思考下面几个问题：

课件展示问题：

1.古代人们对天体运动存在哪些看法?

2.什么是“地心说”，什么是“日心说”?

3.哪种学说占统治地位的时间较长?

4.两种学说争论的结果是什么?

[学生活动]阅读课文，并从课文中找出相应的答案。

1.在古代，人们对于天体的运动存在着地心说和日心说两种对立的看法。

2.“地心说”认为地球是宇宙的中心，是静止不动的，太阳，月亮以及其他行星都绕地球运动;“日心说”认为太阳是宇宙的中心，地球，月亮以及其他行星都在绕太阳运动。

3.“地心说”占领统治地位的时间较长.

4.“日心说”与“地心说”争论的结果是“日心说”最终战胜了“地心说”，真理最终战胜了谬误。

教师：介绍“地心说”和“日心说”的发展过程

多媒体展示“地心说”和“日心说”的观点，并配以动画。

(让学生对这两种对立的学说有一个简单的感性认识。)

(三)、开普勒对行星运动的研究

教师：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，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′。开普勒想，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。

(使学生领略前辈科学家们对自然奥秘不屈不挠探索的精神和对待科学研究一丝不苟的态度，从而感悟科学的结论总是在顽强曲折的科学实践中悄悄来临)

请学生阅读课文三、四、五自然段，同时回答下列问题：

课件展示问题：

篇3：开普勒行星运动定律的探究

关键词：椭圆定律,等面积定律,和谐定律,万有引力定律

众所周知, 1601年第谷先生临终将毕生心血———其夜以继夜观测到的大量天文数据赠予了他的学生开普勒, 开普勒则不负恩师所托, 通过大量筛选、计算, 于1609年建立了关于行星运动的如下两个定律:椭圆定律:每一个行星都在一个椭圆轨道上运动, 太阳处于这椭圆的两个焦点之一上;[1]等面积定律:连接太阳和行星的矢径在相等的时间内扫过相等的面积。[1]又经过10年的研究, 开普勒于1619年提出了行星运动的第三定律:和谐定律:行星运动周期T的平方正比于行星与太阳平均距离D的三次方, 即T2/T21=D3/D31。[2]

以上三个定律被合称为开普勒行星运动定律, 它们并不仅仅是自然现象的总结而是凝聚着深刻内涵, 下面我们逐一进行分析:

椭圆定律:在此定律提出之前, 波兰天文学家哥白尼提出了日心说, 大大打击了中世纪教会统治的两大根基之一“地心说”。但是严格来讲哥白尼的日心说缺少精确的实验数据和严密的逻辑推导, 只能算作一个几何模型而不能算作物理模型。当时很多人认为, 圆周运动是最完美的, 因而神圣和永恒的天体必然应该做匀速圆周运动, 无需什么动力, 这就给天体运动的研究蒙上了一层神秘的面纱。而椭圆定律的提出则打破了这种“完美”, 揭示出行星运动与普通物体一样可以被观测, 可以被研究;再加上当时伽利略等已经指出, 物体改变运动状态要有力的作用, 由此引发了人们对天体运动的思考, 对天体间作用力的研究。

面积定律:借助于高等数学中关于矢量的运算, 应用面积定律我们可以得出星体间作用力的方向。

利用矢量运算法则, (1)

(2) 式两侧同时对时间求导, 可得

由面积定律, 可知 (d A) '=0

将代入 (4) 式, 得

即行星受到的来自太阳的作用力沿行星与太阳的连线, 考率到行星围绕太阳运动而不逃逸, 可知行星的受力方向沿行星与太阳的连线, 并由行星指向太阳。

和谐定律:对太阳系的九大行星而言, 应用和谐定律及圆周运动的一般公式

其中 (8) 式中的m为行星的质量。

考虑到受力物体的对称性 (即作用力与反作用力的关系) , 太阳也应受到来自于行星的作用力, 而这个力应与行星所受力对称, 即

其中 (10) 式中的M为太阳的质量。

开普勒在提出行星运动定律时曾指出其具有普适性, 即可应用于任意星系, 因此由其推导出的 (11) 式应适用于任意两物体, 也就是说 (11) 式即为我们现在所广泛应用的万有引力公式。

综上, 开普勒行星运动定律的提出, 体现了科学研究的实质 (循序渐进的将自然现象及科学实验现象进行演绎、分析, 再经过严密的推理归纳出精确的表述, 即定律、定理等[3]) , 从而使近代科学的开路先锋———天文学真正成为一门精确科学;同时, 开普勒行星运动定律又蕴藏着伟大的万有引力定律, 在其推导过程中同样体现了科学研究的精髓[4] (严密的逻辑推导) 。因此, 本文对以培养学生科学精神为己任的现代物理课程[5]提出如下建议:将开普勒行星运动定律作为重点内容来处理, 并从中推导万有引力定律。这将使学生真正了解万有引力定律提出的社会及科学背景, 从而打破很多学生心中万有引力定律的“神秘性”, 避免学生将万有引力定律作为“苹果落地”时上帝赐予天才物理学家牛顿的“灵感”来接受[6]。这即是培养学生科学思维、科学方法的要求, 也是使学生能够熟练驾驭万有引力定律的要求。

参考文献

[1]Opera, ed.Frish, Vol.Ⅲ., 337, 408;Astronomia nova.

[2]De Harmonia munda, Iib.Ⅴ., Chap.3.Opera, Vol.Ⅴ., 279.

[3]杨振宁.易经对中华文化的影响[Z].2004-9-3.

[4]倪光炯, 王炎森, 钱景华, 方小敏.改变世界的物理学M].上海:复旦大学出版社, 1998.

[5]物理教学改革十人谈之北京大学甘子钊[J].中国大学教学, 2000, (02) .

篇4：运动场上的物理学

跳高运动员是从横竿下钻过去的吗?

有人告诉你，优秀跳高运动都是从横竿下钻过去的，你一定不相信。听到这样的话大家都会感到吃惊，难道裁判和观众的眼睛都出了问题吗?非也，让我道出原委。

跳高是田径运动中的重要项目，最初的男子世界跳高记录是1．70米左右，现在的世界记录已经超过2．40了。跳高是人依靠自己的力量克服地球的引力，使身体越过横竿的运动。看来这是一个力气活，它有没有窍门呢?有。

美国科学家做了一个试验，请了270名男学生做立定跳高测试，大多数人立定跳高可使身体重心升高0．51米左右。看来人的弹跳力大体相同。当然跳高运动员会跳得更高一些。

那么除了弹跳力之外，还有什么重要因素影响人跳得高矮呢?从跳高运动史来看，跳高的姿势是很重要的因素。跳高的姿势决定了人体跳跃横竿时人体重心与横竿的相对位置。现在跳高的姿势有五种：跨越式、剪式、滚式、俯卧式、背越式。运动员用跨越式过竿时人体的重心必须在横竿上几十厘米。剪式、滚式、俯卧式虽然能使运动员的重心与横竿之间的距离缩小，甚至可以使运动员的重心擦着横竿过去，但仍然不是最好的跳高姿势。

用背越式跳高可以使运动员的重心从横竿下面过去。这话听起来好像是胡言乱语，事实上是完全可以办到的。

背越式跳高的过程是这样的，运动员起跳后有一个侧转动作使背对横竿。运动员腾空后注意用两腿、双臂、腰、头和颈来控制身体的重心，使其尽量降低。过竿的时候腰向后大幅度弯曲，头和肩先越过横竿，这时人体的重心还未过横竿，处于低于横竿的位置，接着迅速收腿，肢体相对位置的变化，使重心也发生了变化，重心向肩背方向移动。运动员在过竿时，利用肢体相对位置的变化，使身体的重心移出了体外，这样运动员的身体是从横竿上过去，而运动员身体的重心却从横竿下面过去了。如果以重心来表示运动员运动的轨迹，就可以说运动员是从横竿下过去的。这样的说法是正确的，因为对一个物体做功是要看把物体的重心升高了多少。既然运动员身体的重心是从横竿下过去的，运动员做的功也只能算到横竿以下。

运动员的身体是从横竿上过去，而运动员身体的重心却从横竿下面过去，这岂不是一件怪事吗?其实，物体的重心在物体之外的情况经常出现。测一个物体重心的办法很简单，只要把被测的物体用一根绳子吊起来，然后顺着绳子的方向向下画一条直线，然后换一个地方用绳子把重物吊起来，再画一条线，两条线的交点就是物体的重心。有时候，两条线的交点不在物体上，而是在物体之外，这时重心就在物体之外了。

真正跳高时，原理并不重要了，而技巧却是最重要的，因为原理一讲就会明白，实践这个原理就不那么容易了，需要解决适时调节肢体的位置，掌握起跳时机等一系列技术问题。所以懂这个道理的人不少，能跳得高的人并不多。

铁饼、链球是扔出去的，还是转出去的?

我们在日常生活中经常会看到一些离心现象。杂技演员表演的一种叫做“水流星”的节目令人感到惊异。用一根绳子两头各拴上一个盛有水的小水桶，以一定的速度旋转，即使把水桶翻身桶里的水一滴都不会泼出来。这在物理学上称为“离心现象”，这需要水桶旋转达到一定速度，经过计算每秒钟转一圈半水就不会泼出来。

一些体育运动项目运动的过程也是利用离心现象，如：铁饼、链球。在这两个项目中，我们会看到运动员手持铁饼或链球先做圆周运动 (旋转)，并不急于把铁饼、链球抛出去，而是加速旋转，待具有一定的旋转速度后，突然撒手，铁饼或链球就会沿切线线方向飞出去了。运动员要得到好的成绩除了要提高旋转速度之外，还要注意撒手的时间和位置，这就要求运动员一定要让铁饼或链球飞出时的切线方向控制在一个扇形的区域内。在铁饼、链球运动员投掷的场地都有一个金属网架，它只在对着投掷场地的那一边开口。万一运动员撒手早了或晚了铁饼或链球就会被金属网架挡住而不至于飞向观众。

一些离心运动会造成对身体的危害。例如在航空运动中，飞机俯冲、拉起或翻跟头时，飞行员的血液由于离心运动流向下肢，从而造成飞行员大脑缺血，四肢充血。这会使飞行员暂时失明，甚至昏厥。因此必须对飞行员进行严格训练，使之逐步适应。

为什么跨栏架的横木是黑白相间的?

刘翔在雅典奥运会上勇夺110米栏的冠军，不仅为国争了光，而且打破了亚洲人不适合做短跑项目的预言，成为所有亚洲人的骄傲。

那么为什么跨栏的栏架横木是黑白相间的呢?你可能不知道这与羊还有点关系呢，因为跨栏运动源于牧童的游戏。人们发现，顺着阳光看，白羊最醒目；逆着阳光或光线不足时，黑羊特别显眼。这是因为，白色物体能完全反射照在它上面的光，所以看起来很明亮；黑色物体则可以完全吸收照在它上面的光，光不足时，呈现出深暗色。

这下你明白了吧，跨栏的横木涂成黑白两色相间，可以在任何方向上都能看得很清楚。不仅如此，黑白的强烈对比，还能引起运动员中枢神经系统的兴奋与集中，可以提高肌体的活动能力。如果跨栏架横木的反光强度正好适应视觉生理要求，还不会引起神经的疲劳，从而可以提高运动员动作的准确性。

摔跟头也有技巧

跟头谁没摔过，可谁愿意摔呢?此话差矣!人们发现在体育运动中，有的运动员很会摔跟头，这其实是自我保护。从物理的运动学角度看，摔跟头无非是由运动到静止的过程。运动的物体有动能，停止下来，动能没有了。这部分能量恰恰等于外力对物体所做的功。这个功的效果就是把被摔者撞疼，摔伤，使皮肉甚至筋骨受苦。

运动场上运动员摔跟头问题，在物理学中就是动量的问题。运动物体的质量与速度的乘积叫做它的动量。显然，摔倒后静止的人，动量为零。而由运动到静止的动量之差等于冲量。冲量是冲力与时间的乘积。也就是说，同样的动量变化量如果作用时间长，冲击力就小，时间短，冲击力就大。如果设法把这个动量变化的过程延长，冲击力就会减少，人也许就不会受到伤害了。这就是物理学中的动量定理：物体所受合外力的冲量等于它的动量的变化。

篮球运动员总是一面接球，一面转身并将手缩回，用以延长接住球的时间。如果双手迎上去，迅速把球接住，过程的时间是短了，但手会疼得很厉害，甚至可能受伤。足球运动员被绊倒时，如果一个“大马趴”摔在地上，就可能会摔断锁骨；如果他用肩膀后部着地，就势在地上打几个滚，就不会出危险。因为他通过打滚，延长了这个过程的时间，使冲击力减少了。足球运动员受伤多半是跟头没有摔好。两个人撞在一起就无法延长相撞的时间。

初学滑冰的人，总怕摔，如果知道在摔倒前将两腿往前伸，“出溜”一下，来个“老头钻被窝”，让自己的后背着冰，就绝不会有问题的。当然，脑袋要缩一下，不要让后脑勺磕在冰上。另外，滑行时，最好哈着点腰，既降低重心又减少阻力。这时如果失去平衡，你就把双臂伸向前方，“尽情地”扑出去，这样会在冰面上滑出很远，延长了冲击时间，冲力就小了，人也就相应安全了。学会摔跟头已是运动员必修的物理“课程”。

我们在马路上骑车，偶尔摔倒，手破了，裤子膝头也破了，腿流血了，就是因为摔得太“干”，马路太涩了，使你无法滑出去来延长碰撞时间。当然，你也不能做横滚动作，万一滚到别人的车轮下，损失就更大了。

拔河不光靠力气

一般人都认为，拔河谁的力气大谁就能赢呗。这样的说法不完全对。力气固然重要，技巧也不可忽视。

有人根据牛顿第三定律，认为对于拔河的两个队，甲对乙施加了多大拉力，乙对甲也同时产生一样大小的拉力。可见，双方之间的拉力并不是决定胜负的因素。并由此断言拔河主要是靠技巧，力气并不重要。

如果对拔河的两队进行受力分析就可以知道，只要所受的拉力小于与地面的最大静摩擦力，就不会被拉动。因此，增大与地面的摩擦力就很关键了。首先，穿上鞋底有凹凸花纹的鞋子，能够增大摩擦系数，使摩擦力增大；还有就是队员的体重越重，对地面的压力越大，摩擦力也会增大。

以上这些做法只是不会被拉动的根据，但是要地别人拉过来还得有力气，这个力气不仅表现在手上而且更表现在腿上。当你用力蹬地时，就会有一个反作用力作用在你身上，这个力的水平分量大于对方的拉力时，就可以把对方拉动了。

当然，如何得这个蹬地的反作用力，又如何增大这个力的水平分量，在很大程度上还取决于人们的技巧。比如，脚使劲蹬地时腿部的弯曲程度要合适，用力要迅速。再如，人向后仰的角度要合适，仰角太小反作用力的水平分量就小，仰角太大人又容易滑倒。所有这些技巧都是建立在力量的基础之上的，没有力量什么技巧也无法使用。此外，拔河是一个集体运动项目，统一行动力往一处使也是非常重要的。

篇5：高中物理行星的运动教案

知识目标：了解“地心说”和“日心说”两种不同的观点及发展过程;知道开普勒对行星运动的描述。

能力目标：培养学生语言表达能力;协作能力;计算推理能力;以及在客观事物的基础上通过分析、推理提出科学假设，再经过实验验证的正确认识事物本质的思维方法。

情感目标：通过开普勒行星运动定律的建立过程，渗透科学发现的方法论教育，建立科学的宇宙观;激发学生热爱科学、探索真理的求知热情。

【教学重点】“日心说”的建立过程和行星运动的规律

【教学难点】学生对天体运动缺乏感性认识;开普勒如何确定行星运动规律的

【教学仪器】录像，课件，图钉，纸，线

【教学方法】启发式综合教学法

【教学过程】

引入：

宇宙中有无数星系，与我们最密切的星系就是太阳系，首先我们通过一段录像来看一下太阳系的结构。太阳系中有九大行星，这是我们早就获知的一个信息。然而，，8月24日国际天文学联合会大会通过新的行星定义，冥王星因不能清除其轨道附近其他天体而被“逐出”行星行列，编入“矮行星”。这样的话，太阳系就只有八大行星了，今后教材对这一点内容会做相应的修改。

行星重新定义一事，表明人类对太阳系的认识又加深了一步，开始进入探测太阳系的黄金时代。那么，在古时，人类是对太阳、月亮、地球等天体的运动有过什么样的看法?

新课教学

最早，人类从观察北极星常年不动，及北斗七星的回转现象认为天是圆的地是方的，即天圆地方。直至公元二、三世纪才对宇宙中各天体的运动形成初步的理论——地心说。公元16世纪又提出了日心说。

一、地心说

首先请地心说小组展示自己的ppt，简要介绍地心说的发展过程及主要内容。

地心说的主要内容是：地球是宇宙的中心，并且静止不动，一切行星围绕地球做简单完美的圆周运动。

接下来有请日心说小组介绍其创立者和主要内容

二.日心说

日心说的内容：太阳是宇宙中心并且静止不动，地球围绕太阳做圆周运动，并且在自转，其他行星都围绕太阳做圆周运动。

过渡：我们现在知道地心说是错误的，哥白尼的日心说也并不完全正确，因为太阳并不是宇宙的中心，而是银河系中的一颗普通恒星，它也不是静止不动的。但日心说比地心说更接近真理。但日心说的传播必然危及教会的思想统治。罗马教廷对公开支持日心说的科学家加以迫害，把日心说视为“异端邪说”。可见，日心说最终战胜地心说是一个漫长而艰难的过程。

三.日心说的发展过程

请日心说发展史小组介绍为日心说的发展做出巨大贡献的科学家。参看殉道者哥白尼学说的弘扬。

过渡：虽然哥白尼、伽利略等人否定了地心说，但仍然认为行星围绕太阳做简单的完美的圆周运动。那么是谁纠正了这个观点，使“日心说”更彻底地否定地心说.开普勒。提到开普勒我们就有必要先了解留给开普勒大量精确观测资料的人——丹麦的天文学家第谷·布拉赫(1546-1601)。

有请第谷小组讲述其对天文学的贡献。参看第谷和开普勒的故事，两颗超新星——第谷和开普勒，建立万有引力的背景

过渡：第谷连续对750颗左右恒星进行观察并有准确记录，为开普勒革新行星运动理论，发展日心说奠定了基础，那么开普勒如何发现行星运动三大定律的呢?请开普勒小组介绍

接下来，我们通过录像把从地心说到日心说的主要代表人物，它们的理论以及建立的宇宙体系作个总结。

看了录像和先前同学们的介绍，请大家谈谈：从哥白尼、布鲁诺、伽利略、第谷、开普勒这些科学家的事迹中，我们受到了什么样的启迪?(从科学态度及研究方法来看)

相信真理，不迷信权威的实事求是的科学态度(哥白尼提出日心说，布鲁诺坚持宇宙无极限的思想，伽利略坚持相信天文观测的结果，支持日心说，开普勒放弃匀速圆周运动，采用椭圆轨道)，一丝不苟、孜孜以求的精神，严谨的科学态度(哥白尼4个九年时间论证自己的理论，第谷20年时间坚持不懈的观察记录，开普勒对行星运动规律的探索(用开普勒自己的话说：“十六年了，我终于走向光明，认识到的真理远超出我的热切期望))，我们对待学习更应该是脚踏实地，认认真真，不放过一点疑问，要有热爱科学、探索真理的热情及坚强的品质，来实现人生价值.

四、开普勒定律

1.开普勒第一定律(轨道定律：教师补充作图，并展示课件)

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.

第一定律涉及到椭圆，接下来我们通过作图来了解有关椭圆的一些知识。同学们手上有白板、纸、图钉、细线，根据做一做的要求画出椭圆。图钉所处的位置就是椭圆的焦点，那么椭圆就有两个焦点。过两焦点与椭圆相交的线段长就叫长轴，长轴的一半就叫半长轴，用字母a来表示。椭圆上任一点到两焦点的距离和是定值还是一个变化的值?。有了椭圆的初步认识后，第一定律就更好理解了。看课件。八大行星运动的椭圆轨道并不相同，但太阳始终位于这些椭圆的同一个焦点上。

2.开普勒第二定律(面积定律)

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：如何来理解这个定律呢?我们还是利用刚才所画的椭圆，行星在这个椭圆轨道上绕太阳运动。行星好比作图中的哪个工具?笔。太阳就在左侧焦点。这两者的连线就是左侧图钉到笔的绳长。请同学们让笔分别在近日处和远日处匀速地运动起来，在相等的时间内，绳长扫过的面积是否相等?近日处小于远日处。依据第二定律，绳长扫过的面积要相等，笔在哪处运动的快?

可见，第二定律揭示了行星并不做匀速率运动，而是近日处速率大于远日处。

3.开普勒第三定律

行星运动速度与行星距太阳远近有关，于是开普勒就联想到行星运动周期也应与行星到太阳的距离有关。于是，他继续对着第谷留下的一堆数字去动脑子。开普勒将人们最熟悉的地球到太阳间的距离R定为1，地球绕太阳的公转周期T是1年，以此为标准再换算其他行星的周期和到太阳的平均距离(半长轴a)，将观测数据转化成这么一堆数字：

行星 a T 行星 a T 水星 0.387 0.241 火星 1.524 1.881 金星 0.723 0.615 木星 5.203 11.862 地球 1.000 1.000 土星 9.539 29.457 从这一堆数据里怎么找出规律?我们总是从最简单的比例关系入手，由简单到复杂。同学们所熟悉的比例关系有哪些?正比，反比，平方成正比，三次方成正比等等。接下来我们就来找找看。成正比就意味着a/T是一个定值，反比意味着aT是一个定值，以此类推。开普勒当时没有计算器，就靠一只笔，做了无数次这样的加减乘除，用了整整九年的时间才得到两者的关系：a的三次方和T的二次方成正比的关系

大家看一下a3与T2的比值。所有行星都是相同。可见：所有行星的椭圆轨道的半长轴的三次方与公转周期的二次方的比值都相等，这就是行星运动的第三条定律

表达式可为： a表示椭圆的半长轴，T代表公转周期

小结：开普勒第一定律否定了圆轨道;第二定律否定了匀速率运动;第三定律建立了所有行星之间的联系。开普勒三定律为后来牛顿发现万有引力定律奠定了基础，开普勒被称为天空的立法者。

1618～16，开普勒写了(哥白尼天文学概要>一书，把天文学的研究概括为5个方面：① 观测天象;② 提出对观测到的天象进行解释的假说;③ 宇宙论的物理或哲学;④ 推算天体过去与未来的方位;⑤ 有关的仪器制造和使用的机械学。这一概括表明到开普勒时期，天文学已经具有了自己的研究对象、研究体系和研究程序，产生了近代自然科学的基本方法：进行观测一提出假说一形成理论一实践验证一实际应用。这也正是自然科学革命首先在天文学领域开展的一个基本前提。实验归纳和数学演绎相结合的方法，是科学研究的重要方法。

篇6：高中物理必修二教案行星运动

1、理解和掌握开普勒行星运动定律，认识行星的运动

2、对开普勒行星定律的理解和应用。

篇7：高中物理必修二教案行星运动

引入新课：

自人类诞生之日起，我们就对这茫茫宇宙充满了好奇，希望探索宇宙的奥秘。我国古代产生了很多与此有关的美丽神话传说，比如关于宇宙的来源——盘古开天地。科学技术发展到今天，科学家对宇宙万物有了一定的认识。现在，我们知道，宇宙是这样产生的——宇宙大爆炸。 本节我们就共同来学习前人所探索到的行星的运动情况。

进行新课 ：

一、古人对天体运动的看法及发展过程 在古代，人们对于天体的运动存在着两种对立的看法，被称为“地心说”和“日心说”(教师介绍相关物理学史)。

1、“地心说”：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、“日心说”：太阳是宇宙的中心，地球、月亮以及其他行星都在绕太阳运动。

【提问】“日心说”和“地心说”哪种观点更正确?日心说的观点是否绝对正确?

若地球不运动，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，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。 “日心说”也并不是绝对正确的，太阳只是太阳系的中心天体，而太阳系只是宇宙中众多星系之一，因此太阳并不是宇宙的中心，也不是静止不动的。迄今为止，人类还没有发现宇宙的中心。

二、开普勒行星运动定律:

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、最和谐的匀速圆周运动。开普勒研究了第谷的行星观测记录，发现假设行星作匀速圆周运动，计算所得的数据与观测数据不符，只有认为行星作椭圆运动，才能解释这一差别。

出示表一：节气表。

由节气表分析可知，一年中四季的时间为：春季92天，夏季94天，秋季91天，冬季90天。如果地球运动轨道是圆，四季的时间应该是相等的，四季时间不等，说明地球绕太阳运动的轨道不是圆，而是椭圆。

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。(轨道定律)

【认识椭圆】 椭圆有2个焦点，半长轴用 表示，半短轴用 表示。

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)

【提问】根据开普勒第二定律，如果一颗行星绕太阳沿椭圆轨道运动，它在远日点 和近日点 的速度大小相等吗?

由图易知，相等时间内在远日点附近运动的弧长 小于在近日点附近的弧长 ，因此可知，远日点速度小于近日点速度，即 。

3、开普勒第三定律：所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等。(周期定律)即： (k为常量)

提问：比值k与行星无关，它可能跟谁有关呢?来分析下面一组数据。

出示表二：太阳系行星与地球卫星半长轴、周期一览表

由表中数据分析可知，围绕太阳运动的八大行星的K值相等，围绕地球运动的2颗卫星的K值也相等。由此得出结论：K值只与中心天体有关。中心天体相同，K值相等;中心天体不同，K值一般不同。

篇8：行星的运动物理教案

哥白尼采用理性观察方法[1]提出日心说。伽利略在1632年出版的《关于两大世界体系的对话》通过“斜面的理想实验”,“乘船的理想实验”[2]支持日心说,成为“惯性定律”的重要实验依据,又称伽利略坐标变换。

牛顿在前人的基础上,建立运动学的三个基本定律。牛顿在《原理》中写到“我的这部著作论述哲学的数学原理,因为哲学的全部困难在于:由运动现象去研究自然力,再由这些力去推演其他现象。”[3]

行星绕太阳作公转运动,除了遵守万有引力定律外,还具有同向性,轨道共面性,公转周期都大于太阳的自转周期。牛顿对此无法解释,最后归结为上帝的安排[3]。利用该模型的其它的演化说,归为不能验证的、无法重复的初始条件或偶然事件[4]。

从逻辑推理上看,牛顿的惯性定律更是一个公共假设!

“一个物体,如果不受力的话,它将保持原来静止或匀速运动的状态;”(惯性定律)

一杯热水,如果不散热的话,它将保持原来的温度状态;(与热力学熵增原理相矛盾)

一个带电体,如果匀速运动与静止一样的话,电流将不产生磁场;(实际观察相矛盾)……

上面语句的逻辑推理是一样的,牛顿的话就是“第一定律”,别的话大多是与客观事实相反的假设。这显然是不公平的。

2 惯性定律实验观察的片面性

牛顿在《原理》中,并没有给出惯性定律的实验证明,仅解释“抛射体如果没有空气的阻力或重力向下牵引,将维持射出时的运动。伽利略的实验通过“小球在斜面上滚落到水平板上,(如果不考虑阻力或者没有阻力)小球在水平板上将永远运动下去”。另一个实验乘船实验:“船在静止不动时,我们看到这些有翅膀的小昆虫如何以同样的速度飞向房间各处;看到鱼如何毫无差别的向各个方向游动;又看到滴水如何全部落到下面所放的瓶子中,而当你把什么东西扔向你的朋友时,只要你和你的朋友距离保持一定,你向某个方向扔时,…[2].”

伽利略早已发现观察中的悖论:一方面应当相信观察,因为正是应当由观察来证实或反驳理论原理;另一方面,观察又往往欺骗我们。站在地球上,看见太阳绕地球运动是错误的,我们观察到运动的假象;雷同道理:凭什么保证伽利略乘船观察一定合理?

3 由行星/卫星长期运动特征,综合运动物体的“磁场”

3.1 行星/卫星长期运动公共特征

从太阳系主要特征中,寻找与速度有关的场(称为U-场)长期作用的特征。太阳系主要特征:同向性:九大行星公转运动的方向都与太阳的自转方向相同;共面性:九大行星公转运动的轨道面几乎都在一个平面上(该平面与太阳自转的赤道面夹角很小);九大行星的公转周期都大于太阳的自转周期;太阳的自转运动:赤道处最快,自转周期:25天,两极慢,自转周期约35天(太阳系主要特征详见表一)。

牛顿把太阳系主要特征归结为上帝的安排,其他人归结为不能重复的初始条件或偶然事故。相对论也没有给出更合理的解释。我们认为它是与运动有关的U-场,长期作用于行星运动的结果,该场自始至终在起作用,只是很弱,对天体的运动轨道的改变,只有长期效果。所作的多项推理与天文现象吻合。

大部分(约占总数的80%)卫星的公转运动也具有类似特征;行星快速自转,所带卫星就多.卫星的公转运动,总是一面朝着行星.

3.2 综合运动物体的“磁场”相对静止的定义:

具有相同速度和加速度的多个物体,互为相对静止;以相同角速度和角加速度,绕共同轴转动的多个物体,互为转动相对静止.:地面上许多物体以相同自转速度和公转速度随地球一起自转、绕太阳公转运动,处于与地球相对静止的状态;月球总是一面朝着地球,绕地球做公转运动,站在月球上看地球,地球的位置没有变化,这种静止称为转动相对静止。天文观测结果:几乎所有自然卫星总是一面朝着其行星,做公转运动,都处于转动相对静止状态。

相对静止的定律:物体的自然状态是相对静止,处在自然状态的要保持,未处在自然状态的要恢复之。即:如果物体未在相对静止状态,不论与周围物体是否接触,都要受其阻碍作用,损失动能,趋向于相对静止状态,又称为万有阻力定理[5]。

运动物体“磁场”的定义:运动物体产生与速度有关,恢复相对静止,符合洛伦兹变换的场,称为U—场。

运动物体产生与速度成正比的U—场:“场强与运动物体动量成正比,与距离的平方成反比,U—场作用力的方向与场源的运动方向相同”。U—场作用力:运动物体通过U—场对周围物体施加作用力。该力的大小与U—场强成正比,与受力物体的质量成正比。球形物体自转产生的U—场:U=K(J/R2)COSα,(式中J—球形物体自转的角动量)每点U场的方向与自转方向相同,并且是赤道面上最强,两极方向减小到零。天体通过U-场与周围物体作用,体现与周围环境保持和恢复相对静止的属性。

3.3 太阳系主要特征的演化解释

3.3.1 行星绕太阳运动的同向性,共面性

太阳自转产生的U—场:U=K(J/R2)COSα,(式中J—太阳自转的角动量)每点U场的方向与太阳自转方向相同,并且是赤道面上最强,两极方向减小到零。九大行星在太阳自转产生的U—场中运动,受到与太阳自转同方向上的U场力作用,所以行星在绕太阳公转运动中,必然表现为同向性。又因为太阳自转产生的U—场赤道面上最强,两极方向减小到零,所以九大行星在绕太阳公转运动中,九大行星的轨道面必然向场强的平面移动,经过几十亿年的长期作用,使九大行星的轨道面几乎演化到太阳赤道面,表现为共面性。这一点在木星,土星,天王星,海王星的卫星轨道上表现的更突出。

3.3.2 行星公转周期大于太阳自转周期

太阳系质量主要集中在太阳自身,它占太阳系总质量的99.865%。如果行星在绕太阳的公转周期大于太阳自转周期,太阳自转产生的U—场对行星施加一个与太阳自转同方向上的力,克服行星公转与周围天体相互作用的间接阻力。如果行星在绕太阳的公转周期小于太阳自转周期,即行星公转比太阳的自转快,行星公转运动产生的U—场主要对太阳施加作用力,使太阳自转加快,行星损失动能,所以公转周期小于太阳自转周期的行星不会长期存在。

行星绕太阳做公转运动,太阳有自转运动。如果行星相对静止在太阳系中,则其受到太阳自转产生的U-场力为零。但实际情况:太阳自转周期:25天/周,而水星公转周期:88天/周,如果水星的公转周期也是25天,成为太阳的同步行星。这时候,站在太阳上看,水星静止在空中不动,处于相对与太阳的转动静止状态。因此,受到太阳U-场力为零。所有行星的公转周期都大于太阳的自转周期。轨道半径小于同步卫星的天体,其公转周期小于其主行星的自转周期,也就是公转角速度大于行星的自转角速度,得不到中心行星的U-场作用,必然向下落!逆向卫星也得不到中心天体的能量资助,长期演化的总趋势:必然向下落。只有轨道半径大于同步卫星的卫星才能长期存在。

九大行星自转产生U场力,是卫星长期存在的先决条件。我们不难发现,质量相近的行星,U-场力大的拥有卫星多,反之卫星少甚至没有卫星。木星U-场力最大,拥有九大行星中最多卫星;土星U-场力排第二,卫星数也排第二;金星虽然比火星大,由于自旋力不及火星的百分之一,所以不仅无天然卫星,且获得人造卫星也比火星更难。

3.4 行星自转速度的演化

3.4.1 行星自转速度的现状

(1)地球自转长期减慢成因,目前的理论认为是潮汐作用。但是潮汐理论又很难解释:在类地行星中,地球自转又是最快的。(2)内六大行星的自转速度(行星日长),六大行星(水星,金星,地球,火星,木星和土星)自转现状看,自转速度与轨道半径没什么关系。由于它们的密度不一样,自转速度没有比较的标准。将行星的密度转换成统一值,计算行星的自转速度及行星日长(详见表3)。

从表3得六大行星的日长在考虑密度因素后有:离太阳近的行星,行星的日长就长,相对自转速度就慢;离太阳远的行星,相对自转速度就快。

3.4.2 行星自转速度的演化

(1)地球自转也要受万有阻力作用,损耗能量,表现其自转速度长期减慢。考古观测事实:考古学家发现,地球自转在地质时期内,自转速度长期减慢证据。六亿年前,地球自转每年420天,现在仅有每年365天。

(2)内六大行星的相对自转速度的演化

行星自转运动产生的U—场:U=K(J/R2)COSα,(式中J—行星自转的角动量)对周围物体施加作用力。又因为太阳系质量主要集中在太阳自身,它占太阳系总质量的99.865%,行星自转运动产生的U—场力,主要是对太阳施加作用力,同时受到的反作用力也主要来自太阳。太阳受到行星自转U—场的作用力:

太阳受到行星自转U—场的作用力距:

式中:R——行星到太阳的距离;J—行星自转角动量;M—太阳质量;α—行星的轨道面与赤道面的夹角。

太阳受到行星自转U—场的作用力距后,对U场源产生反作用,使行星损失自转角动量。由动量守恒可知:太阳受到行星自转U—场的作用力距等于行星损失自转角动量随时间的变化率,则有:

解得:ω=ω0e-(k/r)tcosα或T=T0e(k/r)tcosα

以太阳系形成时,行星的日长的平均值定式中的常数:K=0.085

上式得:T=T0e(0.085/r)tcosα

用上式进行模拟计算,计算结果见表4。

由表4行星日长,t=46亿年前,内六大行星自转周期在相同的数量级。推测,目前的内六大行星自转状况是长期受太阳的作用演化形成的。外三大行星(天王星,海王星,冥王星)的自转运动受卫星的影响很大,受太阳的作用已很弱。

3.5 卫星公转运动的长期变化

(1)大部分(约占总数的80%)卫星的公转运动特征:与其行星自转同方向,轨道面在其行星自转赤道面,绕行星的公转角速度小于行星的自转角速度。它们公转运动的演化解释类似规则行星,这里不在赘述。

(2)公转角速度大于或等于其绕转行星自转角速度的卫星,如火卫一,木卫十六,木卫十五,天卫六到天卫十四,海卫三至海卫七,它们受万有阻力作用,损耗能量,轨道半径减小,公转周期缩短。

(3)逆向卫星:如木卫十二,木卫十一,木卫八,木卫九,土卫九,海卫一,它们受万有阻力作用,损耗能量,轨道半径减小,公转周期缩短;我们估算:海卫一公转周期每周毫秒量级的缩短。

4 结束语

实验证明详见参考资料[10],球形物体沿自转轴转动,产生自转运动产生的U—场:U=K(J/R2)COSα,在U-场的小球要受到U-场力的作用:F=UM=KM(J/r2)COSα;该力方向沿自转球体与小球距离为半径的切线方向。

摘要：辩证理解牛顿第一定律,并采用牛顿综合万有引力的科学方法,由行星长期运动公共特征,综合运动物体的“磁场”。

关键词：惯性定律,牛顿的科学方法,行星运动,运动物体“磁场”

参考文献

[1]哥白尼著,叶式辉译.天体运行论[M].武汉出版社,1992:15-16.

[2][薏]伽利略.关于托勒枚和哥白尼两大世界体系的对话[M].上海人们出版社.1974.242-24.

[3]牛顿箸,王克迪译.自然哲学之数学原理和宇宙体系[M].武汉,武汉出版社.1990:550.

[4]戴文赛.太阳系演化学[M].科学出版社,1980.

[5]陈寿元,万有阻力定律的几点天文观测验证,山东师范大学,2000,(4).

[6]陈寿元.太阳系主要特征演化成因[J].山东工业大学,1997:87-90.

[7]胡中为等.行星科学导论[M].南京:南京大学出版社,1992:244.

[8]胡中为等.行星科学导论[M].南京:南京大学出版社,1992:99.

[9]Yaoquan Chu and Jingyao Hu.Quasars Around the Seyferthe Seyfert Galaxy NGC3516,The Astrophysical Journal,1998,500:596—598.