行星的運動一節(jié)教案
6.1 行星的運動
★教學(xué)目標(biāo)
1. 知道地心說和日心說的基本內(nèi)容。
2. 學(xué)習(xí)開普勒三大定律，能用三大定律解決問題。
3. 了解人類對行星的認(rèn)識過程是漫長復(fù)雜的，真是來之不易的。
學(xué)情分析
在第五章中學(xué)習(xí)了勻速圓周運動的知識之后,學(xué)生都有了圓周運動的基礎(chǔ).在高中地理上,學(xué)生們對天體運動有一定的了解.
重點難點
重點:開普勒行星運動定律.
難點:對開普勒行星運動定律
★教學(xué)過程
一、引入
師：同學(xué)們，在前面的學(xué)習(xí)中我們研究了地面上物體的運動，從今天開始我們來研究天空中的運動：天體運動。
師：自古以來，當(dāng)人們仰望星空時，天空中壯麗璀璨的現(xiàn)象便吸引了他們的注意。智慧的頭腦開始探索星體運動的奧秘。直到二十一世紀(jì)的今天，科學(xué)迅猛發(fā)展，人類終于能夠飛出地球，登上月球。還能飛向萬籟俱寂的茫茫太空，探索更遙遠(yuǎn)的星球。但你可知道：人類走到這一步經(jīng)過了多少艱辛曲折？在對行星規(guī)律的認(rèn)識過程里人們經(jīng)歷了地心說、日心說及到開普勒定律。
二、地心說
古希臘的天文學(xué)家和哲學(xué)家通過直接的感性認(rèn)識，認(rèn)為地球是宇宙的中心，是靜止不動的，太陽月亮等各星體都圍繞地球做簡單的完美的圓周運動。因為地心說符合人們的直接經(jīng)驗，如：太陽從東邊升起，從西邊落下；同時也符合強(qiáng)大的宗教神學(xué)關(guān)于地球是宇宙中心的認(rèn)識，故地心說一度占據(jù)了統(tǒng)治地位。 代表人物：亞里士多德最先提出，古希臘的托勒密加以完善的
三、日心說
隨著世界航海事業(yè)的發(fā)展，人們希望借助星星的位置為船隊導(dǎo)航，因而對行星的.
運動觀測越來越精確.再加上第谷等科學(xué)家經(jīng)過長期觀測及記錄的大量的觀測數(shù)據(jù)，用托勒密的“地心說”模型很難得出完美的解答.當(dāng)時，哥倫布和麥哲倫的探險航行已經(jīng)使不少人相信地球并不是一個平臺，而是一個球體，哥白尼就開始推測是不是地球每天圍繞自己的軸線旋轉(zhuǎn)一周呢？他假設(shè)地球并不是宇宙的中心，它與其他行星都是圍繞著太陽做勻速圓周運動.這就是“日心說”的模型。日心說認(rèn)為太陽是宇宙的中心，且太陽是靜止不動的，地球和其它行星都繞太陽做簡單而完美的圓周運動。 代表人物：波蘭科學(xué)家哥白尼
四、地心說與日心說的碰撞
師：兩種學(xué)說斗爭的時間很長，雖然地心說占據(jù)統(tǒng)治地位的時間長，但最終日心說戰(zhàn)勝了地心說。
師：“地心說”占統(tǒng)治地位時間較長的原因是由于它比較符合人們的日常經(jīng)驗，如：太
陽從東邊升起，從西邊落下；同時它也符合當(dāng)時在政治上占統(tǒng)治地位的宗教神學(xué)觀點. 師：“日心說”所以能夠戰(zhàn)勝“地心說”是因為好多“地心說”不能解析的現(xiàn)象“日心
說”則能說明，也就是說，“日心說”比“地心說”更科學(xué)、更接近事實.例如：若地球不動，晝夜交替是太陽繞地球運動形成的.那么，每天的情況就應(yīng)是相同的，而事實上，每天白天的長短不同，冷暖不同.而“日心說”則能說明這種情況：白晝是地球自轉(zhuǎn)形成的，而四季是地球繞太陽公轉(zhuǎn)形成的。
師：雖然“地心說”符合人們的經(jīng)驗，但它還是錯誤的.進(jìn)而說明“眼見為實”的說法
并非絕對正確.例如：我們乘車時觀察到樹木在向后運動，而事實上并沒有動(相對于地面).
師：從目前科研結(jié)果和我們所掌握的知識來看，“日心說”也并不是絕對正確的，因為
太陽只是太陽系的一個中心天體，而太陽系只是宇宙中眾多星系之一，所以太陽并不是宇宙的中心，也不是靜止不動的.“日心說”只是與“地心說”相比更準(zhǔn)確一些罷了。 師：經(jīng)過前面的學(xué)習(xí)我們對“地心說”和“日心說”有了初步的認(rèn)識，事實上從“地心說”向“日心說”的過渡經(jīng)歷了漫長的時間，并且科學(xué)家們付出了艱苦的奮斗，哥白尼就是其中一位.他在哥倫布和麥哲倫猜想的基礎(chǔ)上，假設(shè)地球并不是宇宙的中心，而和其他天體一樣都是繞太陽做勻速圓周運動的行星，從而使許多問題得以解決，也建立起了“日心說”的基本模型.但他的觀點不符合當(dāng)時歐洲統(tǒng)治教會的利益，因而受到了教會的迫害.使得這一正確的觀點被推遲一個世紀(jì)才被人們接受。前人的這種對問題一絲不茍、孜孜以求的精神值得我們學(xué)習(xí)，所以我們對待學(xué)習(xí)要腳踏實地，認(rèn)認(rèn)真真，不放
過一點疑問。
觀看動畫：日心說示意圖；日地月
五、開普勒三大定律
師：德國的物理學(xué)家開普勒繼承和總結(jié)了他的導(dǎo)師第谷的全部觀測資料及觀測數(shù)據(jù)，也
是以行星繞太陽做勻速圓周運動的模型來思考和計算的，因為不管是“地心說”還是“日心說”，都把天體運動看得很神圣，認(rèn)為天體運動必然是最完美、最和諧的勻速圓周運動。但結(jié)果總是與第谷的觀測數(shù)據(jù)有8′的角度誤差.當(dāng)時公認(rèn)的第谷的觀測誤差不超過2′（第谷是一個觀察天才，它通過對780顆左右的恒星持續(xù)觀察，將觀測結(jié)果從前人的10′偏差減小到2′）開普勒想，天體運動很可能不是勻速圓周運動.在這個大膽思路下，開普勒又經(jīng)過四年多的刻苦計算，先后否定了19種設(shè)想，最后終于計算出行星是繞太陽運動的，并且運動軌跡為橢圓，證明了哥白尼的“日心說”是正確的.并總結(jié)為行星運動三定律。
①開普勒第一定律：所有行星繞太陽運動的軌道都是橢圓，太陽處在橢圓的一個焦點上。（橢
圓定律）
觀看動畫：開普勒第一定律
【問題】：這一定律說明了行星運動軌跡的形狀，那不同的行星繞大陽運行時橢圓軌道
相同嗎?
【解析】：不是。不同行星繞太陽運行的橢圓軌道不一樣，但這些軌道有一個共同的焦
點，即太陽所處的位置。
觀看動畫：開普勒第一定律(雙行星)
【牢記】：不同行星繞太陽運行的橢圓軌道不一樣，但這些軌道有一個共同的焦點，即太陽
所處的位置。
近日點
遠(yuǎn)日點 近日點
【補(bǔ)充】：因為地軸方向恒指向北極星方向，
在近日點時，太陽直射南回歸線（冬至），
在遠(yuǎn)日點時，太陽直射北回歸線（夏至）。遠(yuǎn)日點
在春分和秋分時候太陽直射赤道。所以春夏比秋冬時間長，但因為地球軌道接近于圓，所以相差不了幾天。
�、陂_普勒第二定律：對任意一個行星來說，它與太陽的連線在相等時間內(nèi)掃過相等的面
積．（面積定律）
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觀看動畫：開普勒第二定律
【問題】：行星沿著橢圓軌道運行，太陽位于橢圓的一個焦點上，則行星在遠(yuǎn)日點的速率與
在近日點的速率誰大？
【解析】：根據(jù)相等時間的面積相等可知近日點速率大于遠(yuǎn)日點速率。
【牢記】：行星在近日點的速率大于遠(yuǎn)日點的速率。
③開普勒第三定律：所有行星的橢圓軌道的半長軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的平方的比值都相
等．（周期定律）
a3
若用a表示橢圓半長軸，T代表公轉(zhuǎn)周期，則開普勒第三定律告訴我們：2 k T
觀看動畫：開普勒第三定律
a3
【問題】：公式2 k中的比例系數(shù)k可能與誰有關(guān)？ T
【解析】：開普勒第三定律知：所有行星繞太陽運動的半長軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期二次方的
比值是一個常數(shù)k，可以猜想，這個“k”一定與運動系統(tǒng)的物體有關(guān)．因為常數(shù)k對于所有行星都相同，而各行星是不一樣的，故跟行星無關(guān)，而在運動系中除了行星就是中心天體——太陽，故這一常數(shù)“k"一定與中心天體——太陽有關(guān)
【牢記】：k與中心天體(太陽)有關(guān)
例1、我們假設(shè)地球繞太陽運動時的軌道半長軸為為a地，公轉(zhuǎn)周期為T地，火星繞太陽運
動的軌道半徑為a火，公轉(zhuǎn)周期為T火，那這些物理量之間應(yīng)該滿足怎樣的關(guān)系？ 3r地日
2T地日 3r火日2T火日 k(常量)
六、太陽系
師：我們現(xiàn)在來了解一下太陽系的各行星及其運行情況。
師：自從冥王星于2006年8月24日被國際天文聯(lián)會取消其行星地位，降為“矮行星”后，從此太陽系由“九大行星”變?yōu)椤鞍舜笮行恰?/p>
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