行星的運動一節教案
行星的運動一節教案
6.1 行星的運動
★教學目標
1. 知道地心說和日心說的基本內容。
2. 學習開普勒三大定律，能用三大定律解決問題。
3. 瞭解人類對行星的認識過程是漫長複雜的，真是來之不易的。
學情分析
在第五章中學習了勻速圓周運動的知識之後,學生都有了圓周運動的基礎.在高中地理上,學生們對天體運動有一定的瞭解.
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
★教學過程
一、引入
師：同學們，在前面的學習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，當人們仰望星空時，天空中壯麗璀璨的現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。直到二十一世紀的今天，科學迅猛發展，人類終於能夠飛出地球，登上月球。還能飛向萬籟俱寂的茫茫太空，探索更遙遠的星球。但你可知道：人類走到這一步經過了多少艱辛曲折？在對行星規律的認識過程里人們經歷了地心說、日心說及到開普勒定律。
二、地心說
古希臘的天文學家和哲學家透過直接的感性認識，認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驗，如：太陽從東邊升起，從西邊落下；同時也符合強大的宗教神學關於地球是宇宙中心的認識，故地心說一度佔據了統治地位。 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
隨著世界航海事業的發展，人們希望藉助星星的位置為船隊導航，因而對行星的.
運動觀測越來越精確.再加上第谷等科學家經過長期觀測及記錄的大量的觀測資料，用托勒密的“地心說”模型很難得出完美的解答.當時，哥倫布和麥哲倫的探險航行已經使不少人相信地球並不是一個平臺，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一週呢？他假設地球並不是宇宙的中心，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：波蘭科學家哥白尼
四、地心說與日心說的碰撞
師：兩種學說鬥爭的時間很長，雖然地心說佔據統治地位的時間長，但最終日心說戰勝了地心說。
師：“地心說”佔統治地位時間較長的原因是由於它比較符合人們的日常經驗，如：太
陽從東邊升起，從西邊落下；同時它也符合當時在政治上佔統治地位的宗教神學觀點. 師：“日心說”所以能夠戰勝“地心說”是因為好多“地心說”不能解析的現象“日心
說”則能說明，也就是說，“日心說”比“地心說”更科學、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.那麼，每天的情況就應是相同的，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：白晝是地球自轉形成的，而四季是地球繞太陽公轉形成的。
師：雖然“地心說”符合人們的經驗，但它還是錯誤的.進而說明“眼見為實”的說法
並非絕對正確.例如：我們乘車時觀察到樹木在向後運動，而事實上並沒有動(相對於地面).
師：從目前科研結果和我們所掌握的知識來看，“日心說”也並不是絕對正確的，因為
太陽只是太陽系的一箇中心天體，而太陽系只是宇宙中眾多星系之一，所以太陽並不是宇宙的中心，也不是靜止不動的.“日心說”只是與“地心說”相比更準確一些罷了。 師：經過前面的學習我們對“地心說”和“日心說”有了初步的認識，事實上從“地心說”向“日心說”的過渡經歷了漫長的時間，並且科學家們付出了艱苦的奮鬥，哥白尼就是其中一位.他在哥倫布和麥哲倫猜想的基礎上，假設地球並不是宇宙的中心，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時歐洲統治教會的利益，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才被人們接受。前人的這種對問題一絲不苟、孜孜以求的精神值得我們學習，所以我們對待學習要腳踏實地，認認真真，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：德國的物理學家開普勒繼承和總結了他的導師第谷的全部觀測資料及觀測資料，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聖，認為天體運動必然是最完美、最和諧的勻速圓周運動。但結果總是與第谷的觀測資料有8′的角度誤差.當時公認的第谷的觀測誤差不超過2′（第谷是一個觀察天才，它透過對780顆左右的恆星持續觀察，將觀測結果從前人的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，開普勒又經過四年多的刻苦計算，先後否定了19種設想，最後終於計算出行星是繞太陽運動的，並且運動軌跡為橢圓，證明了哥白尼的“日心說”是正確的.並總結為行星運動三定律。
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執行時橢圓軌道
相同嗎?
【解析】：不是。不同行星繞太陽執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】：不同行星繞太陽執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
遠日點 近日點
【補充】：因為地軸方向恆指向北極星方向，
在近日點時，太陽直射南迴歸線（冬至），
在遠日點時，太陽直射北迴歸線（夏至）。遠日點
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於圓，所以相差不了幾天。
②開普勒第二定律：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】：行星沿著橢圓軌道執行，太陽位於橢圓的一個焦點上，則行星在遠日點的速率與
在近日點的速率誰大？
【解析】：根據相等時間的面積相等可知近日點速率大於遠日點速率。
【牢記】：行星在近日點的速率大於遠日點的速率。
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週期的平方的比值都相
等．（週期定律）
a3
若用a表示橢圓半長軸，T代表公轉週期，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中的比例係數k可能與誰有關？ 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週期二次方的
比值是一個常數k，可以猜想，這個“k”一定與運動系統的物體有關．因為常數k對於所有行星都相同，而各行星是不一樣的，故跟行星無關，而在運動系中除了行星就是中心天體——太陽，故這一常數“k"一定與中心天體——太陽有關
【牢記】：k與中心天體(太陽)有關
例1、我們假設地球繞太陽運動時的軌道半長軸為為a地，公轉週期為T地，火星繞太陽運
動的軌道半徑為a火，公轉週期為T火，那這些物理量之間應該滿足怎樣的關係？ 3r地日
2T地日 3r火日2T火日 k(常量)
六、太陽系
師：我們現在來了解一下太陽系的各行星及其執行情況。
師：自從冥王星於2006年8月24日被國際天文聯會取消其行星地位，降為“矮行星”後，從此太陽系由“九大行星”變為“八大行星。