1、 6.1 行星的運(yùn)動(dòng) 教 學(xué) 目 標(biāo) 知識(shí)與技能 1 1 .知道地心說和日心說的基本內(nèi)容. 2 2 .知道所有行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓，太陽(yáng)處在橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上. 3 3 .知道所有行星的軌道的半長(zhǎng)軸的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等，且這個(gè) 比值與行星的質(zhì)量無關(guān)，但與太陽(yáng)的質(zhì)量有關(guān). 4 4 理解人們對(duì)行星運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)過程是漫長(zhǎng)復(fù)雜的，真理是來之不易的. 過程與方法 通過托勒密、哥白尼、第谷布拉赫、開普勒等幾位科學(xué)豕對(duì)仃星運(yùn)動(dòng)的不冋認(rèn)識(shí)，了 解人類認(rèn)識(shí)事物本質(zhì)的曲折性并加深對(duì)行星運(yùn)動(dòng)的理解. 情感、態(tài)度與價(jià)值觀 1 1 澄清對(duì)天體運(yùn)動(dòng)裨秘、模糊的認(rèn)識(shí)，掌握人類認(rèn)識(shí)自然規(guī)律的科學(xué)方法

2、. 2 2 感悟科學(xué)是人類進(jìn)步不竭的動(dòng)力. 教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn) 教學(xué)重點(diǎn) 理解和掌握開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律， 認(rèn)識(shí)行星的運(yùn)動(dòng)學(xué)好本節(jié)有利于對(duì)宇宙中行星的運(yùn) 動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)，掌握人類認(rèn)識(shí)自然規(guī)律的科學(xué)方法，并有利于對(duì)人造衛(wèi)星的學(xué)習(xí). 教學(xué)難點(diǎn) 對(duì)開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律的理解和應(yīng)用，通過本節(jié)的學(xué)習(xí)可以澄清人們對(duì)天體運(yùn)動(dòng)神秘、 模糊的認(rèn)識(shí). 教 學(xué) 方 法 探究、講授、討論、練習(xí) -2 - 教 學(xué) 手 段 教具準(zhǔn)備 多媒體課件 教學(xué)活動(dòng) 新課導(dǎo)入 【多媒體演示】天體運(yùn)動(dòng)的圖片瀏覽。 教師：在浩瀚的宇宙中有無數(shù)大小不一、 形態(tài)各異的天體，如月亮、地球、太陽(yáng)、 夜空中的星星由這些天體組成的廣袤無限的宇宙始終是我們渴望

3、了解、 不斷探索 的領(lǐng)域。關(guān)于天體的運(yùn)動(dòng)，歷史上有過不冋的看法 （課件投影）中國(guó)古代天文學(xué)觀 我國(guó)古代先民看到北極星常年不動(dòng)， 以及北斗七星等拱極星的回轉(zhuǎn)， 便以為星空 是圓的，就像是一只倒扣著的半球大鍋，覆整在大地上，而北極則是這蓋天的頂，又 認(rèn)為地是方的，就像一張圍棋盤，此即“天圓地方”說東漢時(shí)的天文學(xué)家張衡提出 “渾天”說，認(rèn)為天就像一個(gè)大雞蛋，地球就是其中的蛋黃. 中國(guó)古代通常將歷法和天文聯(lián)系在一起. 歷法注重天體運(yùn)行的長(zhǎng)時(shí)間段的重復(fù)周 期，而不注重天體在二維空間中的運(yùn)行情況.與古希臘人和中世紀(jì)的歐洲人不冋，中 國(guó)歷法家很少關(guān)心宇宙結(jié)構(gòu)方面的討論. 在漢朝的大部分時(shí)期，人們滿足于這樣的

4、假 設(shè)：有人居住的世界是一小塊中心區(qū)域靠近平面大地中央，這個(gè)平面大地是一個(gè)繞 著傾斜的軸旋轉(zhuǎn)的天球的直徑面. 天體在該天球的內(nèi)面移動(dòng)， 但它們靠何種機(jī)制來進(jìn) 行這種運(yùn)動(dòng)則沒有討論. 中國(guó)古代有豐富的天文記錄. 公元前第二個(gè)千年的后期， 甲骨文中已記載了新星 現(xiàn)象.從約公兀田 20200 0 年開始，在官方文件中已有關(guān)于新星的連年記載， 還有流星雨、 彗星、日食、太陽(yáng)黑子以及異乎尋常的云、板光之類的記載，或?qū)傩堑母櫽^測(cè)的 記錄.這些現(xiàn)象的觀測(cè)者都使用了制作精良的大型渾天儀和其他刻度儀器， 所觀測(cè)的 天體位置，其精確程度毫不遜色于歐洲在第谷之前的觀測(cè). 學(xué)生閱讀后對(duì)探索宇宙產(chǎn)生興趣. 師：在廣

5、袤無垠的宇宙中有著無數(shù)大小不一、形態(tài)各異的天體.如太陽(yáng)、月亮、 學(xué)生活動(dòng) -3 - 夜空中閃爍的星星吸引了人們的注意， 智麓的頭腦開始探索天體運(yùn)動(dòng)的奧秘. 它 們的運(yùn)動(dòng)是靠神的支配，還是物理規(guī)律的約束 ？經(jīng)過不懈的努力，科學(xué)家們對(duì)它已有 初步的了解，這一節(jié)讓我們循著前人的足跡學(xué)習(xí)行星運(yùn)動(dòng)的情況. 新課教學(xué) 一 “地心說”和“日心說”之爭(zhēng) 討論與交流 展示問題： 請(qǐng)閱讀教材第一段 1 1 .古人對(duì)天體運(yùn)動(dòng)存在哪些看法 ？ 生：“地心說”和“日心說”. 師：2 2什么是“地心說” ？什么是“日心說” ？ 生：”地心說”認(rèn)為地球是宇宙的中心，是靜止不動(dòng)的，大陽(yáng)、月亮以及其他行 星都繞地球運(yùn)動(dòng)， “日

6、心說”則認(rèn)為太陽(yáng)是靜止不動(dòng)的，地球和其他行星都繞太陽(yáng) 運(yùn)動(dòng). “地心說的代表人物：托勒密 （古希臘）“地心說符合人們的直接經(jīng)驗(yàn)，同時(shí) 也符合勢(shì)力強(qiáng)大的宗教神學(xué)關(guān)于地球是宇宙中心的認(rèn)識(shí)， 故地心說一度占據(jù)了統(tǒng)治地 位生：“日心說”戰(zhàn)勝了“地心說”，最終被接受. 討論與交流 展示問題： 師：“日心說”戰(zhàn)勝了“地心說”，最終真理戰(zhàn)勝了謬誤請(qǐng)同學(xué)們閱讀第 6464 頁(yè) 人類對(duì)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)，中托勒密：地心宇宙，哥白尼：攔住了太陽(yáng)，推動(dòng)了 地球交流討論，找出“地心說”遭遇的尷尬和 “日心說的成功之處. 生：地心說所描述的天體的運(yùn)動(dòng)不僅復(fù)雜而且問題很多， 如果把地球從天體運(yùn)動(dòng) 的中心位置移到一個(gè)普通的

7、、繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的位置，換一個(gè)角度來考慮天體的運(yùn)動(dòng)，許 多問題都可以解決，行星運(yùn)動(dòng)的描述也變得筒單了. “日心說”代表人物：哥白尼， “日心說”能更完美地解釋天體的運(yùn)動(dòng). 二、開普勒行量運(yùn)動(dòng)定律 做一做 用圖釘和細(xì)繩畫橢圓-4 - 可以用一條細(xì)繩和兩圖釘來畫橢圓.如圖 7 7. 1 1 I I 所示，把白紙鎬在木板上，然 后按上圖釘把細(xì)繩的兩端系在圖釘上，用一枝鉛筆緊貼著細(xì)繩滑動(dòng)，使繩始終保持 張緊狀態(tài).鉛筆在紙上畫出的軌跡就是橢圓， 圖釘在紙上留下的痕跡叫做橢圓的焦點(diǎn). 想一想，橢圓上某點(diǎn)到兩個(gè)焦點(diǎn)的距離之和與橢圓上另一點(diǎn)到兩個(gè)焦點(diǎn)的距寓之 和有什么關(guān)系？ 課堂訓(xùn)練 （分四小組進(jìn)行） 師；閱讀教

8、材第二段到最后，并閱讀第 6464 頁(yè)人類對(duì)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí) ）中第 谷：天才觀察家，開普勒：真理超出期望，投影展示以下問題： 師：1.1.古人認(rèn)為天體做什么運(yùn)動(dòng) ？ 生：古人把天體的運(yùn)動(dòng)看得十分神圣， 他們認(rèn)為天體的運(yùn)動(dòng)不同于地面物體的運(yùn) 動(dòng)，天體做的是最完美、最和諧的勻逮圓周運(yùn)動(dòng). 師：2 2.開普勒認(rèn)為行星做什么樣的運(yùn)動(dòng) ？他是怎樣得出這一結(jié)論的 ？ 生：開普勒認(rèn)為行星做橢圓運(yùn)動(dòng).他發(fā)現(xiàn)假設(shè)行星傲勻逮圓周運(yùn)動(dòng)，計(jì)算所得的 數(shù)據(jù)與觀測(cè)數(shù)據(jù)不符，只有認(rèn)為行星做橢圓運(yùn)動(dòng)，才能解釋這一差別. 師：3 3.開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律哪幾個(gè)方面描述了行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的規(guī)律 ？具體表述 是什么？ 生：開普勒行

9、星運(yùn)動(dòng)定律從行星運(yùn)動(dòng)軌道，行墨運(yùn)動(dòng)的線速度變化，軌道與周期 的關(guān)系三個(gè)方面揭示了行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律.具體表述為： 第一定律：所有行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓，太陽(yáng)處在橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上. 師：這一定律說明了行星運(yùn)動(dòng)軌跡的形狀， 不同的行星繞大陽(yáng)運(yùn)行時(shí)橢圓軌道相 同嗎？ 生：不同. 第二定律：對(duì)任意一個(gè)行星來說，它與太陽(yáng)的連線在相等時(shí)間內(nèi)掃過相等的面積. 教師：如圖所示，行星沿著橢圓軌道運(yùn)行，太陽(yáng)位于橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上.如果時(shí)間間 隔相等，即 t t2 t t 1=t =t 4 t t 3,那么 面積 A=A=面積 B B.由此可見，行星 在遠(yuǎn)日點(diǎn) a a 的速率最小，在近日 點(diǎn) b b 的速率最大.開

10、普勒第三定律：3 3 .所有行星 太陽(yáng)和行星的聯(lián)線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過相等的面積 的橢圓軌道的半長(zhǎng)軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的平方的比值都相等. 由于行星的橢圓軌道 都跟圓近似，在近似計(jì)算中，可以認(rèn)為行星都以太陽(yáng)為圓心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，在這種 情況下，若用 R R 代表軌道半徑，T T 代表公轉(zhuǎn)周期，開普勒第三定律可以用下面的公式 表示： 比值 k k 是一個(gè)與行星無關(guān)的恒量.只與太陽(yáng)有關(guān)。 教師：給出太陽(yáng)系九大行星平均軌道半徑和周期的數(shù)值，供學(xué)生課后驗(yàn)證。 師：這一定律發(fā)現(xiàn)了所有行星的軌道的半長(zhǎng)軸與公轉(zhuǎn)周期之間的定量關(guān)系， 但是比值 k k 是一個(gè)與行星無關(guān)的常量，那么你能猜想出它可能跟誰有關(guān)嗎 ？

11、生：根據(jù)開普勒第三定律知： 所有行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的半長(zhǎng)軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期 二次方的比值是一個(gè)常數(shù) k k，可以猜想，這個(gè)“ k k” 一定與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的物體有關(guān).因 為常數(shù) k k 對(duì)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(yùn)動(dòng)系中 除了行星就是中心天體一一太陽(yáng)，故這一常數(shù)“k k 一定與中心天體一一太陽(yáng)有關(guān). （通 過后面的學(xué)習(xí)將知道 k k 值與太陽(yáng)質(zhì)量的關(guān)系） 說明：（1 1）. .開普勘定律不僅適用于行星繞大陽(yáng)運(yùn)動(dòng)，也適用于衛(wèi)星繞著地球轉(zhuǎn)， 不過比例式 帀亍中的 k k 是不同的，與中心天體有關(guān). （2 2） 開普勒定律是總結(jié)行星運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)察結(jié)果而總結(jié)歸納出來的規(guī)律.它們每

12、一條 都是經(jīng)驗(yàn)定律，都是從行星運(yùn)動(dòng)所取得的資料中總結(jié)出來的規(guī)律. 開普勒定律只涉及 運(yùn)動(dòng)學(xué)、幾何學(xué)方面的內(nèi)容。 （3 3）由于行星的橢圓軌道都跟圓近似，在近似計(jì)算中，可以認(rèn)為，行星都以太陽(yáng) 九大行星的平均輯遒m F徑和廁 n星 平均執(zhí)道半色（米） 周疇 水星 5.79 X 1010 金星 1.08X I011 1.94X 1Q? 地即 1.49 x ID11 lljx 107 火星 2.2S X 1011 5.94 X io7 木星 7.78 x 1011 5.74 X 10s 土星 1.43 X 1012 9.30 X IQ? 天王星 2.87 x 涉 2.66 X 10? 海王星 4.50

13、 x山門 5.20 x 10? 員王星 刈 x io12 7.82 X JO9 k 水=3.36 x 1018 K金=3.35 x 1018 K 地=3.31 x 1018 K火=3.36 x 1018 -6 - 為圓心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)在這種情況下，若用。代表軌道半徑， T T 代表公轉(zhuǎn)周期，開 普勒第三定律可以用下面的公式表示 (4) (4) 開普勒關(guān)于行星運(yùn)動(dòng)的確切描述，不僅使人們?cè)诮鉀Q行星的運(yùn)動(dòng)學(xué)問題上有 了依據(jù)，更澄清了人們對(duì)天體運(yùn)動(dòng)神秘、模糊的認(rèn)識(shí)，同時(shí)也推動(dòng)了對(duì)天體動(dòng)力學(xué)問 題的研究. 課堂探究 1 1 師：引導(dǎo)學(xué)生深入探究： 1 1 播放行星繞橢圓軌道運(yùn)動(dòng)的課件，使學(xué)生對(duì)行星的運(yùn)動(dòng)

14、有一個(gè)簡(jiǎn)單的感性認(rèn) 識(shí). 2 2 出示九大行星軌道掛圖，使學(xué)生對(duì)多數(shù)行星的軌道與圓十分接近有一個(gè)感性 認(rèn)識(shí). 討論與交流 師：實(shí)際上，多數(shù)行星的軌道與圓十分接近，所以在中學(xué)階段的研究中能夠按圓 處理.開普勒三定律適用于圓軌道時(shí)，應(yīng)該怎樣表述呢 ？ 生：行星的圓軌道的半徑的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等. 課堂訓(xùn)練 1 1 .卜列說法止確的疋 . ()() A A .地球是于宙的中心，太陽(yáng)、月亮及其他行星都繞地球運(yùn)動(dòng) B.B. 太陽(yáng)是宇宙的中心，所有天體都繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng) C.C. 太陽(yáng)是靜止不動(dòng)的，地球和其他行星都繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng) D D .“地心說”和哥白尼提出的“日心說”現(xiàn)在看來都是不正確的 2 2 .已知木墾繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的周期是地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)周期的 1212 倍.則木星繞太陽(yáng)公 轉(zhuǎn)軌道的 半長(zhǎng)軸為地球公轉(zhuǎn)軌道半長(zhǎng)軸的 倍. 參考答案 .1 1.答案：D D 分析；“地心說”是錯(cuò)誤的，所以 A A 不正確.太陽(yáng)系在銀河系中運(yùn)動(dòng)，銀河系也 在運(yùn)動(dòng)，所以，B B、C C 不正確，D D 正確. 2 2 .答案：5 5. 2424 小結(jié) 本節(jié)學(xué)習(xí)的是開苦勒行星運(yùn)動(dòng)的三定律， 其中第一定律反映了行星運(yùn)動(dòng)的軌跡是 橢圓，第二定律描述了行星在近日點(diǎn)的速率最小，在遠(yuǎn)日點(diǎn)的速率最大，第三定律揭 示了軌道半長(zhǎng)軸與公轉(zhuǎn)周期的定量關(guān)系. 在近似計(jì)算中可以認(rèn)為行星都以