物理1 行星的运动教案

第七章　万有引力与宇宙航行

第1节　行星的运动

这节内容对学生来说是抽象的、陌生的，甚至无法去感知.对天体的运动充满好奇又觉得非常神秘而不易理解.所以我们必须去引导学生了解人们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、探索真理的求知热情.

本节内容包括“地心说”“日心说”的内容及争论的焦点、开普勒定律的内容等知识点.

物理观念：知道开普勒对行星运动的描述，形成行星运动观念。

科学思维：通过学习，培养学生善于观察、善于思考、善于动手的能力

科学探究：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。

科学态度与责任：过观察、实验及探究、交流与讨论等学习活动，培养学生尊重客观事实、实事求是的科学态度。

1、教学重点：

（1）“日心说”的建立过程

（2）行星运动的规律         

2、教学难点：

（1）学生对天体运动缺乏感性认识.

（2）开普勒如何确定行星运动规律的

多媒体课件

【新课导入】展示天体系统的图。

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。人们对行星运动的认识过程是漫长复杂的，历史上有过不同的看法，科学家对此进行了不懈的探索，通过本节内容的学习，将使我们正确地认识行星的运动。

【新课内容】

（一）两种对立的学说

1.地心说

(1)地球是宇宙的中心，是静止不动的；            

(2)太阳、月亮以及其他行星都绕地球运动；

(3)地心说的代表人物是古希腊科学家托勒密.

2.日心说

(1)太阳是宇宙的中心，是静止不动的，所有行星都绕太阳做匀速圆周运动；

(2)地球是绕太阳旋转的行星；月球是绕地球旋转的卫星，它绕地球做匀速圆周运动，同时还跟地球一起绕太阳旋转；       

(3)太阳静止不动，因为地球每天自西向东自转一周，造成太阳每天东升西落的现象；

(4)日心说的代表人物是哥白尼.

3.局限性

都把天体的运动看得很神圣，认为天体的运动必然是最完美、最和谐的匀速圆周运动，但计算所得的数据和丹麦天文学家第谷的观测数据不符.

（二）开普勒行星运动定律

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，因为不管是“地心说”还是“日心说”，都把天体运动看得很神圣，认为天体运动必然是最完美、最和谐的匀速圆周运动。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，天体运动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。

１.开普勒第一定律

①内容：

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，因此开普勒第一定律又叫轨道定律。

②规律：

　　如图所示，金星、木星、水星、火星、土星、地球、天王星等行星绕太阳运动的轨道均是椭圆，太阳位于椭圆的其中一个焦点上。

若太阳在左焦点上，行星在轨道上运行，则A为近日点，B为远日点，OB的长度a为椭圆的半长轴，OD的长度b为椭圆的半短轴。

２.开普勒第二定律

①内容：

对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间内扫过相等的面积，因此开普勒第二定律又叫面积定律。

②规律：

　　由开普勒第二定律知道同一行星在任意相等时间内行星与太阳连线扫过的面积相等，可见行星离太阳越近，行星在相等时间内经过的弧长越长，即行星的速率越大，故近日点速率最大，远日点速率最小；

　　行星靠近太阳运动时速率增大，远离太阳运动时速率减小。

３.开普勒第三定律

①内容：         

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，因此又叫做周期定律。

②公式：

＝k，k是一个与行星无关的常量

③规律：

　　在开普勒第三定律中，所有行星绕太阳转动的k值均相同，但对不同中心天体k值不相同，k值的大小由中心天体决定。

开普勒定律不仅适用于行星绕太阳的运动，也适用于卫星绕行星的运动。

（三）行星运动的一般处理方法

1.行星绕太阳运动的轨道十分接近圆，太阳处在圆心.

2.行星绕太阳做匀速圆周运动.

3.所有行星的轨道半径的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等，即＝k.

八大行星轨道数据表

小结

1、开普勒第一定律（轨道定律）所有行星绕太阳的运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上。

2、开普勒第二定律（面积定律）对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间内扫过相等的面积。

3、开普勒第三定律（周期定律）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

例１.下列关于行星绕太阳运动的说法中，正确的是(　　)

A.所有行星都在同一椭圆轨道上绕太阳运动

B.行星绕太阳运动时，太阳位于行星轨道的中心处

C.离太阳越近的行星运动周期越长

D.所有行星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

【答案】D

例２关于开普勒定律，下列说法正确的是（       ）

A.开普勒定律是根据长时间连续不断的、对行星位置观测记录的大量数据，进行计算分析后获得的结论

B.根据开普勒第二定律，行星在椭圆轨道上绕太阳运动的过程中，其速度随行星与太阳之间距离的变化而变化，距离小时速度大，距离大时速度小

C.行星绕太阳运动的轨道，可以近似看做为圆，即可以认为行星绕太阳做匀速圆周运动

D.开普勒定律，只适用于太阳系，对其他恒星系不适用；行星的卫星（包括人造卫星）绕行星的运动，是不遵循开普勒定律的