6.1 行星的運(yùn)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(yùn)動的知識之后,學(xué)生都有了圓周運(yùn)動的基礎(chǔ).在高中地理上,學(xué)生們對天體運(yùn)動有一定的了解.

　　重點(diǎn)難點(diǎn)

　　重點(diǎn):開普勒行星運(yùn)動定律.

　　難點(diǎn):對開普勒行星運(yùn)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(yùn)動，從今天開始我們來研究天空中的運(yùn)動：天體運(yùn)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(yùn)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(yùn)動。因?yàn)榈匦恼f符合人們的直接經(jīng)驗(yàn)，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(duì)導(dǎo)航，因而對行星的

　　運(yùn)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(xiǎn)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(yùn)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(yùn)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(yàn)，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(diǎn). 師：“日心說”所以能夠戰(zhàn)勝“地心說”是因?yàn)楹枚唷暗匦恼f”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(shí).例如：若地球不動，晝夜交替是太陽繞地球運(yùn)動形成的.那么，每天的情況就應(yīng)是相同的，而事實(shí)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(yàn)，但它還是錯誤的.進(jìn)而說明“眼見為實(shí)”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(yùn)動，而事實(shí)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?yàn)?/p>

　　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(shí)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(yùn)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(diǎn)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(diǎn)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(shí)地，認(rèn)認(rèn)真真，不放

　　過一點(diǎn)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(yùn)動的模型來思考和計(jì)算的，因?yàn)椴还苁恰暗匦恼f”還是“日心說”，都把天體運(yùn)動看得很神圣，認(rèn)為天體運(yùn)動必然是最完美、最和諧的勻速圓周運(yùn)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(yùn)動很可能不是勻速圓周運(yùn)動.在這個大膽思路下，開普勒又經(jīng)過四年多的刻苦計(jì)算，先后否定了19種設(shè)想，最后終于計(jì)算出行星是繞太陽運(yùn)動的，并且運(yùn)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(yùn)動三定律。

　　①開普勒第一定律：所有行星繞太陽運(yùn)動的軌道都是橢圓，太陽處在橢圓的一個焦點(diǎn)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(yùn)動軌跡的形狀，那不同的行星繞大陽運(yùn)行時橢圓軌道

　　相同嗎?

　　【解析】：不是。不同行星繞太陽運(yùn)行的橢圓軌道不一樣，但這些軌道有一個共同的焦

　　點(diǎn)，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(yùn)行的橢圓軌道不一樣，但這些軌道有一個共同的焦點(diǎn)，即太陽

　　所處的位置。

　　近日點(diǎn)

　　遠(yuǎn)日點(diǎn) 近日點(diǎn)

　　【補(bǔ)充】：因?yàn)榈剌S方向恒指向北極星方向，

　　在近日點(diǎn)時，太陽直射南回歸線（冬至），

　　在遠(yuǎn)日點(diǎn)時，太陽直射北回歸線（夏至）。遠(yuǎn)日點(diǎn)

　　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?yàn)榈厍蜍壍澜咏趫A，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(nèi)掃過相等的面

　　積．（面積定律）

　　內(nèi)容需要下載文檔才能查看

　　觀看動畫：開普勒第二定律

　　【問題】：行星沿著橢圓軌道運(yùn)行，太陽位于橢圓的一個焦點(diǎn)上，則行星在遠(yuǎn)日點(diǎn)的速率與

　　在近日點(diǎn)的速率誰大？

　　【解析】：根據(jù)相等時間的面積相等可知近日點(diǎn)速率大于遠(yuǎn)日點(diǎn)速率。

　　【牢記】：行星在近日點(diǎn)的速率大于遠(yuǎn)日點(diǎn)的速率。

　?、坶_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(yùn)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(yùn)動系統(tǒng)的物體有關(guān)．因?yàn)槌?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(yùn)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(yùn)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(yùn)

　　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(yùn)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>