6.1 行星的运动

　　★教学目标

　　1. 知道地心说和日心说的基本内容。

　　2. 学习开普勒三大定律，能用三大定律解决问题。

　　3. 了解人类对行星的认识过程是漫长复杂的，真是来之不易的。

　　学情分析

　　在第五章中学习了匀速圆周运动的知识之后,学生都有了圆周运动的基础.在高中地理上,学生们对天体运动有一定的了解.

　　重点难点

　　重点:开普勒行星运动定律.

　　难点:对开普勒行星运动定律

　　★教学过程

　　一、引入

　　师：同学们，在前面的学习中我们研究了地面上物体的运动，从今天开始我们来研究天空中的运动：天体运动。

　　师：自古以来，当人们仰望星空时，天空中壮丽璀璨的现象便吸引了他们的注意。智慧的头脑开始探索星体运动的奥秘。直到二十一世纪的今天，科学迅猛发展，人类终于能够飞出地球，登上月球。还能飞向万籁俱寂的茫茫太空，探索更遥远的星球。但你可知道：人类走到这一步经过了多少艰辛曲折？在对行星规律的认识过程里人们经历了地心说、日心说及到开普勒定律。

　　二、地心说

　　古希腊的天文学家和哲学家通过直接的感性认识，认为地球是宇宙的中心，是静止不动的，太阳月亮等各星体都围绕地球做简单的完美的圆周运动。因为地心说符合人们的直接经验，如：太阳从东边升起，从西边落下；同时也符合强大的宗教神学关于地球是宇宙中心的认识，故地心说一度占据了统治地位。 代表人物：亚里士多德最先提出，古希腊的托勒密加以完善的

　　三、日心说

　　随着世界航海事业的发展，人们希望借助星星的位置为船队导航，因而对行星的

　　运动观测越来越精确.再加上第谷等科学家经过长期观测及记录的大量的观测数据，用托勒密的“地心说”模型很难得出完美的解答.当时，哥伦布和麦哲伦的探险航行已经使不少人相信地球并不是一个平台，而是一个球体，哥白尼就开始推测是不是地球每天围绕自己的轴线旋转一周呢？他假设地球并不是宇宙的中心，它与其他行星都是围绕着太阳做匀速圆周运动.这就是“日心说”的模型。日心说认为太阳是宇宙的中心，且太阳是静止不动的，地球和其它行星都绕太阳做简单而完美的圆周运动。 代表人物：波兰科学家哥白尼

　　四、地心说与日心说的碰撞

　　师：两种学说斗争的时间很长，虽然地心说占据统治地位的时间长，但最终日心说战胜了地心说。

　　师：“地心说”占统治地位时间较长的原因是由于它比较符合人们的日常经验，如：太

　　阳从东边升起，从西边落下；同时它也符合当时在政治上占统治地位的宗教神学观点. 师：“日心说”所以能够战胜“地心说”是因为好多“地心说”不能解析的现象“日心

　　说”则能说明，也就是说，“日心说”比“地心说”更科学、更接近事实.例如：若地球不动，昼夜交替是太阳绕地球运动形成的.那么，每天的情况就应是相同的，而事实上，每天白天的长短不同，冷暖不同.而“日心说”则能说明这种情况：白昼是地球自转形成的，而四季是地球绕太阳公转形成的。

　　师：虽然“地心说”符合人们的经验，但它还是错误的.进而说明“眼见为实”的说法

　　并非绝对正确.例如：我们乘车时观察到树木在向后运动，而事实上并没有动(相对于地面).

　　师：从目前科研结果和我们所掌握的知识来看，“日心说”也并不是绝对正确的，因为

　　太阳只是太阳系的一个中心天体，而太阳系只是宇宙中众多星系之一，所以太阳并不是宇宙的中心，也不是静止不动的.“日心说”只是与“地心说”相比更准确一些罢了。 师：经过前面的学习我们对“地心说”和“日心说”有了初步的认识，事实上从“地心说”向“日心说”的过渡经历了漫长的时间，并且科学家们付出了艰苦的奋斗，哥白尼就是其中一位.他在哥伦布和麦哲伦猜想的基础上，假设地球并不是宇宙的中心，而和其他天体一样都是绕太阳做匀速圆周运动的行星，从而使许多问题得以解决，也建立起了“日心说”的基本模型.但他的观点不符合当时欧洲统治教会的利益，因而受到了教会的迫害.使得这一正确的观点被推迟一个世纪才被人们接受。前人的这种对问题一丝不苟、孜孜以求的精神值得我们学习，所以我们对待学习要脚踏实地，认认真真，不放

　　过一点疑问。

　　观看动画：日心说示意图；日地月

　　五、开普勒三大定律

　　师：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′（第谷是一个观察天才，它通过对780颗左右的恒星持续观察，将观测结果从前人的10′偏差减小到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：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。（椭

　　圆定律）

　　观看动画：开普勒第一定律

　　【问题】：这一定律说明了行星运动轨迹的形状，那不同的行星绕大阳运行时椭圆轨道

　　相同吗?

　　【解析】：不是。不同行星绕太阳运行的椭圆轨道不一样，但这些轨道有一个共同的焦

　　点，即太阳所处的位置。

　　观看动画：开普勒第一定律(双行星)

　　【牢记】：不同行星绕太阳运行的椭圆轨道不一样，但这些轨道有一个共同的焦点，即太阳

　　所处的位置。

　　近日点

　　远日点 近日点

　　【补充】：因为地轴方向恒指向北极星方向，

　　在近日点时，太阳直射南回归线（冬至），

　　在远日点时，太阳直射北回归线（夏至）。远日点

　　在春分和秋分时候太阳直射赤道。所以春夏比秋冬时间长，但因为地球轨道接近于圆，所以相差不了几天。

　　②开普勒第二定律：对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等时间内扫过相等的面

　　积．（面积定律）

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　　观看动画：开普勒第二定律

　　【问题】：行星沿着椭圆轨道运行，太阳位于椭圆的一个焦点上，则行星在远日点的速率与

　　在近日点的速率谁大？

　　【解析】：根据相等时间的面积相等可知近日点速率大于远日点速率。

　　【牢记】：行星在近日点的速率大于远日点的速率。

　　③开普勒第三定律：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．（周期定律）

　　a3

　　若用a表示椭圆半长轴，T代表公转周期，则开普勒第三定律告诉我们：2 k T

　　观看动画：开普勒第三定律

　　a3

　　【问题】：公式2 k中的比例系数k可能与谁有关？ T

　　【解析】：开普勒第三定律知：所有行星绕太阳运动的半长轴的三次方跟公转周期二次方的

　　比值是一个常数k，可以猜想，这个“k”一定与运动系统的物体有关．因为常数k对于所有行星都相同，而各行星是不一样的，故跟行星无关，而在运动系中除了行星就是中心天体——太阳，故这一常数“k"一定与中心天体——太阳有关

　　【牢记】：k与中心天体(太阳)有关

　　例1、我们假设地球绕太阳运动时的轨道半长轴为为a地，公转周期为T地，火星绕太阳运

　　动的轨道半径为a火，公转周期为T火，那这些物理量之间应该满足怎样的关系？ 3r地日

　　2T地日 3r火日2T火日 k(常量)

　　六、太阳系

　　师：我们现在来了解一下太阳系的各行星及其运行情况。

　　师：自从冥王星于2006年8月24日被国际天文联会取消其行星地位，降为“矮行星”后，从此太阳系由“九大行星”变为“八大行星。