資源簡介

7.1行星的運動的教案
【教學目標】
1、了解“地心說”和“日心說”兩種不同學說的建立和發(fā)展過程；
2、知道開普勒對行星運動的描述；
3、培養(yǎng)學生在客觀事實的基礎(chǔ)上通過分析、推理，提出科學假設(shè)，再經(jīng)過實驗檢驗的正確認識事物本質(zhì)的思維方法。
4、通過學習，培養(yǎng)學生善于觀察、善于思考、善于動手的能力。
5、通過開普勒運動定律的建立過程,滲透科學發(fā)現(xiàn)的方法論教育、建立科學的宇宙觀。
【教學重難點】
重點
1.理解和掌握開普勒行星運動定律，認識行星的運動。
2.理解宇宙中行星的運動規(guī)律，掌握人類認識自然規(guī)律的科學方法。
難點
1.對開普勒行星運動定律的理解和應(yīng)用。
2.澄清人們對天體運動神秘、模糊的認識。
【新課導入】
在浩瀚的宇宙中有著無數(shù)大小不一，形態(tài)各異的天體，如太陽、地球、月亮、星星等等。這些天體是如何運動的呢？人類最初是通過直接的感性認識以及受宗教的影響，建立了“地心說”，哥白尼分析了托勒密體系中的行星運動，哥白尼用了“將近四個九年的時間”去測算、校核、修訂他的學說。提出了“日心說”，“日心說”認為太陽是宇宙的中心，其他天體（包括地球）都繞太陽作勻速圓周運動。“日心說”雖在“地心說”的基礎(chǔ)上前進了一大步，第谷等科學家通過長期觀測，記錄了大量的觀測數(shù)據(jù)，“日心說”解釋行星運動時與實際觀測的結(jié)果仍有一定的誤差，最終開普勒通過計算，確立了行星運動的正確圖景：所有的行星圍繞太陽運動的軌道都是橢圓，太陽處在所有橢圓的一個焦點上，所有行星的軌道的半長軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等。開普勒對行星運動的描述，為牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律奠定了重要的基礎(chǔ)。
【新課講解】
（一）開普勒定律
開普勒（天體運行的立法者）行星運動定律
十七世紀，德國開普勒在“日心說”的基礎(chǔ)上，研究行星運動規(guī)律。
開普勒的興趣和注意力更多地放在改進和完善哥白尼的日心說。
教師提出問題，引起思考與探究：人們研究行星的運動會關(guān)注什么問題？
學生發(fā)表意見：作為曲線運動，會關(guān)注軌道什么樣？運動速度如何？對周期性的運動會關(guān)注周期與軌道參量之間有什么關(guān)系？
教師引導：
開普勒整理了他的老師，丹麥人第谷20多年觀測行星運動的數(shù)據(jù)，在探討行星軌道性質(zhì)問題時，弟谷的觀測數(shù)據(jù)與哥白尼體系和日心說不符合。
最初研究火星軌道，發(fā)現(xiàn)火星的軌道不是正圓周，嘗試用別的曲線表示火星的軌道形狀。他當時算出火星的偏心率為0.093，是當時所知的在太陽系內(nèi)最大的，因此橢圓軌道最為明顯。他的這條定律否定了行星軌道為圓形的理論。經(jīng)過4年之久的研究計算，大膽地拋棄了統(tǒng)制人類2000年的“勻速圓周運動”軌道。
1．開普勒第一定律（橢圓軌道定律）：所有行星分別在大小不同的橢圓軌道上圍繞太陽運動,太陽在這些橢圓的一個焦點上
引導：研究發(fā)現(xiàn)火星的線速度不是均勻的，一天內(nèi)它與太陽的連線掃過的面積相同。將此結(jié)論推廣到其它行星，得到面積定律。
2．開普勒第二定律（面積定律）：對任意行星來說，它與太陽的連線（稱為徑矢）在相同的時間內(nèi)掃過相同的面積。
SAB=SCD = SEK
教師提出問題：行星在近地點和遠地點運動速度大小怎么樣？
學生思考，分析有關(guān)速度大小問題。
引導：研究行星的周期，必然發(fā)現(xiàn)不同軌道上，行星的周期不同，那么周期與軌道有關(guān)參量之間有什么共同的規(guī)律嗎？希望找到適宜于所有行星的總體模式，把各個行星聯(lián)系在一起。堅信存在著一個把整體行星完整地聯(lián)系在一起的一個簡單的法則。
3．第三定律：行星繞太陽運動軌道半長軸a的立方與運動周期的平方成正比。
所有行星的橢圓軌道半長軸的立方，與運行周期的平方之比相同。
教師激情講解：經(jīng)過九年的反復計算和假設(shè)，終于找到在大量觀測數(shù)據(jù)后面隱匿的數(shù)據(jù)的和諧性，在數(shù)字的海洋里提煉出了聯(lián)系各行星軌道與周期的關(guān)系規(guī)律。開普勒情不自禁地寫到：認識到這一真理，這是超出我的最美好的期望。
教師提出拓展問題：第三定律是對太陽與行星系統(tǒng)的研究而得到規(guī)律，你認為是否可以推廣到衛(wèi)星與行星系統(tǒng)？若可以，是否有區(qū)別？
學生思考回答：可以，因為力作用與運動模式相同，有可能比值不同。
教師給與肯定，告訴同學們此問題將在后面學習過程中得到見證。
問題分析（問題拓展）（鞏固深化認識，反饋對知識的理解和應(yīng)用）：
地球的公轉(zhuǎn)軌道接近圓，但彗星的運動軌道則是一個非常扁的橢圓．天文學家哈雷曾經(jīng)在1682年跟蹤過一顆彗星，他算出這顆彗星軌道的半長軸約等于地球公轉(zhuǎn)半徑的18倍，并預言這顆彗星將每隔一定時間就會出現(xiàn)．哈雷的預言得到證實，該彗星被命名為哈雷慧星．哈雷慧星最近出現(xiàn)的時間是1986年，請你根據(jù)
開普勒行星運動第三定律估算它下次飛近地球是哪一年？
學生思考分析解答：依據(jù)開普勒定律，
得到
1986年之后，再過76年，大約在2062年，哈雷彗星將再次飛近地球。
（學生有非常高的解決問題的熱情和興致,基本可以順利完成問題的處理）。
教師強化：有了科學規(guī)律就可以對有關(guān)問題做科學預測。
科學方法指導（首尾呼應(yīng)回扣最初的圓）：實際上，大多數(shù)行星的軌道與圓十分接近，太陽近似處在中心位置，如圖所示。
作為近似模型，開普勒關(guān)于行星運動的三條定律如何表達？
課件 動畫模擬
學生思考回答：
大多數(shù)行星繞太陽的軌道十分接近圓，太陽處在圓心；
對某一行星來說，它繞太陽做圓周運動的角速度（或線速度）不變，即行星做勻速圓周運動；
所有行星軌道半徑的力方與它的公轉(zhuǎn)周期的平方的比值都是相同的。若將行星的軌道運動近似看成圓，則有
問題拓展：知道嗎，就在最近冥王星降級了，有誰關(guān)注了？知道為什么嗎？（鼓勵關(guān)心科學時事的同學發(fā)表見解，學生熱烈響應(yīng)，教師給與確切結(jié)論）。
一般認為，冥王星是離太陽最遠而且是最小的行星，太陽系中有七顆衛(wèi)星比冥王星大（月球, 木衛(wèi)一, 木衛(wèi)二, 木衛(wèi)三, 木衛(wèi)四, 土衛(wèi)六 海衛(wèi)一）。
在國際天文學聯(lián)合會大會召開之后，經(jīng)過投票表決，冥王星被降級為矮行星，至此太陽系只剩下八大行星，“九大行星”的說法已經(jīng)成為歷史。
行星定義：圍繞太陽運轉(zhuǎn)；自身有足夠大的質(zhì)量，自身引力足以克服其內(nèi)部機構(gòu)作用力而使天體呈圓球狀；能夠清除其軌道附近其他物體的天體。
【板書】
7.1 行星的運動
日心說，地心說
開普勒定律
1、開普勒第一定律
2、開普勒第二定律
3、開普勒第三定律
對于開普勒定律的理解
1、從空間分布認識開普勒第一定律
2、從速度大小變化認識開普勒第二定律
3、開普勒第三定律
【課后反思】
教師要放開，讓學生自己總結(jié)所學內(nèi)容，允許內(nèi)容的順序不同，從而構(gòu)建他們自己的知識框架。
本節(jié)學習的是開普勒行星運動的三定律，其中第一定律反映了行星運動的軌跡是橢圓，第二定律描述了行星在近日點的速率最小，在遠日點的速率最大，第三定律揭示了軌道半長軸與公轉(zhuǎn)周期的定量關(guān)系．在近似計算中可以認為行星都以太陽為圓心做勻速圓周運動。

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