1. 天体运动公开课教案

天体运动

预习检测

学生通过课前预习，完成知识梳理填空：

一、地心说

1.古希腊学者

构建了地心说，认为_____是宇宙的中心，是_________的，太阳、月亮以及其他行星都绕_____运动。

二、日心说

2.波兰天文学家

提出日心说，认为_____是静止不动的，地球和其他行星都绕__

__运动。

二、开普勒行星运动定律

定律

开普勒第一定律

开普勒第二定律

开普勒第三定律

新课教学

[提问] 在宇宙中像地球这样的行星大约有上亿颗，要想探索宇宙奥秘，寻找智慧生命，首先要对行星的运动有所了解．你对宇宙中行星的运动特点有哪些认识呢？

1．“地心说”

“地心说”

认为地球是宇宙的中心，是静止不动的，太阳、月亮以及其他行星都围绕地球运动，托勒密更是根据前人的观点结合自己的观测记录提出一套以自己名字命名的宇宙体系．“地心说”

符合人们的直接经验，同时也符合势力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．

但后来随着观测技术的发展，“地心说”

对行星运动过程中出现的忽快忽慢及行星逆转等现象都不能做出合理的解释，人们开始怀疑“地心说”

的正确性．

2．“日心说”

“日心说”

则认为太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动．

哥白尼根据自己的观测记录，提出太阳才是宇宙的中心，地球和其他行星都在绕着太阳运动．哥白尼在病床上将自己的《天体运行论》发表．

内容、公式

图示

3．第谷

第谷在“观天堡”

工作

20 余年，在天文学方面取得一系列成就，尤其是在天文观测方面，第谷去世后他的观测数据留给了他的助手开普勒．

4．开普勒三定律

（1）开普勒第一定律

[讲解] 开普勒在运用第谷的观测数据对哥白尼的“日心说”

进行验证时发现火星的轨道存在偏差．

[提问] 是什么原因造成了偏差呢？

[学生讨论]

1．计算错误；

2．第谷的观测数据出现了问题；

3．哥白尼的日心说存在不完善之处．

[分析] 开普勒进行了

70 余次反复计算，排除了第一种可能，他相信第谷观测数据的科学性，大胆提出是日心说存在不完善的地方，经过对行星运动轨道的修正，得出开普勒第一定律．

开普勒第一定律：所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上．

[学生活动] 体验行星绕着太阳运动的轨迹．利用笔、纸、图钉和绳子画出椭圆，并对椭圆的焦点与半长轴进行讲解．

（2）开普勒第二定律

[讲解] 开普勒在对行星绕太阳运动的数据进行分析时，发现离太阳越近运动得越快，反之则越慢．

通过对行星运动数据的推导，开普勒发现行星与太阳之间的连线扫过的面积具有一定的特点．

开普勒第二定律：太阳与任何一个行星的连线在相等的时间内扫过的面积相等．

（3）开普勒第三定律

[讲解] 开普勒在发现了第一、第二定律后，并没有停止对第谷留给他的观测数据的研究．

当他对行星运动的周期与半径进行研究时，发现了其中存在的微妙的关系．

[提问] 你能从中发现什么吗？

水星

金星

地球

火星

木星

土星

周期（年）

0.24

0.62

1.00

1.88

11.90

29.50

距太阳的平均距离（106km）

57.9

108.2

149.6

227.9

778.3

1427.0

[学生回答] 随着周期增大，行星与太阳的距离也越大．

[提问] 在数值上，距离与周期可能存在什么关系呢？

[学生回答] 成正比．

[学生活动] 对数据进行分析处理，判断它们之间是否成正比．

[结论] 不同的行星的周期与距离之比不是一个定值，因此他们之间不成正比．

[提问] 周期与距离之间既然不成正比，那么他们还可能存在什么样的关系呢？

[学生活动] 提出猜想：

[分组活动] 将学生分成几组，分别对几种猜想进行验证．

[结论] 距离的三次方与周期的平方之比在一定误差内可认为是一个定值．因此得到距离的三次方与周期的平方成正比．

开普勒第三定律：

行星绕太阳运行轨道半长轴

r 的立方与其公转周期

T 的平方成正比．

[讲解] 开普勒第三定律是开普勒对第谷的观测数据进行长达

10 年的分析后得出的结论．可见任何一个物理定律的得出都要经历一个漫长且艰苦的过程．

九、课堂小结

教师请学生谈谈通过本节课的学习知道了什么，有什么感想．

本节中心内容是理解日心说，理解并且记住开普勒关于行星运动的三条定律：椭圆轨道定律；面积定律；椭圆轨道半长轴与运行周期关系定律．

师生共同谈感想：

日心说很长时间里一直不被接受，任何一个学说，如果没有观测事实或实验证据的支持，就不可能被接受．

由于地心说比较符合人们的日常经验，所以统治了很长时间．但是随着人们对天体运动的不断研究，日心说逐渐被越来越多的人接受，真理最终战胜了谬误．