1. 天体运动名师教学设计1

6.1 一、教学目标：

了解地心说和日心说两种不同观点

知道开普勒对行星运动的描述

二、重点和难点：

开普勒行星运动定律

用开普勒定律解决有关天体运动问题

三、教学方法：讲授法

四、教学过程

（一）引入新课 行星的运动

宇宙中有无数大小不同，形态各异的天体，由这些天体组成的神秘的宇宙始终是人们渴望了解的领域，人们认识天体运动围绕“天体怎样运动？”和“天体为什么这样运动？”两个基本问题进行了长期的探索研究，提出了很多观点。通过本节的学习，我们应了解这些观点，知道行星如何运动。

（二）进行新课 1．行星运动的两种学说

（1）地心说

地心说的代表人物是亚里士多德和托勒玫。他们从人们的日常经验（太阳从东边升起，西边落下）提出地心说，认为地球是宇宙的中心，并且静止不动，所有行星围绕地球作圆周运动。

地心说比较符合当时人们的经验和宗教神学的思想，成为神学的信条，被人们信奉了一千多年，但它所描述的天体运动，不仅复杂而且以此为依据所得的历法与实际差异很大。

（2）日心说

日心说的代表人物是哥白尼，他在《天体运行论》一书中，对日心说进行了具体的论述和数学论证。认为太阳是静止不动的，地球和其他行星围绕太阳运动。把地球从天体运动的中心位置移到了一个普通的行星的位置。行星运动的描述显得更简单、更科学。日心说使科

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学从神学中解放出来，战胜了地心说，逐渐被人们接受。

但哥白尼固守天体作匀速圆周运动的传统思想，追求数的和谐与美，他的天体运动模型缺乏深入的物理思考，实际上是一个数学模型。

（一）地心说和日心说的发展过程

历史上曾经有“地心说”和“日心说”两种对立的学说。“地心说”认为地球是宇宙的中心，它是静止不动的，太阳、月亮和其它行星都围绕地球运动。“日心说”认为太阳是宇宙的中心，地球和其它行星都围绕太阳运动。

公元二世纪希腊学者托勒密改进了“地心说”，这个学说不仅符合人们的日常经验，也符合宗教神学的理论基础，因而在此后的1000多年中始终占据统治地位。

随着人类对天体运行的不断研究，对行星运动的观测越来越精确，人们发现用“地心说”描述行星运动存在很多问题。哥白尼在前人研究的基础上重新提出了“日心说”。他认为太阳是宇宙的中心，其它天体（包括地球）都围绕太阳作匀速圆周运动。哥白尼的“日心说”简单地说明了许多天文学问题，宣告了自然科学的诞生。

（二）开普勒行星运动定律

尽管“日心说”比“地心说”前进了一大步，但用“日心说”得出的结果仍然不能很好地与行星位置的观测结果相符。丹麦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，通过大量计算终于发现了行星运动的规律，即开普勒三定律：

2．开普勒定律

开普勒对第谷长期天文观察的结果进行了创造性的研究与思考，开始他想用哥白尼的太阳系模型说明火星的运行轨道，但与第谷的观测结果有8分的误差，从而大胆地摒弃了天体作匀速圆周运动的观点，从事实中寻找原则，建立了开普勒定律，对行星的运动作出了更科学、更精确的描述，回答了“天体怎样运动？”的问题。

（1）普勒第一定律：所有行星分别在大小不同的椭圆轨迹上围绕太阳运动，太阳是在这些椭圆的焦点上。

（参照椭圆的半长轴、焦点进行介绍）

（2）勒第二定律：太阳和行星的连线在相等的时间内扫过的面积相等。

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（3）开普勒第三定律：所有行星的椭圆轨迹的半长轴的三次方与公转周期的平方的比值都相等。

R3即2k，k是与太阳质量有关的恒量，与行星的质量无关。

T注意：

①行星的椭圆轨道都很接近圆，所以在中学阶段分析和处理天体运动时，常把椭圆轨道作为圆轨道来处理，这是突出主要因素，忽略次要因素的理想化方法，是研究物理最常用的方法。

②开普勒定律不仅适用于行星，也适用于卫星，但这时k应与行星的质量有关。

附：所谓椭圆，就是到两定点距离之和等于定长的所有点的集合，如图，A、B即两定点。这两个定点就是椭圆的两个焦点，通过两焦点的线段MN即长轴，通过A，B中点O并与长轴垂直的线段PQ即短轴。

由面积定律知道，行星通过近日点的速率大于通过远日点的速率。在高中阶段，我们往往将行星的运动看成轨迹为圆的圆周运动，如果这样，也就无所谓近日点与远日点了，因此，行星运动的过程中速率总相等，行星的运动就是匀速圆周运动。

〖例题分析〗 海王星的公转周期约为5.19×10s，地球的公转周期为3.16×10s，则海王星与太阳的平均距离约为地球与太阳的平均距离的多少倍？

97R3解：由开普勒第三定律2k可得：

TRR 1223，

T1T2

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R1T1(5.19109)232330

∴R2(3.16107)2T2某一人造卫星绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径为月球绕地球轨道半径的星运行的周期大约是：

A．1－4天之间 B．4－8天之间

C．8－16天之间 D．16－20天之间

21，则此卫3R3解：由开普勒第三定律2k可得：

TT 1T2R111，

327R2333 而T227天，

则T15.2天

（三）布置作业

收集有关资料，预习下节课。

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