课件24张PPT。第六章 万有引力与航天6.1 行星的运动
学习目标 ：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。 地心说 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。 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 地心说 日心说 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 日心说 开普勒三大定律 观察天才 数学天才 开普勒第一定律（轨道定律）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 【问题】：第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? 【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。 开普勒第二定律（面积定律）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． 【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？ 【牢记】：行星在近日点的速率大
于远日点的速率。 开普勒第三定律（周期定律）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． 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： 【问题】：公式中 的比例
系数k可能与谁有关？ 【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，公转周期为火星绕太阳运动的轨道半径为公转周期为那这些物理量之间之间应该满足怎样的关系？ 太阳系ks5u精品课件海尔—波普彗星开普勒三大定律的近似处理 ①行星绕太阳运动轨道是圆，太阳处
在圆心上。 ②对某一行星来说，它绕太阳做圆周
运动的角速度（或线速度）不变，
即行星做匀速圆周运动。 ③所有行星的轨道半径的三次方跟它
的公转周期的平方的比值都相等。 1、开普勒定律不仅适用于行星绕太阳运
动，同时它适用于所有的天体运动。
只不过对于不同的中心天体， 中的
k值不一样。扩展及注意 如金星绕太阳的太阳的是一样的，因为它们的中心与地球绕太阳的的，因为它们的中心天体不一样。 与地球绕天体一样，均是太阳。但月球绕地球运动的是不一样2、开普勒定律是根据行星运动的现察结
果而总结归纳出来的规律．它们每一
条都是经验定律，都是从行星运动所
取得的资料中总结出来的规律．开普
勒定律只涉及运动学、几何学方面的
内容，不涉及力学原因。 3、开普勒关于行星运动的确切描述，
不仅使人们在解决行星的运动学
问题上有了依据，更澄清了人们
对天体运动神秘、模糊的认识，
同时也推动了对天体动力学问题
的研究 《行星的运动》教学设计
【设计思想】?
本节课内容是该章第一单元的开篇。这一单元教材在安排上按照科学探究的思路展开，重在介绍万有引力定律建立的过程，这是一次生动的科学思维和科学方法的教育。从古代朴素的唯物主义思想，到天文学家对行星运动大量的观察资料；从研究行星运动规律，到猜想行星运动的原因；最终得到万有引力定律，无处不在体现着科学探索的精神与方法。这节内容在第一单元教学中起到开门砖的作用。对学生来说本节内容是抽象的、陌生的，甚至无法去感知。对天体的运动充满好奇又觉得非常神秘而不易理解。所以我们必须去引导学生了解人们对星体运动认识的发展过程，从“日心说”和“地心说”的内容到其两者之间的争论，从第谷的精心观测到开普勒的数学运算，在学生整体感知的过程中引导学生体会这些大师们的思路、方法及他们的一丝不苟的科学精神，并激发他们热爱科学、探索真理的求知热情。?
本节内容包括“地心说”“日心说”的内容、开普勒定律的内容和天体运动的近似处理等知识点。?
【教学目标】?
一、知识目标? ?
1．了解“地心说”和“日心说”两种不同的观点及发展过程；?
2．知道开普勒对行星运动的描述；?
3．知道天体运动的近似处理方法。
?二、能力目标?
1．培养学生在客观事物的基础上通过分析、推理提出科学假设，再经过实验验证的正确认识事物本质的思维方法；?
2．通过学习，培养学生善于观察、善于思考和提高实际应用的能力；?
3．通过体验性活动提高学生实践的意识。?
三、德育目标? ?
1．通过开普勒行星运动定律的建立过程，渗透科学发现的方法论教育，建立科学的宇宙观和价值观；? ?
2．激发学生热爱科学、探索真理的求知热情；?
3．培养学生交流合作以及评价探究结果的素养。?
【教学重点】?
1．“日心说”的建立过程。?
2．行星运动的规律。?
【教学难点】?
1．学生对天体运动缺乏感性认识。?
2．开普勒行星运动规律的应用。?
【教学方法】?
1．“日心说”建立的教学──采用对比、反证及讲授法。?
2．行星运动规律的建立──采用挂图、放录像资料或用CAI课件模拟行星的运动情况。?
【教学用具】?
多媒体课件、挂图、细绳、白纸教学步骤
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教师活动
学生交流活动
点? 评
导人新课：
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（展示幻灯片）引导学生交流斟酌短文中的字词，并发表自己的看法。“在浩瀚的夜空中，点点繁星就像一颗颗晶莹剔透的宝石镶嵌在广袤的苍穹之上……”? ??一名中学生关于夜空的描述。
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我们与无数生灵生活在地球上，白天我们沐浴着太阳的光辉。夜晚，仰望苍穹，繁星闪烁，美丽的月亮把我们带入了无限的遐想之中，这浩瀚无边的宇宙中有着无数的大小不一、形态各异的天体，它们的神秘始终让我们渴望了解，并不断地去探索。而伟大的天文学家、物理学家已为我们的探索开了头，让我们对宇宙来一个初步的了解。首先，我们来了解行星的运动情况。
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板书：行星的运动。
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一、“地心说”和“日心说”的发展过程
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在古代，人类最初通过直接的感性认识，建立了“地心说”的观点，认为地球是静止不动的，而太阳和月亮绕地球而转动。因为“地心说”比较符合人们的日常经验，太阳总是从东边升起，从西边落下，好像太阳绕地球转动。正好，“地心说”的观点也符合宗教神学关于地球是宇宙中心的说法，所以“地心说”统治了人们很长时间。但是随着人们对天体运动的不断研究，发现“地心说”所描述的天体的运动不仅复杂而且问题很多。如果把地球从天体运动的中心位置移到一个普通的、绕太阳运动的行星的位置，换一个角度来考虑天体的运动，许多问题都可以解决，行星运动的描述也变得简单了。
回答1：“点点”并非实指天体大小，而是因为它们距离我们非常遥远。
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回答2：“镶嵌”是形象生动的描述，此处是否恰当？
通过欣赏短文激发学生深层次的思考和探究的热情与积极性。
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让学生充分体会人类在对行星运动规律的认识过程中充满着曲折和艰辛。
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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。用“日心说”能较好地和观测的数据相符合，但它的思想几乎在一个世纪中被忽略，很晚才被人们接受。原因有：(1)“日心说”只是一个假设。利用这个“假设”，行星运动的计算比“地心说”容易得多。但著作中有很不精确的数据。根据这些数据得出的结果不能很好地跟行星位置的观测结果相符合。(2)当时的欧洲的统治者还是教会，把哥白尼的学说称为“异端学说”，因为它不符合教会的利益。致使这个正确的观点被推迟一个世纪才被人们所接受。
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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，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。开普勒想，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，证明了哥白尼的“日心说”是正确的。
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科学家的伟大既在于严谨的科学态度与科学精神，也需要极大的推翻权威的勇气。
同学们，通过对人类对行星运动的认识过程。你有什么感想？
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引导学生在课后阅读{科学足迹）
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虽然哥白尼等人否定了地心说，但仍然认为其他行星围绕太阳做圆周运动。这个观点是错误的，开普勒在第谷对780颗左右恒星观察并有准确记录的基础上，提出了椭圆轨道定律、面积定律和周期定律。
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引出新课
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二、开普勒定律
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(1)出示行星运动的挂图
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(2)放有关行星运动的视频
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开普勒第一定律（椭圆轨道定律）：所有的行星分别在大小不同的椭圆轨道上围绕太阳运动，太阳是在这些椭圆的一个焦点上。
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(3)体验活动：椭圆的制作
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引发学生思考：
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椭圆有什么特点？
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椭圆中最长的线段（长轴）如何确定？??
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如果太阳位于椭圆的左焦点，请同学们在自己画出的椭圆中标出近日点和远日点位置？并思考近日距离和远日距离的关系。
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开普勒第二定律（面积定律）：太阳和行星的联线在相等的时间内所扫过的面积相等。若行星从A到B的时间和从C到D的时间相等，则图中的面积S1=S2
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学生踊跃发表自己的感想：
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前人的这种对问题的一丝不苟、孜孜以求的精神值得大家学习。我们对待学习更应该是脚踏实地，认认真真，不放过一点疑问，要有热爱科学、探索真理的热情及坚强的品质，来实现我们的人生价值。
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学生可低声交流：
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学生分组合作实验：以细绳的两端点为椭圆的两个焦点，用铅笔紧贴着细绳滑动，在纸上画出轨迹。
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学生交流讨论：近日距离与远日距离之和等于长轴的长度。
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边看边介绍，让学生对行星运动有一个简单的感性认识。
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录像的效果很好，很直观，让同学能看到三维的立体画面，让同学们的感性认识又提高一步。
引发学生思考：
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根据该定律，当行星靠近太阳时，运行的速度如何？当行星远离太阳时，运行的速度又如何？
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开普勒第三定律（周期定律）：所有行星的椭圆轨道的半长轴的三次方与公转周期的二次方的比值都相等。
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若用R表示半长轴，用T表示周期，则有：（K与运动的行星无关）
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强调表达式中各物理量的含义
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引发学生思考：
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现在我们已发现了太阳周围有几颗大行星吗？分别是什么？
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评价：（回答的很好），那同学们知道哪颗行星离太阳最近？
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再问：水星绕太阳运转的周期会和地球一样吗？
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评价：（回答的非常精彩）不过这是理论上的证明，有什么方法来验证吗？
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（播放视频：行星的运动）引导学生结合教材版图了解多数大行星轨道的近圆特点，并让学生自学天体运动的近似处理方法。
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开普勒三定律的意义
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开普勒关于行星运动的确切描述不仅使人们在解决行星的运动学问题上有了依据，更澄清了人们多年来对天体运动神秘、模糊的认识，同时也推动了对天体动力学问题的研究。
学生交流讨论：
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由几何关系可知：当行星在近日点时，距离小，则走过的弧长大，所以行星运动快；当行星在远日点时，距离大，则相同时间内走过的弧长短，所以行星运动的慢。
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学生回答：木、水金、火、土、地球、天王星、海王星。
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学生回答：水星
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学生积极交流讨论：
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利用开普勒第三定律可知：绕同一恒星运转的不同行星，K是一个常量。所以水星离太阳最近，绕太阳运转的周期也最短。
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学生积极交流讨论：可以通过查找数据资料来估算水星和地球的K值是否相同，从而得出结论。
对学生的回答要
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给予充分的肯定和鼓励，让他们获得成功的喜悦
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注意学科间知识的渗透和联系
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充分发挥学生的主观能动性，培养良好的自学习惯
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【巩固练习】
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用投影仪出示练习题
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(1)行星绕恒星的运动轨道如果是圆形，那么它轨道半径R的三次方与运行周期T的平方比为常数K，则常数K的大小
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A．只与恒星的质量有关
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B．与恒星的质量及行星的质量有关
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C．只与行星的质量有关
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D．与恒星的质量及行星的速度有关
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(2)木星绕太阳转动的周期为地球绕太阳的转动的周期的12倍，则木星绕太阳运行的轨道半长轴约为地球绕太阳运行轨道半长轴的________倍。
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(3)天文观测发现某小行星绕太阳的周期是27地球年，它离太阳的最小距离是地球轨道半径的2倍，求该小行星离太阳的最远距离是地球轨道半径的几倍？?
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参考答案：（略）
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【小结】
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通过本节课的学习，我们了解和知道了：
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1．“地心说”和“日心说”两种不同的观点及发展过程。
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2．行星运动的轨迹及物理量之间的定量关系举R3/T2=K(K是与行星无关的量)。
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3．大行星绕太阳的运动可近似看做匀速圆周运动。
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【作业】
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1．阅读有关对行星运动的认识的发展史。?
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2．思考题：? 把月球及绕地球的同步卫星看做绕地球做匀速圆周运动，试计算一下月球与同步卫星到地面中心的距离比。
6.1行星的运动评测练习
1.16世纪,哥白尼根据天文观测的大量资料,经过40多年的天文观测和潜心研究,提出“日心说”的如下四个基本论点,这四个基本论点目前看不存在缺陷的是( )。
A.宇宙的中心是太阳 ,所有的行星都在绕太阳做匀速圆周运动
B.地球是绕太阳做匀速圆周运动的行星,月球是绕地球做匀速圆周运动的卫星,它绕地球运动的同时还跟地球一起绕太阳运动
C.天体不转动,因为地球每天自西向东转一周,造成天体每天东升西落的现象
D.与日地距离相比,恒星离地球都十分遥远,比日地间的距离大得多
【解析】所有行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆,太阳处在所有椭圆的一个焦点上;行星在椭圆轨道上运动的周期T和轨道半长轴a满足=k,所有行星实际并不是在做匀速圆周运动,整个宇宙在不停地运动。所以目前只有D中的观点不存在缺陷。
【答案】D
2.日心说被人们所接受的原因是( )。
A.以地球为中心来研究天体的运动有很多无法解决的问题
B.以太阳为中心来研究天体的运动,许多问题都可以解决,行星运动的描述也变得简单了
C.地球是围绕太阳运转的
D.太阳总是从东边升起,从西边落下
【解析】日心说主要是以太阳为参考系来研究其他行星的运动,这样其他行星的运动形式变得简单,便于描述和研究。而地心说是以地球为参考系来研究太阳及其他星体的运动,运动形式非常复杂,不便于描述和研究,故B选项正确。
【答案】B
3.关于天体运动,下列说法正确的是( )。
A.行星轨道的半长轴越长,公转周期越长
B.若地球绕太阳运转轨道的半长轴为R,周期为T,月球绕地球运转轨道的半长轴为R',周期为T'
C.水星的半长轴最短,公转周期最大
D.太阳系“八大行星”与矮行星 “冥王星”相比,“冥王星”离太阳最远,绕太阳运动的公转周期最长
【解析】地球绕太阳运动,月球绕地球运转,分属不同的中心天体,k值不等,选项B错误。
【答案】AD
4.下列说法中正确的是( )。
A.太阳系中的八大行星有一个共同的轨道焦点
B.行星运动的方向总是沿着轨道的切线方向
C.行星的运动方向总是与它和太阳的连线垂直
D.公式=k只适用于太阳系中的行星和卫星
【解析】对于行星的运动不能等同于匀速圆周运动。行星从近日点到远日点时,行星的运动方向与它和太阳连线的夹角大于90°,当行星从远日点向近日点运动时,行星的运动方向与它和太阳连线的夹角小于90°,故A、B正确,C错误。各种行星和卫星绕恒星运动时都遵循开普勒行星运动定律,开普勒第三定律虽然是从研究地球绕太阳运动得出的,但通过对其他星球的深入研究发现它们也遵循开普勒第三定律,所以D错误。
【答案】AB
5.在太阳系里有一千多颗小行星,若某一颗小行星绕日运行的半径是金星绕日运行半径的4倍,则小行星与金星绕日运行的周期之比为( )。
A.1∶16 B.4∶1 C.8∶1 D.1∶1
【解析】根据开普勒第三定律=k,有==,得=。
【答案】C
6.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,则此卫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
【解析】根据开普勒第三定律可得=,即T卫=,又因为T月≈27天,所以T卫=天≈5.2天,故B选项正确。
【答案】B
7.图示是行星m绕恒星M运动的轨道示意图,则下列说法正确的是( )。
A.速度最大点是B点
B.速度最小点是C点
C.m从A到B做减速运动
D.m从B到A做减速运动
【解析】因恒星M与行星m的连线在相同时间内扫过的面积相同,又因BM最长,故B点是轨道上的最远点,所以速度最小,所以m从A到B做减速运动,而从B到A做加速运动。故C选项正确。
【答案】C
8.二十四节气中的春分和秋分均为太阳直射赤道时,春分为太阳直射点从南回归线回到赤道时,秋分则为太阳直射点从北回归线回到赤道时,如图所示。2013年3月20日为春分,2013年9月23日为秋分,2014年3月21日为春分。可以推算从春分到秋分187天,而再从秋分到春分则为179天,并且每年情况都差不多。关于上述自然现象,下列说法正确的是( )。
A.地球绕太阳运动的轨道是一个标准的圆轨道
B.地球绕太阳运动的轨道不是一个标准的圆轨道
C.地球绕太阳运动的近日点可能是在夏季
D.地球绕太阳运动的近日点可能是在冬季
【解析】由题意可知,春分、秋分时地球所在位置的连线经过太阳所在的位置,因为从春分到秋分的时间与从秋分到春分的时间不同,故地球绕太阳运动的轨道不是一个标准的圆轨道,从秋分到春分时间短,故此阶段运行速度较大,由开普勒定律可知,地球在近日点速度较大,故地球绕太阳运动的近日点可能是在冬季。
【答案】BD
9.把火星和地球绕太阳运行的轨道视为圆周。由火星和地球绕太阳运动的周期之比可求得 ( )。
A.火星和地球的质量之比
B.火星和太阳的质量之比
C.火星和地球到太阳的距离之比
D.火星和地球绕太阳运行速度大小之比
【解析】由于火星和地球均绕太阳做匀速圆周运动,由开普勒第三定律=k,k为常量,可知火星和地球到太阳的距离之比。又v=,则可知火星和地球绕太阳运行的速度大小之比,所以C、D选项正确。
【答案】CD
10.两颗人造卫星A、B绕地球做圆周运动,周期之比为TA∶TB=1∶8,则轨道半径之比和运动速率之比分别为( )。
A.RA∶RB=4∶1,vA∶vB=1∶2
B.RA∶RB=4∶1,vA∶vB=2∶1
C.RA∶RB=1∶4,vA∶vB=1∶2
D.RA∶RB=1∶4,vA∶vB=2∶1
【解析】因为=k,所以r∝,由TA∶TB=1∶8 得RA∶RB=1∶4,又v=,所以vA∶vB=×=×=2∶1。故选D。
【答案】D
11.某行星沿椭圆轨道运行,远日点离太阳的距离为a,近日点离太阳的距离为b,过远日点时行星的速率为va,则过近日点时的速率为( )。
A.vb=va B.vb=va
C.vb=va D.vb=va
【解析】如图所示,A、B分别为远日点和近日点,由开普勒第二定律,太阳和行星的连线在相等的时间里扫过的面积相等,取足够短的时间Δt,则有:va·Δt·a=vb·Δt·b,所以vb=va。
【答案】C
12.已知两行星绕太阳运动的半长轴之比为b,则它们的公转周期之比为 。
【解析】设两行星的半长轴分别为a1、a2,周期分别为T1、T2,由=k知:=,则()3=()2,因=b,故有==b。
【答案】b
