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7.1行星的运动的教案
【教学目标】
1、了解“地心说”和“日心说”两种不同学说的建立和发展过程；
2、知道开普勒对行星运动的描述；
3、培养学生在客观事实的基础上通过分析、推理，提出科学假设，再经过实验检验的正确认识事物本质的思维方法。
4、通过学习，培养学生善于观察、善于思考、善于动手的能力。
5、通过开普勒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。
【教学重难点】
重点
1.理解和掌握开普勒行星运动定律，认识行星的运动。
2.理解宇宙中行星的运动规律，掌握人类认识自然规律的科学方法。
难点
1.对开普勒行星运动定律的理解和应用。
2.澄清人们对天体运动神秘、模糊的认识。
【新课导入】
在浩瀚的宇宙中有着无数大小不一，形态各异的天体，如太阳、地球、月亮、星星等等。这些天体是如何运动的呢？人类最初是通过直接的感性认识以及受宗教的影响，建立了“地心说”，哥白尼分析了托勒密体系中的行星运动，哥白尼用了“将近四个九年的时间”去测算、校核、修订他的学说。提出了“日心说”，“日心说”认为太阳是宇宙的中心，其他天体（包括地球）都绕太阳作匀速圆周运动。“日心说”虽在“地心说”的基础上前进了一大步，第谷等科学家通过长期观测，记录了大量的观测数据，“日心说”解释行星运动时与实际观测的结果仍有一定的误差，最终开普勒通过计算，确立了行星运动的正确图景：所有的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，所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等。开普勒对行星运动的描述，为牛顿发现万有引力定律奠定了重要的基础。
【新课讲解】
（一）开普勒定律
开普勒（天体运行的立法者）行星运动定律
十七世纪，德国开普勒在“日心说”的基础上，研究行星运动规律。
开普勒的兴趣和注意力更多地放在改进和完善哥白尼的日心说。
教师提出问题，引起思考与探究：人们研究行星的运动会关注什么问题？
学生发表意见：作为曲线运动，会关注轨道什么样？运动速度如何？对周期性的运动会关注周期与轨道参量之间有什么关系？
教师引导：
开普勒整理了他的老师，丹麦人第谷20多年观测行星运动的数据，在探讨行星轨道性质问题时，弟谷的观测数据与哥白尼体系和日心说不符合。
最初研究火星轨道，发现火星的轨道不是正圆周，尝试用别的曲线表示火星的轨道形状。他当时算出火星的偏心率为0.093，是当时所知的在太阳系内最大的，因此椭圆轨道最为明显。他的这条定律否定了行星轨道为圆形的理论。经过4年之久的研究计算，大胆地抛弃了统制人类2000年的“匀速圆周运动”轨道。
1．开普勒第一定律（椭圆轨道定律）：所有行星分别在大小不同的椭圆轨道上围绕太阳运动,太阳在这些椭圆的一个焦点上
引导：研究发现火星的线速度不是均匀的，一天内它与太阳的连线扫过的面积相同。将此结论推广到其它行星，得到面积定律。
2．开普勒第二定律（面积定律）：对任意行星来说，它与太阳的连线（称为径矢）在相同的时间内扫过相同的面积。
SAB=SCD = SEK
教师提出问题：行星在近地点和远地点运动速度大小怎么样？
学生思考，分析有关速度大小问题。
引导：研究行星的周期，必然发现不同轨道上，行星的周期不同，那么周期与轨道有关参量之间有什么共同的规律吗？希望找到适宜于所有行星的总体模式，把各个行星联系在一起。坚信存在着一个把整体行星完整地联系在一起的一个简单的法则。
3．第三定律：行星绕太阳运动轨道半长轴a的立方与运动周期的平方成正比。
所有行星的椭圆轨道半长轴的立方，与运行周期的平方之比相同。
教师激情讲解：经过九年的反复计算和假设，终于找到在大量观测数据后面隐匿的数据的和谐性，在数字的海洋里提炼出了联系各行星轨道与周期的关系规律。开普勒情不自禁地写到：认识到这一真理，这是超出我的最美好的期望。
教师提出拓展问题：第三定律是对太阳与行星系统的研究而得到规律，你认为是否可以推广到卫星与行星系统？若可以，是否有区别？
学生思考回答：可以，因为力作用与运动模式相同，有可能比值不同。
教师给与肯定，告诉同学们此问题将在后面学习过程中得到见证。
问题分析（问题拓展）（巩固深化认识，反馈对知识的理解和应用）：
地球的公转轨道接近圆，但彗星的运动轨道则是一个非常扁的椭圆．天文学家哈雷曾经在1682年跟踪过一颗彗星，他算出这颗彗星轨道的半长轴约等于地球公转半径的18倍，并预言这颗彗星将每隔一定时间就会出现．哈雷的预言得到证实，该彗星被命名为哈雷慧星．哈雷慧星最近出现的时间是1986年，请你根据
开普勒行星运动第三定律估算它下次飞近地球是哪一年？
学生思考分析解答：依据开普勒定律，
得到
1986年之后，再过76年，大约在2062年，哈雷彗星将再次飞近地球。
（学生有非常高的解决问题的热情和兴致,基本可以顺利完成问题的处理）。
教师强化：有了科学规律就可以对有关问题做科学预测。
科学方法指导（首尾呼应回扣最初的圆）：实际上，大多数行星的轨道与圆十分接近，太阳近似处在中心位置，如图所示。
作为近似模型，开普勒关于行星运动的三条定律如何表达？
课件 动画模拟
学生思考回答：
大多数行星绕太阳的轨道十分接近圆，太阳处在圆心；
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；
所有行星轨道半径的力方与它的公转周期的平方的比值都是相同的。若将行星的轨道运动近似看成圆，则有
问题拓展：知道吗，就在最近冥王星降级了，有谁关注了？知道为什么吗？（鼓励关心科学时事的同学发表见解，学生热烈响应，教师给与确切结论）。
一般认为，冥王星是离太阳最远而且是最小的行星，太阳系中有七颗卫星比冥王星大（月球, 木卫一, 木卫二, 木卫三, 木卫四, 土卫六 海卫一）。
在国际天文学联合会大会召开之后，经过投票表决，冥王星被降级为矮行星，至此太阳系只剩下八大行星，“九大行星”的说法已经成为历史。
行星定义：围绕太阳运转；自身有足够大的质量，自身引力足以克服其内部机构作用力而使天体呈圆球状；能够清除其轨道附近其他物体的天体。
【板书】
7.1 行星的运动
日心说，地心说
开普勒定律
1、开普勒第一定律
2、开普勒第二定律
3、开普勒第三定律
对于开普勒定律的理解
1、从空间分布认识开普勒第一定律
2、从速度大小变化认识开普勒第二定律
3、开普勒第三定律
【课后反思】
教师要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架。
本节学习的是开普勒行星运动的三定律，其中第一定律反映了行星运动的轨迹是椭圆，第二定律描述了行星在近日点的速率最小，在远日点的速率最大，第三定律揭示了轨道半长轴与公转周期的定量关系．在近似计算中可以认为行星都以太阳为圆心做匀速圆周运动。

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