урок по астрономии

Урок 10. Законы движения планет Солнечной системы

Цели урока

Личностные: целенаправленно организовывать собственную познавательную деятельность.

Метапредметные: анализировать информацию, полученную из текста научного содержания; объяснять суть эмпирического способа определения формы траектории небесных тел (на примере Марса).

Предметные: воспроизводить определения терминов и понятий «эллипс», «афелий», «перигелий»,

«большая и малая полуось эллипса», «астрономическая единица»; формулировать законы Кеплера.

Основной материал

Эмпирический характер научного исследования Кеплера. Эллипс, его свойства. Эллиптические орбиты небесных тел. Формулировка законов Кеплера. Значение и границы применимости законов Кеп- лера.

Методические акценты урока. Урок обладает значительным личностным познавательным потенциалом, так как впервые показывает логику рассуждений ученого-астронома и вывод законов на основе эмпирических данных. Поэтому при введении в новую тему наиболее эффективным методом выступает мини-лекция с элементами проблемного диалога. В качестве интеллектуальной разминки в начале урока учащимся можно предложить следующие задания.

Измеренное секстантом угловое расстояние планеты от Солнца оказалось равным 60. Определите, какая это планета — верхняя или нижняя.

Можно ли наблюдать Венеру утром на западе, а вечером на востоке? Почему? Возможно ли подобное наблюдение для Меркурия; Марса?

Сидерический период обращения Марса вокруг Солнца составляет 686,97 сут. Определите, через какой промежуток времени Земля видна с Марса как утреннее светило.

Ниже приведены выдержки из книг. Прокомментируйте их.

Ф. М. Дягилев «Из истории физики и жизни ее творцов»: «…Коперник впервые создал научную картину мира, заложив тем самым, по словам академика Амбарцумяна, «первый камень в фундамент современного естествознания»…»

М. В. Келдыш «Николай Коперник»: «…Человек, несомненно, достигнет других планет и, может быть, других миров, когда физикой будут открыты новые, еще более эффективные источники энергии. Как бы ни были велики дальнейшие успехи науки, имя гениального сына польского народа Николая Коперника будет вечно сиять, как ярчайшая звезда».

Выполнение представленного задания позволит логично перейти к теме урока. В качестве эпиграфа к нему можно взять слова В. И. Вернадского: «…явление, которое отличает научную мысль и результаты от просто утверждений, — общеобязательность и бесспорность». В связи с этим акцентируется внимание на том, что И. Кеплер пришел к формулировке законов эмпирическим путем, базируясь на гелиоцентрическом устройстве Солнечной системы и убежденности в том, что, согласно Пифагору, «миром правят числа». Далее учащимся предлагается ознакомиться с описанием действий И. Кеплера, представленным в § 12 учебника. После самостоятельного ознакомления учащихся с последовательно- стью научных размышлений ученого в беседе акцентируется внимание на следующих фактах.

Исходные положения — круговая орбита Земли, известное угловое расстояние Марса от точки весеннего равноденствия, сидерический период обращения планеты.

Использованный метод — многократное определение точки в пространстве, в которой оказывается планета, спустя промежуток времени, равный звездному периоду; вычерчивание орбиты Марса в единицах радиуса земной орбиты.

Полученные выводы: 1) орбита удовлетворяет кривой, соответствующей эллипсу, Солнце находится не в центре, а в одном из фокусов эллипса; 2) движение планеты по орбите неравномерно: в точке

наибольшего удаления  —   скорость  минимальна, в точке наименьшего удаления — максимальна.

Для перехода к формулировке законов необходимо ввести понятия «эллипс», «большая и малая полуоси», «эксцентриситет». Используя рисунок 3.6 учебника, совместно с учащимися рассматривается способ практического построения эллипса, анализируется его частный случай — окружность. Важно использовать и динамическую виртуальную модель, иллюстрирующую второй закон Кеплера.

Учащиеся формулируют первые два закона Кеплера и заносят их в таблицу, дополняя графической интерпретацией.

Далее вводят третий закон Кеплера, предваряя его рассказом о том, что первые два закона рассматривают движение планет в отдельности. Третий закон позволил впервые решить задачу движения двух тел. Для его анализа рассматривается типовая задача, решение которой изложено в конце § 12 учебника. Вводится понятие «астрономическая единица».

Обращают внимание, что в учебнике приведены формулировки законов в том порядке, в котором они исторически были открыты. Их нумерация соответствует последовательности осмысления в научных кругах и исторически принята. Рассматриваются границы применимости законов Кеплера:

применимы для описания движения планет, но не объясняют причин движения;

позволяют вычислить относительные расстояния планет от Солнца;

применимы к движению планет, их естественных и искусственных спутников, движению других небесных тел — астероидов, комет, звезд в двойных системах.

Комментируя законы, важно сформулировать в беседе с учащимися значение данных законов:

подтвердили гелиоцентрическую систему устройства мира Коперника;

преодолели умозрительные заключения о круговых движениях небесных тел, с опорой на эмпирические данные;

позволили ввести понятие астрономической единицы как основы для вычисления различных астрономических расстояний в Солнечной системе;

явились основой для открытия других законов (закон Тициуса—Боде).

Можно обратить внимание учащихся на то, что И. Кеплер, увлеченный «гармонией сфер», нашел соответствие между идеальными геометрическими фигурами и орбитами планет: пять правильных многогранников — тетраэдр, куб, октаэдр, додекаэдр, икосаэдр — можно разместить внутри совокупности концентрических сфер, радиусы которых соотносятся так же, как радиусы планетных орбит. При этом он отметил, что между орбитами Марса и Юпитера существует большой промежуток, в котором умести- лась бы орбита еще одной планеты. Спустя годы именно там была обнаружена первая планета пояса астероидов — Церера.

Важно завершить рассмотрение законов применением их к решению задач упражнения 10 учебника.

Домашнее задание. § 12; практические задания.

Вычислите период обращения Нептуна вокруг Солнца, если среднее расстояние от Солнца составляет 30 а. е.

Определите величину большой полуоси орбиты Сатурна, если его синодический период обращения равен 378 сут.

Период обращения вокруг Солнца одного из крупнейших тел главного пояса астероидов — Весты — составляет 3,6 года. Во сколько раз среднее расстояние от Весты до Солнца больше, чем среднее расстояние от Солнца до Земли?

Темы проектов

Закон Тициуса—Боде.

Точки Лагранжа.

Научная деятельность Тихо Браге.

Задача для подготовки к ЕГЭ по физике

Искусственный спутник обращается вокруг Земли по вытянутой эллиптической орбите. Выберите верное утверждение о потенциальной энергии и пол- ной механической энергии спутника:

А) потенциальная и полная механическая энергия спутника достигают максимальных значений в точке минимального удаления от Земли;

Б) потенциальная и полная механическая энергия спутника достигают максимальных значений в точке максимального удаления от Земли;

В) потенциальная энергия достигает минимального значения в точке минимального удаления от Земли, полная механическая энергия спутника неизменна;

Г) потенциальная энергия достигает максимального значения в точке минимального удаления от Земли, полная механическая энергия спутника неизменна.

Интернет-ресурсы

http://school-collection.edu.ru/catalog/rubr/8b 74c9c3-9aad-4ae4-abf9-e8229c87b786/110377/ — Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов. Формула «Третий закон Кеплера». Анимация «Законы Кеплера».

Скачано с www.znanio.ru