太阳系家族

天文课程内容相对复杂，教案中资料很多，每部分资料只讲最有趣味、最容易理解的部分即可，其余资料供主讲人备课时参考，否则上课时间会不够用，而且学生不容易理解。

针对年级：五、六年级。
课程时长：2课时。
注意事项：
1.要用浅显的语言把复杂的天文概念讲给学生听，这需要授课人同时具备丰富的天文知识和精巧的表达能力。
2.教案中的材料，主讲人应当根据情况有所取舍，难以理解的部分应予回避。
3.每部分不设时间限制，根据实际情况讲授，剩余的时间播放天文相关影片《斗转星移》，每集10分钟，凑足2课时时间。
【教学目标】
是学生们了解最基本的天文学知识，试图使学生们产生对天文学的兴趣。
【教学准备】
教师准备：笔记本电脑，外接音箱，教学幻灯片，天文相关影片，打印的太阳系行星图片，投影仪、幕布（或多带几台笔记本电脑）。
【教学过程】
一、导入。
回顾上节课讲的恒星、行星和卫星，引出太阳系概念，指出地球只是太阳系的行星之一，月球只是太阳系的卫星之一。这节课讲了解太阳系的其他天体。
二、太阳系简介。
教师讲述：
太阳系就是我们现在所在的恒星系统。它是以太阳为中心，和所有受到太阳引力约束的天体的集合体：8颗行星、至少165颗已知的卫星，和数以亿计的太阳系小天体。这些小天体包括小行星、柯伊伯带的天体、彗星和星际尘埃。
太阳系的主角是位居中心的太阳，拥有太阳系内已知质量的99.86%，并以引力主宰着太阳系。木星和土星，是太阳系内最大的两颗行星，又占了剩余质量的90%以上。
太阳系内主要天体的轨道，都在地球绕太阳公转的轨道平面（黄道）的附近。行星都非常靠近黄道，而彗星和柯伊伯带天体，通常都有比较明显的倾斜角度。
由北方向下鸟瞰太阳系，所有的行星和绝大部分的其他天体，都以逆时针（右旋）方向绕着太阳公转。有些例外的，像是哈雷彗星。
注意事项：慎用质量这个词，用重量虽然不准确，但是比较容易理解。在讲顺时针和逆时针的时候，找一块指针的手表作为道具。
三、行星
1.教师讲述：
依照至太阳的距离，行星序是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星，8颗中的7颗有天然的卫星环绕着，这些星习惯上因为地球的卫星被称为月球而都被视为月球。在外侧的行星都有由尘埃和许多小颗粒构成的行星环环绕着，而除了地球之外，肉眼可见的行星以五行为名，在西方则全都以希腊和罗马神话故事中的神仙为名。
2.教师讲述：类地行星与类木行星
类地行星（包括水、金、地、火）是与地球相类似的行星。它们距离太阳近，体积和质量都较小，平均密度较大，表面温度较高，大小与地球差不多，也都是由岩石构成的。
木星、土星、天王星和海王星称为类木行星，它们的共同特点是其主要由氢、氦、冰、甲烷、氨等构成，石质和铁质只占极小的比例，它们的质量和半径均远大于地球，但密度却较低。类木行星还有3个共同的特征，那就是都具有行星环的结构且星体的密度较低，土星的密度甚至比水还要低；都有比较多的卫星，旁边还有一圈圈光环。
3.从图中直观地看出八大行星与太阳的大小关系。
注意事项：让学生们知道这张图的大小比例只是近似，距离比例则完全不能参考。
4.教师讲述：水星
水星最接近太阳，是太阳系的八大行星中第一小行星。水星在直径上小于木卫三和土卫六，但它更重。水星的自转周期是58.65个地球日，水星在88个地球日里就能绕太阳一周，平均速度47.89千米，是太阳系中运动最快的行星。
水星上的太阳看上去要比在地球上大二倍半，太阳光比地球赤道的阳光还要强六倍。水星朝向太阳的一面，温度非常高，可达到400摄氏度以上。这样热的地方，就连锡和铅都会熔化，何况水呢。但被向太阳的一面，长期不见阳光，温度非常低，达到-173摄氏度，在这里也不可能有固态的水。1974年3月、9月和1975年3月，美国发射的“水手10号”探测了水星，向地面发回5000多张照片。水星地貌酷似月球，大小不一的环形山，还有辐射纹、平原、裂谷、盆地等地形。水星是太阳系中仅次于地球，密度第二大的天体。
水星太接近太阳，所以常常被猛烈的阳光淹没，它的轨道距太阳4590万-6970万千米之间，因此望远镜很少能够仔细观察它。水星也没有自然卫星。
注意事项：翻后面的月球图片，和水星比较一下，证明地貌和月球很相似。
5.教师讲述：水星凌日
水星凌日发生的原理与日食相似。由于水星和地球的绕日运行轨道不在同一个平面上，而是有一个7度的倾角。因此，只有水星和地球两者的轨道处于同一个平面上，而日水地三者又恰好排成一条直线时，在地球上可以观察到太阳上有一个小黑斑在缓慢移动，这种现象称为水星凌日。小黑斑是由于水星挡住了太阳射向地球的一部分光而形成的。
地球每年5月8日前后经过水星轨道的降交点，每年11月10日前后又经过水星轨道的升交点。所以，水星凌日只能发生在这两个日期的前后。
6.教师讲述：金星
金星按离太阳由近及远的次序是第二颗，是离地球最近的行星，外观为橙黄色。中国古代称之为长庚、启明、太白或太白金星。夜空中亮度仅次于月球，排第二，金星要在日出稍前或者日落稍后才能达到亮度最大，有时黎明前出现在东方天空，被称为“启明”；有时黄昏后出现在西方天空，被称为“长庚”。金星是全天中除太阳和月亮外最亮的星，亮度最大时为-4.4等，比著名的天狼星（除太阳外全天最亮的恒星）还要亮14倍。
金星和水星一样，是太阳系中仅有的两个没有天然卫星的大行星。因此金星上的夜空中没有“月亮”，最亮的“星星”是地球。由于离太阳比较近，所以在金星上看太阳，太阳的大小比地球上看到的大1.5倍。
金星周围有浓密的大气和云层。这些云层为金星表面罩上了一层神秘的面纱。只有借助于射电望远镜才能穿过这层大气，看到金星表面的本来面目。金星大气中，二氧化碳最多，占97%以上。同时还有一层厚达20到30公里的由浓硫酸组成的浓云。金星表面温度高达465至485度，大气压约为地球的90倍。
金星的自转很特别，是太阳系内唯一逆向自转的大行星，自转方向与其它行星相反，是自东向西。因此，在金星上看，太阳是西升东落。金星公转周期约为224.70天。但其自转周期却为243日，也就是说，金星的自转恒星日一天比一年还长。不过按照地球标准，以一次日出到下一次日出算一天的话，则金星上的一天要远远小于243天。这是因为金星是逆向自转的缘故；在金星上看日出是在西方，日落在东方；一个日出到下一个日出的昼夜交替只是地球上的116.75天。
7.教师讲述：地球
地球是太阳系八大行星之一，从诞生之日起，已历46亿年。按离太阳由近及远的次序是第三颗，位于水星和金星之后；在八大行星中大小排行是第五。地球是内行星中最大且密度最高的，也是唯一地质活动仍在持续进行中并拥有生命的行星。它也拥有类地行星中独一无二的水圈和被观察到的板块结构。地球的大气也于其他的行星完全不同，被存活在这儿的生物改造成含有21%的自由氧气。它只有一颗卫星，即月球；月球也是类地行星中唯一的大卫星。地球公转（太阳）一圈约365天，自转一圈约1天。
8.教师讲述：火星
火星外观呈鲜红色。火星的轨道是显著的椭圆形。因此，在接受太阳照射的地方，近日点和远日点之间的温差将近160摄氏度。这对火星的气候产生巨大的影响。火星上的平均温度大约为-55℃，但却具有从冬天的-133℃，到夏日白天的将近27℃的跨度。尽管火星比地球小得多，但它的表面积却相当于地球表面的陆地面积。
结合幻灯片讲述火星的两极永久地被固态二氧化碳（干冰）覆盖着。
9.教师讲述：木星
木星是离太阳远近的第五颗行星，在太阳系的八大行星中体积和质量最大，它有着极其巨大的质量，是其它七大行星总和的2.5倍还多，是地球的318倍，而体积则是地球的1,321倍。按照与太阳的距离由近到远排，木星位列第五。同时，木星还是太阳系中自转最快的行星，所以木星并不是正球形的，而是两极稍扁，赤道略鼓。木星是天空中第四亮的星星，仅次于太阳、月球和金星（在有的时候，木星会比火星稍暗，但有时却要比金星还要亮）。木星主要由氢和氦组成，中心温度估计高达30,500℃。
木星表面有一个大红斑，从东到西有40,000公里，从北到南有13,000千米，面积大约453,250,000平方千米。对于它是什么目前仍有争论，很多人认为它是一个永不停息的旋风，它的范围可以吞没3个地球。
结合幻灯片讲述大红斑。
10.教师讲述：土星
土星是太阳系第二大行星。它与邻居木星十分相像，表面也是液态氢和氦的海洋，上方同样覆盖着厚厚的云层。
土星是中国古代人根据五行学说结合肉眼观测到的土星的颜色（黄色）来命名的。
在太阳系的行星中，土星的光环最惹人注目，它使土星看上去就像戴着一顶漂亮的大草帽。观测表明构成光环的物质是碎冰块、岩石块、尘埃、颗粒等，它们排列成一系列的圆圈，绕着土星旋转。
11.教师讲述：天王星
天王星是太阳向外的第七颗行星，在太阳系的体积是第三大（比海王星大），质量排名第四（比海王星轻）。天王星呈现苍白的深蓝色。天王星是第一颗在现代发现的行星，虽然它的光度与五颗传统行星一样，亮度是肉眼可见的，但由于较为黯淡而未被古代的观测者发现。这也是第一颗使用望远镜发现的行星。
天王星大气的主要成分是氢和氦，还包含较高比例的由水、氨、甲烷结成的“冰”，与可以察觉到的碳氢化合物。
如同其他的大行星，天王星也有环系统、磁层和许多卫星。天王星的系统在行星中非常独特，因为它的自转轴斜向一边，几乎就躺在公转太阳的轨道平面上，因而南极和北极也躺在其他行星的赤道位置上。从地球看，天王星的环像是环绕着标靶的圆环，它的卫星则像环绕着钟的指针。
12.教师讲述：海王星
海王星是环绕太阳运行的第八颗行星，也是太阳系中第四大天体（直径上）。海王星在直径上小于天王星，但质量比它大。海王星的质量大约是地球的17倍，而类似双胞胎的天王星因密度较低，质量大约是地球的14倍。海王星呈蓝色。
四、光环
1.教师讲述：木星的光环
木星环较土星为暗（反照率为0.05）。它们由许多粒状的岩石质材料组成。
木星有一个同土星般的环，不过又小又微弱。（右图）它们的发现纯属意料之外，只是由于两个旅行者1号的科学家一再坚持航行10亿千米后，应该去看一下是否有光环存在。其他人都认为发现光环的可能性为零，但事实上它们是存在的。
木星光环中的粒子可能并不是稳定地存在（由大气层和磁场的作用）。这样一来，如果光环要保持形状，它们需被不停地补充。两颗处在光环中公转的小卫星：木卫十六和木卫十七，显而易见是光环资源的最佳候选人。
2.教师讲述：土星的光环
1610年，意大利天文学家伽利略观测到在土星的球状本体旁有奇怪的附属物。1659年，荷兰学者惠更斯证认出这是离开本体的光环。1675年意大利天文学家卡西尼，发现土星光环中间有一条暗缝，后称卡西尼环缝。他还猜测，光环是由无数小颗粒构成。两个多世纪后的分光观测证实了他的猜测。
探测器传回的土星照片让科学家非常吃惊，在近处所看到的土星环，竟然是碎石块和冰块一大片，使人眼花缭乱，它们的直径从几厘米到几十厘米不等，只有少量的超过1米或者更大。土星周围的环平面内有数百条到数千条环，大小不等，形状各异。大部分环是对称地绕土星转的，也有不对称的，有完整的、比较完整的、残缺不全的。环的形状有锯齿形的，有辐射状的。令科学家迷惑不解的是，有的环好像是由几股细绳松散的搓成的粗绳一样，或者说像姑娘们的发辫那样相互扭结在一起。
3.教师讲述：天王星的光环
天王星有一个暗淡的行星环系统，由直径约十米的黑暗粒状物组成。他是继土星环之后，在太阳系内发现的第二个环系统。目前已知天王星环有13个圆环。天王星环被认为是相当年轻的，在圆环周围的空隙和不透明部份的区别，暗示她们不是与天王星同时形成的，环中的物质可能来自被高速撞击或潮汐力粉碎的卫星。旅行者2号在1986年飞掠过天王星时，直接看见了这些环。旅行者2号也发现了两圈新的光环，使环的数量增加到7圈。
4.教师讲述：海王星的光环
海王星也有光环。在地球上只能观察到暗淡模糊的圆弧，而非完整的光环。但旅行者2号的图像显示这些弧完全是由亮块组成的光环。其中的一个光环看上去似乎有奇特的螺旋形结构。同天王星和木星一样，海王星的光环十分暗淡，但它们的内部结构仍是未知数。
五、卫星
教师讲述：
八大行星中的六颗有天然的卫星环绕着，这些卫星习惯上因为地球的卫星被称为月球而都被视为月球。
木卫一、木卫二、木卫三、木卫四于1610年由伽利略发现，称为伽利略卫星。图中左侧是木卫一，右侧是木卫二。
土星还是太阳系中卫星数目最多的一颗行星，周围有许多大大小小的卫星紧紧围绕着它旋转，就像一个小家族。土星卫星的形态各种各样，五花八门，使天文学家们对它们产生了极大的兴趣。最著名的“土卫六”上有大气，是目前发现的太阳系卫星中，唯一有大气存在的天体。
海王星的卫星从图片顶部最亮的开始顺时针依次为：海卫八、海卫七、海卫五和海卫六。
六、小行星
1.教师讲述：
小行星带是太阳系内介于火星和木星轨道之间的小行星密集区域，由已经被编号的120,437颗小行星统计得到，98.5%的小行星都在此处被发现。由于这是小行星最密集的区域，估计为数多达50万颗，这个区域因此被称为主带，通常称为小行星带。
小行星带由原始太阳星云中的一群星子（比行星微小的行星前身）形成。但是，因为木星的重力影响，阻碍了这些星子形成行星，造成许多星子相互碰撞，并形成许多残骸和碎片。
小行星带内最大的三颗小行星分别是智神星、婚神星和灶神星，平均直径都超过400公里；在主带中仅有一颗矮行星—谷神星，直径约为950公里；其余的小行星都较小，有些甚至只有尘埃大小。
小行星带的物质非常稀薄，目前已经有好几艘太空船安全通过而未曾发生意外。
2.教师讲述：爱神星
爱神星是一颗长33公里，厚度为13公里的迷你小行星。1898年8月13日由德国天文学家威特发现。轨道半长径为1.46天文单位，公转周期为1.75年，自转周期为5小时16分，偏心率为0.22。距地球最近时为0.13天文单位，大小为33×13×13千米，被称为“胖香蕉”。1900年和1931年,当它“冲”时曾进行国际联合观测，用以测定日地距离，获得天文单位长度。2000年2月14日美国东部时间10:33，NEAR宇宙飞船成功地进入围绕爱神小行星运动的轨道，成为第一颗小行星的人造卫星。
七、彗星
1.教师讲述：
彗星是星际间物质，俗称“扫把星”。彗星的英文是Comet，是由希腊文演变而来的，意思是“尾巴”或“毛发”，而中文的“彗”字，则是“扫帚”的意思。
彗星归属于太阳系小天体，通常直径只有几公里，主要由具挥发性的冰组成。它们的轨道具有高离心率，近日点一般都在内行星轨道的内侧，而远日点在冥王星之外。当一颗彗星进入内太阳系后，与太阳的接近会导致她冰冷表面的物质升华和电离，产生彗发和拖曳出由气体和尘粒组成、肉眼就可以看见的彗尾。挥发性物质被太阳的热驱散后的彗星经常会被归类为小行星。
公元1066年，诺曼人入侵英国前夕，正逢哈雷彗星回归。当时，人们怀有复杂的心情，注视着夜空中这颗拖着长尾巴的古怪天体，认为是上帝给予的一种战争警告和预示。后来，诺曼人征服了英国，诺曼统帅的妻子把当时哈雷彗星回归的景象绣在一块挂毯上以示纪念。中国民间把彗星贬称为“扫帚星”、“灾星”。像这种把彗星的出现和人间的战争、饥荒、洪水、瘟疫等灾难联系在一起的事情，在中外历史上有很多。
2.教师讲述：百武彗星
1996年日本的百武裕司发现。
百武彗星的公转周期极长，上一次回归的时间约为17000年前。由于受行星引力影响致其轨道改变，因此以后十万年内回归的机会佷少。
3.教师讲述：哈雷彗星
1682年8月，天空中出现了一颗用肉眼可见的亮彗星，它的后面拖着一条清晰可见、弯弯的尾巴。这颗彗星的出现引起了几乎所有天文学家们的关注。当时，年仅26岁的英国天文学家哈雷对这颗彗星尤为感兴趣。他仔细观测、记录了彗星的位置和它在星空中的逐日变化。经过一段时期的观察，他惊讶地发现，这颗彗星好像不是初次光临地球的新客，而是似曾相识的老朋友。
哈雷在1705年发表了《彗星天文学论说》，宣布1682年曾引起世人极大恐慌的大彗星将于1758年再次出现于天空（后来他估计到木星可能影响到它的运动时，把回归的日期推迟到1759年）。当时哈雷已年过五十，知道在有生之年无缘再见到这颗大彗星了。于是他在书中写道：“如果彗星最终根据我们的预言，大约在1758年再现的时候，公正的后代将不会忘记这首先是由一个英国人发现的……”
一些人嘲笑哈雷是在说胡话，一些人对哈雷的预言将信将疑，但相信哈雷预言的也大有人在。法国数学家克雷荷在彗星回归前做了精确的预报：由于木星和土星的影响，彗星将在1759年4月13日前后一个月过近日点。
1758年初，法国天文台的梅西叶就动手观测了，指望自己能成为第一个证实彗星回归的人。1759年1月21日，他终于找到了这颗彗星。遗憾的是首次观测到彗星回归的光荣并不属于他。原来1758年圣诞之夜德国德雷斯登附近的一位农民天文爱好者已捷足先登，发现了回归的彗星。
1759年3月14日哈雷彗星过近日点，正是克雷荷预告的一个月前。此时，哈雷已长眠地下十几年了。科学家的生命是有限的，但他们对科学的贡献却永世长存。正像哈雷当年所希望的那样，大家没有忘记哈雷，将这颗彗星命名为哈雷彗星。
4.教师讲述：海尔波普彗星
1995年7月23日的凌晨，美国新墨西哥州的海尔(Alan Hale)在进行例行观测彗星的空档中，将他的十六吋反射镜对准了人马座中的M70，立刻注意到一个模糊的光影出现在视野中，由于他是位经验丰富的彗星观测者，所以立刻猜想这可能是一颗新彗星。海尔对这个天体作了光度与位置的测量之后，立刻利用国际天文学联合会鉴别彗星的计算机程序确认了这颗新天体尚无人发现和提出报告，于是赶紧发出电报通知国际天文学联合会：有一颗新彗星被发现了！几乎在同时，亚利桑那州的波普(Thomas Bopp)也正好观测M70，他也注意到这个星图中找不到的天体，稍后也发了电报请求国际天文学联合会予以确认。由于两人是在很短的时间间隔内各自发现这颗彗星，因此这颗新彗星就被称为海尔-波普彗星(Hale-Bopp)。
5.“苏梅克-列维9号”彗星与木星相撞
苏梅克-列维9号彗星是一颗于1994年7月17日与木星撞击的彗星，也是人们能首次直接观测太阳系的天体撞击事件。它引起了全球不少主流媒体的关注，也吸引了全世界的天文学家观测。透过这次事件，人们能知道更多木星及其大气的资料，以及木星扮演着内太阳系的“清道夫”角色，以强大的引力来清理“太空垃圾”。
这颗彗星是由美国天文学家尤金和卡罗琳•苏梅克夫妇及天文爱好者大卫•利维三人于1993年3月24日在美国加州帕洛玛天文台共同发现的，那是他们发现的第九个彗星，因此依据国际星体命名规则依照三位的姓氏命名。
原本此彗星脱离位于太阳系外侧的小行星带进入太阳系成为周期性彗星，根据电脑推算运行轨道的结果显示出在1992年7月8日距木星表面4万公里时因受到强大的引力而分裂为21个小碎块，并于格林尼治标准时间1994年7月16日20时15分开始以每小时21万公里的速度陆续墬入木星大气层，撞向木星的南半球，形成了彗星撞木星的天文奇观。
八、回顾总结。
1.回顾课程内容。
2.教师组织大家手持太阳、行星、小行星带、彗星的图片，掩饰这些星体的运行。
3.引出下节课恒星、星云与星系。

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