《行星的运动》教学设计.doc

《行星的运动》教学设计
安远二中 张招胜
课题：人教版高一物理必修②第六章第一节《行星的运动》
一、教学分析
1、教材分析
本节教材介绍了人们对星体运动的认识过程，重点介绍开普勒三定律，目的是引导学生认识天体运行的规律与地面物体的运行规律本质上是相同的，从而为万有引力定律的得出作准备。这节内容对学生来说是抽象的、陌生的，甚至无法去感知。所以本节课主要引导学生了解人类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、探索真理的求知欲望。
2、学生分析
高一的学生对知识充满着一种渴望，具有浓厚的学习兴趣，他们的观察不只停留在一些表面现象，而具有更深层次的探究愿望。他们对天体的运动充满好奇又觉得非常神秘而不易理解。但对行星的运动的了解只停留在看科普电视节目、科普书籍和地理课的介绍层面上，对古代天体运动的两种学说和开普勒行星三定律还很陌生。
二、教学目标
（一）、知识与技能
1.了解中国古代宇宙观。
2.知道地心说和日心说的基本内容。
3.知道开普勒关于行星运动的三大定律的内容。
4.理解人们对行星运动的认识过程是漫长复杂的，真理是来之不易的。
（二）、过程与方法
1．通过托勒密、哥白尼、第谷·布拉赫、开普勒等几位科学家对行星运动的不同认识，了解人类认识事物本质的曲折性并加深对行星运动的理解．
2.渗透科学思想、科学方法、科学品质的教育，感知物理学史，体会科学发展的曲折与艰辛。
3. 通过对天体运行研究历史的了解，体会科学研究的一般思路与方法──质疑、批判、猜测、观察与实验。
（三）、情感态度价值观
1. 通过对天体运行研究历史的了解，感悟科学家对科学的执著和献身精神。
2．澄清对天体运动裨秘、模糊的认识，掌握人类认识自然规律的科学方法．
3. 培养学生热爱科学、献身科学的精神和勇于创新、敢于坚持真理、实事求是的科学态度。
激发学生的爱国热情
4．感悟科学是人类进步不竭的动力．
三、教学重点和难点
教学重点：理解和掌握开普勒行星运动定律，认识行星的运动。
教学难点：对开普勒行星运动定律的理解和应用。
四、教学方法
1.“日心说”的建立教学——采用学生自主阅读对比、反证、合作交流及讲授法。
2.行星运动规律的建立——采用放录像和CAI课件模拟行星的运动情况。
五、教学过程：
创设情景、引入新课
播放嫦娥一号发射升空到绕月过程的视频动画。
（激发学生的学习兴趣和爱国热情,体会物理的重要性）
教师：谁没有在童年遥望星空的记忆？漫天星斗曾经激起多少美丽的梦想!
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，这浩瀚无垠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…
（把学生的思绪带回到童年，激发学生对宇宙、对行星运动探究的欲望。）
新课教学
（一）、简介中国古代宇宙观
1.盖天说：天圆如张盖，地方如棋局。
2.张衡的浑天说：“天地之体，状如鸟卵，天包地之外，犹卵之裹黄，周旋无端，其形浑浑然。”
（简介中国古代宇宙观，使学生对我国古人对天体运动的研究有所理解）
（二）、地心说与日心说
学习与交流：请学生阅读教材课文一、二自然段思考下面几个问题:
课件展示问题：
1.古代人们对天体运动存在哪些看法?
2.什么是“地心说”,什么是“日心说”?
3.哪种学说占统治地位的时间较长?
4.两种学说争论的结果是什么?
［学生活动］阅读课文,并从课文中找出相应的答案。
1.在古代,人们对于天体的运动存在着地心说和日心说两种对立的看法。
2.“地心说”认为地球是宇宙的中心,是静止不动的,太阳,月亮以及其他行星都绕地球运动；“日心说”认为太阳是宇宙的中心,地球,月亮以及其他行星都在绕太阳运动。
3.“地心说”占领统治地位的时间较长.
4.“日心说”与“地心说”争论的结果是“日心说”最终战胜了“地心说”，真理最终战胜了谬误。
教师：介绍“地心说”和“日心说”的发展过程
多媒体展示“地心说”和“日心说”的观点，并配以动画。
（让学生对这两种对立的学说有一个简单的感性认识。）
（三）、开普勒对行星运动的研究
教师：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，并且运动轨迹为椭圆，证明了哥白尼的“日心说”是正确的，并总结为行星运动三定律。
（使学生领略前辈科学家们对自然奥秘不屈不挠探索的精神和对待科学研究一丝不苟的态度，从而感悟科学的结论总是在顽强曲折的科学实践中悄悄来临）
请学生阅读课文三、四、五自然段,同时回答下列问题:
课件展示问题：
1.古人认为天体做什么运动?
2．开普勒认为行星做什么样的运动?他是怎样得出这一结论的?
3．开普勒描述行星绕太阳运动的规律的具体内容是什么?
[学生活动］阅读课文,并从课文中找出相应的答案:
1. 古人把天体的运动看得十分神圣,他们认为天体的运动不同于地面物体的运动,天体做的是最完美、最和谐的匀速圆周运动。
2、开普勒认为行星做椭圆运动。他发现假设行星作匀速圆周运动，计算所得的数据与观测数据不符，只有认为行星作椭圆运动，才能解释这一差别。
3、开普勒描述行星绕太阳运动的规律的具体内容是：
第一定律：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。
第二定律：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。
第三定律：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。即：

比值k是一个与行星无关的常量。
开普勒第一定律：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．

课件展示开普勒第一定律，使学生对开普勒第一定律有一个更形象直观的感性认识。
[学生活动］ 做一做： 用图钉和细绳画椭圆
（引导学生认识椭圆，知道什么是半长轴、半短轴和焦点。）
想一想：椭圆上某点到两个焦点的距离之和与椭圆上另一点到两个焦点的距离之和有什么关系?
开普勒第二定律：对任意一个行星而言，太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积。
课件展示开普勒第二定律，使学生对开普勒第二定律有一个更形象直观的感性认识。
教师：如图所示，行星沿着椭圆轨道运行，太阳位于椭圆的一个焦点上．如果时间间隔相等，即t2-t1=t4-t3，那么面积SA=SB。
思考与交流：试比较近日点和远日点地球的速度大小？
（加深对开普勒第二定律的理解）
开普勒第三定律：所有行星的轨道的半长轴的三次方跟它公转周期的二次方的比值都相等
即 a3 / T 2 = k
课件展示开普勒第三定律，使学生通过对天体运动的立体画面的观看，对天体运动的感性认识进一步提高。
教师给出太阳系八大行星平均轨道半径和周期的数值，请学生验证开普勒第三定律。
行星
平均轨道半径R（米）
周期T（秒）
水星
5.79×1010
7.60×106
金星
1.08×1011
1.49×107
地球
1.49×1011
3.16×107
火星
2.28×1011
5.94×107
木星
7.78×1011
3.74×108
土星
1.43×1012
9.30×108
天王星
2.87×1012
2.66×109
海王星
4.50×1012
5.20×109
（通过数据验证开普勒第三定律的正确性，并理解k是一个与行星无关的常量）
思考与交流：k是一个与行星无关的常量，那它可能跟谁有关?
[学生活动］讨论、猜想。
教师：实际上，多数行星的轨道与圆十分接近，所以在中学阶段的研究中能够按圆处理．开普勒三定律适用于圆轨道时，应该怎样表述呢?
[学生活动］学生思考讨论，并派代表回答：
1.多数大行星绕太阳运动的轨道与圆十分接近，太阳处在圆心。
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，即行星做圆周运动。
3.所有行星轨道半径的三次方跟它的公转周期的二次方比值都相等。
（四）科学漫步
1、星云：
我们今天主要探讨了我们太阳系中的行星运动规律，我们知道在太阳系外的银河系，河外星系，总星系中又有很多很多类似于我们太阳系的无数的小系统，而且我们人类已经观测到离我们150亿光年的河外星系，随着航天技术的发展，我们人类对宇宙天体的观测和探索从没停止过，而且已经取得了很大的成果
多媒体展示星云的有关图片让学生开开眼界，激发他们探究宇宙，探索未知的激情。
2、火星的逆行：
科学家细心的观察表明，行星并非总向一个方向移动大多数时间它有西向东移动，但有时却要停下来，然后向西移动一段时间，随后又向东移动，这个现象叫行星的逆行。
播放火星的逆行视频，进一步加深学生对行星运动的理解。
（通过科学漫步开阔学生的视野，激发学生的求知欲，激励学生对未知世界的探索。）
当堂练习
1．下列说法正确的是 ( )
A．地球是宇宙的中心，太阳、月亮及其他行星都绕地球运动
B.太阳是宇宙的中心，所有天体都绕太阳运动
C.太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动
D．“地心说”和哥白尼提出的“日心说”现在看来都是不正确的
2、行星绕恒星的运动轨道如果是圆形，那么运行周期T的平方与轨道半径r的三次方的比为常数，设T2/r3=k,则常数k的大小( )
A .只与恒星的质量有关
B. 与恒星的质量及行星的的质量有关
C. 只与行星的质量有关
D. 与恒星的质量及行星的的速度有关
3、课本“问题与练习”的第4题
课后寄语：
人的一生相对于浩淼的宇宙是多么的渺小和短暂但是人类对宇宙奥秘的探索却是一刻也未停止过。
宇宙有多大？宇宙是有限还是无限？宇宙有没有中心？如果有，它的中心在哪里？宇宙如何变化？宇宙的未来将是什么？
（宇宙还有很多不为人知的奥秘，激励学生学好科学文化知识继续探究宇宙）