高中物理第三章萬有引力定律1天體運(yùn)動教案2教科版必修

1、3.1 天體運(yùn)動教學(xué)過程： 引入 新課教學(xué)一、兩種學(xué)說 問題：你了解太陽系嗎？太陽系的基本結(jié)構(gòu)是怎樣的？ 學(xué)生回答：以太陽為中心天體，依次有水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星（現(xiàn)已不認(rèn)為是行星）幾大行星在各自特定的軌道上運(yùn)行 展示圖片和錄像 2 這是我們現(xiàn)在對太陽系的科學(xué)認(rèn)識，但是這個認(rèn)識的得來相當(dāng)不易，是人類經(jīng)歷了兩千年的時間才認(rèn)識到的 在古老的宇宙觀中，人們認(rèn)為天是一個蓋子，地是一塊平板，平板由柱子支撐著，即認(rèn)為“天圓地方”后來隨著人類的觀測和思考，人類又有了新的認(rèn)識 問題：對于天體的運(yùn)動，有兩種具有代表性的學(xué)說，是什么？ 學(xué)生回答：地心說和日心說 1地心說 內(nèi)容：

2、地球是宇宙的中心，并且靜止不動，一切行星圍繞地球做簡單而完美的圓周運(yùn)動 地心說簡介： 地心說是亞里士多德提出的，該學(xué)說從幾何的角度解釋天體的運(yùn)動，把天體復(fù)雜的周期現(xiàn)象，分解為若干個簡單的周期運(yùn)動，為每一種簡單的周期運(yùn)動指定一個圓周軌道，或者是一個球形的殼層，天體都在以地球?yàn)橹行牡膱A周上做勻速圓周運(yùn)動 地心說的代表人物是古希臘的天文學(xué)家托勒密，他在公元 127151 年進(jìn)行觀測，進(jìn)一步發(fā)展了地心說托勒密設(shè)想，各行星都繞著一個較小的圓周運(yùn)動，而每個圓的圓心則在以地球?yàn)橹行牡膱A周上運(yùn)動他的假設(shè)較為完滿解釋了當(dāng)時觀測到的行星運(yùn)動情況，并取得了航海上的實(shí)用價值，從而被人們廣為信奉 2日心說 內(nèi)容：太陽是

3、宇宙的中心并且靜止不動，一切行星都圍繞太陽做圓周運(yùn)動 日心說簡介： 日心說的代表人物是哥白尼 1543 年，波蘭科學(xué)家哥白尼經(jīng)過 36 年的天文觀測和潛心研究，完成了長達(dá) 6 卷的科學(xué)巨著天體運(yùn)行論，對日心說有更具體的論述和數(shù)學(xué)論證此書的出版是科學(xué)史上的一次革命，被譽(yù)為是“自然科學(xué)的獨(dú)立宣言” 問題：為什么“地心說”能統(tǒng)治這么長的時間呢？ 學(xué)生思考，嘗試回答 一是圓周軌道的提出，符合亞里士多德的物理學(xué)規(guī)律；二是符合對一些行星實(shí)際觀測的結(jié)果，偏差很??；三是適應(yīng)教會的統(tǒng)治 由于觀測技術(shù)的進(jìn)步，隨著對行星研究的深入，人們感到地心說對天體運(yùn)動的解釋過于復(fù)雜和人為化，而日心說對行星運(yùn)動的解釋更為合理 但

4、是限于當(dāng)時的科學(xué)發(fā)展水平，哥白尼的日心說也有缺點(diǎn)和錯誤： 認(rèn)為太陽是宇宙的中心，實(shí)際上，太陽只是太陽系中的一個中心天體，不是宇宙的中心； 沿用了行星在圓形軌道做勻速圓周運(yùn)動的舊觀念，認(rèn)為行星運(yùn)動的速度不變 哥白尼的宇宙體系雖然動搖了基督教宇宙體系的根基，但它并沒有在天文測算的精確度上有多大提高近代早期最重要的觀測工作是由丹麥的第谷進(jìn)行的第谷連續(xù) 20 多年對天體進(jìn)行觀測并有準(zhǔn)確記錄 二、開普勒定律 問題：觀察地心說和日心說數(shù)學(xué)圖景，它們在描繪星體運(yùn)動軌道時的共同點(diǎn)是什么？ 學(xué)生回答：軌道都是圓周 日心說與地心說一樣，都認(rèn)為星體的運(yùn)動是簡單而完美的圓周運(yùn)動 1開普勒的研究 德國物理學(xué)家開普勒繼承

5、和總結(jié)了他的導(dǎo)師第谷的全部觀測資料及觀測數(shù)據(jù)，也是以行星繞太陽做勻速圓周運(yùn)動的模型來思考和計算的，但結(jié)果總是與第谷的觀測數(shù)據(jù)有偏差 開普勒開始對勻速圓周運(yùn)動產(chǎn)生了懷疑 他先后否定了多種設(shè)想，最后終于計算出行星是繞太陽運(yùn)動的，并且運(yùn)動軌跡為橢圓，總結(jié)出行星運(yùn)動的三條定律 2開普勒三定律 （ 1 ）第一定律： 所有的行星圍繞太陽運(yùn)動的軌道都是橢圓，太陽處在所有橢圓的一個焦點(diǎn)上橢圓軌道定律 行星運(yùn)動的軌道不是正圓，行星與太陽的距離一直在變 有時遠(yuǎn)離太陽，有時靠近太陽 它的速度大小、方向時刻在改變 幻燈片展示（在這個環(huán)節(jié)里，可以使用細(xì)繩，演示畫橢圓的方法） （ 2 ）第二定律： 對于每一個行星，太陽和

6、行星的連線（矢徑）在相等的時間內(nèi)掃過的面積相等面積定律 問題：如果相等的時間內(nèi)矢徑掃過的面積不同，說明什么？ 學(xué)生回答：行星在其橢圓軌道上何時運(yùn)動的快慢不同如近日點(diǎn)附近比遠(yuǎn)日點(diǎn)附近運(yùn)動速度的要大些 （ 3 ）第三定律： 所有行星的軌道半長軸的三次方公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值是一個常數(shù) 周期定律 用 R 表示橢圓的半長軸， T 表示公轉(zhuǎn)周期，表達(dá)式為： 問題：這里的 有可能與什么有關(guān)呢？ 學(xué)生活動：教材第 45 頁表格 將全班學(xué)生分為九組，讓學(xué)生用計算器計算出每組 k 的數(shù)值，然后全班交流，統(tǒng)一填在表格中，最后全班同學(xué)一起計算 k 的平均值 結(jié)論：可見 k 是一個與行星無關(guān)的常數(shù) 問題：第三定律告訴

7、我們什么？ 學(xué)生回答：由開普勒第三定律， R 越大，則 T 越大可見，行星離太陽越遠(yuǎn)，周期越長 說明： 開普勒第三定律對所有行星都適合 對于同一顆行星的衛(wèi)星，也符合這個規(guī)律 比如，繞地球運(yùn)行的月球與人造衛(wèi)星，都符合這一定律 在近似計算時可認(rèn)為行星繞太陽做勻速圓周運(yùn)動，這時用 R 表示圓周半徑， T 表示公轉(zhuǎn)周期 3開普勒研究天文學(xué)方法的特點(diǎn) 問題：與前人相比開普勒關(guān)于天文學(xué)的研究方法有哪些特點(diǎn)？ 以科學(xué)觀察為依據(jù)， 從事實(shí)本身去尋求運(yùn)動原因 用幾何和代數(shù)的語言即以數(shù)學(xué)公式來表達(dá)物理定律并獲得成功（開普勒定律的表述是在科學(xué)史上物理定律應(yīng)用于物體運(yùn)動的第一個例子，也是運(yùn)動物體動力學(xué)和數(shù)學(xué)緊密聯(lián)系的

8、第一個例子自開普勒時代起，方程就作為物理定律的數(shù)學(xué)表示式自然地發(fā)展起來） 學(xué)生活動：閱讀教材第 44 頁最后一段，總結(jié)并體會開普勒定律的重要意義 開普勒定律以極簡明的結(jié)論代替了龐大復(fù)雜的系統(tǒng)，使得對行星軌道半徑和位置的計算工作大大簡化行星運(yùn)動三定律的發(fā)現(xiàn)為天文學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ) 本課小結(jié)地心說、日心說存在的問題，是與當(dāng)時的科學(xué)觀測水平及人類的思想認(rèn)識有限有著必然的關(guān)系，不能簡單地評價們對或錯，這是人類認(rèn)識自然世界必然經(jīng)歷的一個過程，即由感性認(rèn)識到理性認(rèn)知的提升可以說正是這些理論的提出，激發(fā)了人類對于宇宙和科學(xué)的探索欲望，從而推動了科學(xué)的發(fā)展 今天我們以太陽系中的行星為例研究了天體的運(yùn)動規(guī)律，實(shí)

9、際上太陽系只是浩瀚宇宙中很小的一部分人類對宇宙天體的觀測和探索從沒停止過，而且已經(jīng)取得了很大成果，希望同學(xué)們認(rèn)真學(xué)習(xí)，繼續(xù)探索、研究宇宙 課后思考題行星圍繞太陽在各自特定的橢圓軌道上運(yùn)行，由我們前面學(xué)過的曲線運(yùn)動的知識，一定有力在維持行星的運(yùn)動，這會是什么力呢？請你通過預(yù)習(xí)下節(jié)的內(nèi)容，找到這個答案 板書設(shè)計 第一章 萬有引力定律 第一節(jié) 天體運(yùn)動 教學(xué)流程圖：學(xué)習(xí)效果評價： （略）根據(jù)教學(xué)實(shí)際來設(shè)計 教學(xué)反思： 1突出教師的主導(dǎo)地位和學(xué)生的主體地位 在這節(jié)課中教師是課堂的主導(dǎo)者，學(xué)生并不只是被動地接受知識，而是在教師所設(shè)定的問題環(huán)節(jié)中一步步通過思考獲得知識，這一點(diǎn)充分體現(xiàn)了以學(xué)生為主體的課堂教學(xué)模式 同時這樣的學(xué)習(xí)模式，更能激發(fā)學(xué)生的求知欲望，培養(yǎng)他們獨(dú)立思考問題的能力 2以問題為主線，借助多媒體手段創(chuàng)設(shè)物理情景，幫助學(xué)生在生動的環(huán)境中理解知識 3充分鍛煉學(xué)生自我學(xué)習(xí)能力 教師在課前安排學(xué)生閱讀課文，通過網(wǎng)絡(luò)和其他書籍查找天體方面的知識，讓學(xué)生充分與教材接觸，學(xué)會自己學(xué)習(xí)，查找資料為了學(xué)生有明確的自學(xué)方向，教師可在課前布置一些與本節(jié)課有關(guān)的問題，同時與課堂中設(shè)置的問題相呼應(yīng)，