高中物理人教版第六章萬有引力與航天行星的運動 說課一等獎

行星的運動教案設計思想本節(jié)內容安排在學習曲線運動之后，得出萬有引力定律之前，其目的是為了還原萬有引力定律建立的歷史，通過對行星運動規(guī)律的認識，對學生進行科學思維能力的培養(yǎng)，通過對托勒密、哥白尼、第谷、開普勒等科學家關于行星運動規(guī)律研究的介紹，使學生領略科學家的探索精神和對科學研究一絲不茍的態(tài)度，對學生進行科學精神和人文精神的教育。因此，本節(jié)課的知識內容雖說少，但是科學史料多，是對學生進行科學精神、科學方法和人文精神教育的很好的素材。教學設計上，應該立足于對學生進行科學精神、人文精神和科學思想方法的教育。學生在初中地理課的學習中已經(jīng)有了關于行星運動的基本認識，在初中歷史課的學習中已經(jīng)初步了解了地心說與日心說，但是他們所知都是零散的，不準確的，因此對于教師來說不能將地心說與日心說之爭一帶而過，而應指出或讓學生得出兩種學說的成功與不足之處，這樣才能讓學生在思辯的過程中提高其理解能力和推理能力。天體的運動，學生沒有條件進行觀察，也無法利用實驗驗證，因此，本節(jié)內容以啟發(fā)式講授為主，輔以信息技術的整合。教學目標知識與技能：1．了解人類對行星運動規(guī)律的認識歷程。2．了解觀察的方法在認識行星運動規(guī)律中的作用。3．知道開普勒對行星運動的描述——開普勒三定律，知道其科學價值。4．通過對行星運動規(guī)律的認識過程，培養(yǎng)學生的理解能力和推理能力。過程與方法：1．通過作橢圓圖，使學生認識橢圓的基本特征，為理解開普勒第一定律作準備。2．通過有關地心說和日心說天體運動動畫模擬，使天體運動模型在學生頭腦中直觀化，體會建立物理模型研究天體運動規(guī)律的科學方法（例如，在有限觀測的基礎上，建立完整的天體運動模型），以及科學發(fā)現(xiàn)的一種分析方法。3．引導學生將橢圓運動近似看作圓周運動，使學生領悟物理學合理近似，建立簡化模型的科學方法。情感態(tài)度與價值觀：通過對托勒密、哥白尼、第谷、開普勒等科學家關于行星運動規(guī)律研究的介紹，使學生體會科學家們實事求是、尊重客觀事實、不迷信權威、敢于堅持真理和勇于探索的科學態(tài)度和科學精神，體會對描述自然追求簡單和諧是科學研究的動力之一。教學重點知道開普勒行星運動定律；體會物理模型方法及科學規(guī)律發(fā)現(xiàn)、發(fā)展的科學方法。教學難點對開普勒行星運動定律的理解和應用教學資源多媒體、細繩（學生用來畫橢圓）教法設計啟發(fā)式講授教學過程教師活動學生活動設計意圖引入新課：在浩瀚的宇宙中有著無數(shù)大小不一、形態(tài)各異的天體。白天我們沐浴著太陽的光輝，夜晚，仰望蒼穹，繁星閃爍，美麗的月亮把我們帶入無限的遐想中。由這些天體所組成的宇宙始終是人們渴望了解又不斷探索的領域。宇宙是怎么來的？我們居住的地球又是什么樣的？在我國的殷代，人們就已經(jīng)利用長期對天體運動觀測的數(shù)據(jù)制定了歷法，指導農牧業(yè)生產，而航海的需要也促使人們對天體的運動進行觀察。經(jīng)成百上千年的探索，偉大的科學家們對它已經(jīng)有了一些初步的了解。本節(jié)我們就共同來學習前人所探索到的行星的運動情況。關于行星的運動，同學們能否根據(jù)自己已有的知識，說一說有哪些代表人物和代表性的觀點？引導學生進行總結，對于代表人物和觀點按照時間順序進行排序。一、地心說和日心說地心說古希臘的天文學家和哲學家發(fā)現(xiàn)太陽從東邊升起，從西邊落下。他們就認為地球是不動的，是宇宙的中心，一切天體——太陽、月亮、行星圍繞著地球在天空做簡單的完美的圓周運動。地心說的代表人物是亞里士多德。教師引導：更加仔細的觀察結果表明，行星并非總向一個方向移動，具有逆行現(xiàn)象。當理論與事實不符合時，需要對已有理論進行修正和補充。公元二世紀，天文學家托勒密，把當時天文學知識總結成宇宙的地心體系，發(fā)展完善了“地心說”，描繪了一個復雜的天體運動圖象。多媒體演示：托勒密的天體運動模型教師講解：地心說符合當時的觀測結果，在航海上具有一定價值。地心說符合教會的觀念，被教會引入教義，成為天經(jīng)地義、不容置疑的真理。地心說一直持續(xù)了一千多年。同學們觀看多媒體演示后，有什么感覺？隨著天文觀測不斷進步，“地心說”暴露出許多問題，不得不修改其模型，這使得地心說模型變得非常復雜——曾經(jīng)多達80個本輪，人們自然懷疑是否正確了?？茖W此時走到了“十字路口”，是繼續(xù)修改原來的理論模型，還是舍棄，推翻舊模型，建立新理論？日心說——哥白尼哥白尼主張：宇宙規(guī)律應是簡明和諧的，地心說理論的天空圖像太亂，毫無統(tǒng)一性和規(guī)律性。哥白尼查閱了古希臘和古羅馬的許多文獻，經(jīng)過近四十年的觀測和計算，于1543年在《天體運行論》里正式提出“日心說”。認為，太陽不動，處于宇宙的中心，地球和其它行星繞太陽在圓形軌道上公轉。多媒體演示：行星繞太陽公轉教師講述：“哥白尼的眼光超越了地球……使人類來到了牛頓物理學的門前”“日心說”對天體的描述大為簡化，同時打破了過去認為其它天體和地球截然有別的界限，是一項真正的科學革命。日心說和宗教的主張是相反的，為宣傳和捍衛(wèi)這個學說，意大利學者布魯諾被宗教裁判活活燒死，伽利略也受到殘酷的迫害。二、開普勒行星運動規(guī)律十七世紀，德國開普勒在“日心說”的基礎上，研究行星運動規(guī)律。開普勒的興趣和注意力更多地放在改進和完善哥白尼的日心說。教師提問：研究運動規(guī)律，咱們一般關心什么問題？教師引導：開普勒整理了他的老師，丹麥人第谷20多年觀測行星運動的數(shù)據(jù)，在探討行星軌道性質問題時，弟谷的觀測數(shù)據(jù)與哥白尼體系和日心說不符合。開普勒對第谷數(shù)據(jù)的精確性深信不疑，他開始懷疑天體的運動軌跡并非是完美的圓，經(jīng)過多年嘗試性的計算，終于發(fā)現(xiàn)并先后發(fā)表了行星運動的三個定律。1．開普勒第一定律（橢圓軌道定律）：所有行星分別在大小不同的橢圓軌道上圍繞太陽運動,太陽在這些橢圓的一個焦點上組織學生利用細繩和圖釘畫橢圓，并且讓學生總結橢圓的特點：到兩個定點之間的距離之和等于定長。教師講解焦點和半長軸、半短軸的概念。同時指導學生認識到開普勒第一定律說明的是行星的軌道特征。2．開普勒第二定律（面積定律）：對任意行星來說，它與太陽的連線（稱為徑矢）在相同的時間內掃過相同的面積。教師提問：行星在近日點和遠日點的速度一樣嗎？在那里更快一些？教師引導：開普勒第二定律其實蘊含著行星與太陽之間的相互作用力沿著它們的連線上。教師引導：研究行星的周期，必然發(fā)現(xiàn)不同軌道上，行星的周期不同，那么周期與軌道有關參量之間有什么共同的規(guī)律嗎？希望找到適宜于所有行星的總體模式，把各個行星聯(lián)系在一起。開普勒經(jīng)過九年計算終于得出了第三定律。3．第三定律：行星繞太陽運動軌道半長軸a的立方與運動周期的平方成正比。強調：k對于所有行星都相同，并且開普勒第三定律蘊含著行星運動的動力學關系。教師引導：在高中階段，我們研究天體的運動，對于橢圓運動不好處理，那怎么辦呢？實際上行星的橢圓軌道十分接近圓軌道，因此可以將行星的軌道作為圓來處理。既然已經(jīng)將行星的運動作為圓運動來處理，那么行星運動的三定律可以如何表述？1．大多數(shù)行星繞太陽的軌道十分接近圓，太陽處在圓心；2．對某一行星來說，它繞太陽做圓周運動的角速度（或線速度）不變，即行星做勻速圓周運動；3所有行星軌道半徑的力方與它的公轉周期的平方的比值都是相同的。若將行星的軌道運動近似看成圓，則有教師引導：三個定律的關系是一個整體，對行星運動規(guī)律的描述有一個從定性到定量的過程，但三個規(guī)律各自獨立，并不重復。［例］已知木星繞太陽公轉的周期是地球繞太陽公轉周期的12倍。則木星繞太陽公轉軌道的半長軸為地球公轉軌道半長軸的倍。思維入門指導：木星和地球均為繞太陽運行的行星，可利用開普勒第三定律直接求解。本題考查開普勒第三定律的應用。解：由開普勒第三定律可知：對地球：對木星所以教師請學生談談通過本節(jié)課的學習知道了什么，有什么感想？教師引入下節(jié)課的問題留給學生思考：行星為什么會繞太陽運轉呢？神秘的力量從哪里來？學生發(fā)表看法，教師進行引導，說明早期的宇宙觀利用已有知識，發(fā)表見解觀看多媒體演示學生交流觀后感討論，得出結論：建立新模型在聆聽當中了解觀察在認識行星運動規(guī)律中的作用觀看多媒體演示回答：運動軌跡、運動速度、周期以及相關決定因素利用工具作圖，討論交流得出橢圓的特點思考，得出行星速度關系討論，得出結果：應該找出一個模式思考，交流，表述學生交流，得出結論：應該將問題簡化學生根據(jù)行星運動的三個定律，得出新的表述學生練習，得出結果學生交流引入新課讓學生了解我國在天文觀測方面的歷史，增強學生的民族自豪感讓學生體會科學研究的基本方法：事實——理論——修正——新的事實——新的理論進一步體會科學研究的基本方法體會對描述自然追求簡單和諧是科學研究的動力之一讓學生體會科學家們實事求是、尊重客觀事實、不迷信權威、敢于堅持真理和勇于探索的科學態(tài)度和科學精神讓學生更好地理解開普勒第一定律為萬有引力的教學做準備使學生領悟物理學合理近似，建立簡化模型的科學