公開課教案行星的運動

1、行星的運動【教學目的】知識目標：了解“地心說”和“日心說”兩種不同的觀點及發(fā)展過程；知道開普勒對行星運動的描述。能力目標：培養(yǎng)學生語言表達能力；協(xié)作能力；計算推理能力；以及在客觀事物的基礎(chǔ)上通過分析、推理提出科學假設(shè)，再經(jīng)過實驗驗證的正確認識事物本質(zhì)的思維方法。情感目標：通過開普勒行星運動定律的建立過程，滲透科學發(fā)現(xiàn)的方法論教育，建立科學的宇宙觀；激發(fā)學生熱愛科學、探索真理的求知熱情?！窘虒W重點】“日心說”的建立過程和行星運動的規(guī)律【教學難點】學生對天體運動缺乏感性認識；開普勒如何確定行星運動規(guī)律的【教學儀器】錄像，課件，圖釘，紙，線【教學方法】啟發(fā)式綜合教學法【教學過程】引入：宇宙中有無數(shù)星

2、系，與我們最密切的星系就是太陽系，首先我們通過一段錄像來看一下太陽系的結(jié)構(gòu)。太陽系中有九大行星，這是我們早就獲知的一個信息。然而，2006年，8月24日國際天文學聯(lián)合會大會通過新的行星定義，冥王星因不能清除其軌道附近其他天體而被“逐出”行星行列，編入“矮行星”。這樣的話，太陽系就只有八大行星了，今后教材對這一點內(nèi)容會做相應(yīng)的修改。行星重新定義一事，表明人類對太陽系的認識又加深了一步，開始進入探測太陽系的黃金時代。那么，在古時，人類是對太陽、月亮、地球等天體的運動有過什么樣的看法？新課教學最早，人類從觀察北極星常年不動，及北斗七星的回轉(zhuǎn)現(xiàn)象認為天是圓的地是方的，即天圓地方。直至公元二、三世紀才對

3、宇宙中各天體的運動形成初步的理論地心說。公元16世紀又提出了日心說。一、地心說首先請地心說小組展示自己的ppt，簡要介紹地心說的發(fā)展過程及主要內(nèi)容。地心說的主要內(nèi)容是：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完美的圓周運動。接下來有請日心說小組介紹其創(chuàng)立者和主要內(nèi)容二日心說日心說的內(nèi)容：太陽是宇宙中心并且靜止不動，地球圍繞太陽做圓周運動，并且在自轉(zhuǎn)，其他行星都圍繞太陽做圓周運動。過渡：我們現(xiàn)在知道地心說是錯誤的，哥白尼的日心說也并不完全正確，因為太陽并不是宇宙的中心,而是銀河系中的一顆普通恒星，它也不是靜止不動的。但日心說比地心說更接近真理。但日心說的傳播必然危及教會的思想統(tǒng)治。

4、羅馬教廷對公開支持日心說的科學家加以迫害，把日心說視為“異端邪說”?？梢?，日心說最終戰(zhàn)勝地心說是一個漫長而艱難的過程。三日心說的發(fā)展過程請日心說發(fā)展史小組介紹為日心說的發(fā)展做出巨大貢獻的科學家。參看殉道者哥白尼學說的弘揚。過渡：雖然哥白尼、伽利略等人否定了地心說，但仍然認為行星圍繞太陽做簡單的完美的圓周運動。那么是誰糾正了這個觀點，使“日心說”更徹底地否定地心說開普勒。提到開普勒我們就有必要先了解留給開普勒大量精確觀測資料的人丹麥的天文學家第谷布拉赫（1546-1601）。有請第谷小組講述其對天文學的貢獻。參看第谷和開普勒的故事，兩顆超新星第谷和開普勒，建立萬有引力的背景過渡：第谷連續(xù)20年對

5、750顆左右恒星進行觀察并有準確記錄，為開普勒革新行星運動理論，發(fā)展日心說奠定了基礎(chǔ)，那么開普勒如何發(fā)現(xiàn)行星運動三大定律的呢？請開普勒小組介紹接下來，我們通過錄像把從地心說到日心說的主要代表人物，它們的理論以及建立的宇宙體系作個總結(jié)?？戳虽浵窈拖惹巴瑢W們的介紹，請大家談?wù)劊簭母绨啄?、布魯諾、伽利略、第谷、開普勒這些科學家的事跡中，我們受到了什么樣的啟迪？（從科學態(tài)度及研究方法來看）相信真理，不迷信權(quán)威的實事求是的科學態(tài)度（哥白尼提出日心說，布魯諾堅持宇宙無極限的思想，伽利略堅持相信天文觀測的結(jié)果，支持日心說，開普勒放棄勻速圓周運動，采用橢圓軌道），一絲不茍、孜孜以求的精神，嚴謹?shù)目茖W態(tài)度（哥白

6、尼4個九年時間論證自己的理論，第谷20年時間堅持不懈的觀察記錄，開普勒16年對行星運動規(guī)律的探索（用開普勒自己的話說：“十六年了，我終于走向光明，認識到的真理遠超出我的熱切期望），我們對待學習更應(yīng)該是腳踏實地，認認真真，不放過一點疑問，要有熱愛科學、探索真理的熱情及堅強的品質(zhì)，來實現(xiàn)人生價值.四、開普勒定律1開普勒第一定律（軌道定律：教師補充作圖，并展示課件）第一定律：所有行星繞太陽運動的軌道都是橢圓，太陽處在橢圓的一個焦點上第一定律涉及到橢圓，接下來我們通過作圖來了解有關(guān)橢圓的一些知識。同學們手上有白板、紙、圖釘、細線，根據(jù)做一做的要求畫出橢圓。圖釘所處的位置就是橢圓的焦點，那么橢圓就有兩個

7、焦點。過兩焦點與橢圓相交的線段長就叫長軸，長軸的一半就叫半長軸，用字母a來表示。橢圓上任一點到兩焦點的距離和是定值還是一個變化的值？。有了橢圓的初步認識后，第一定律就更好理解了?？凑n件。八大行星運動的橢圓軌道并不相同，但太陽始終位于這些橢圓的同一個焦點上。2開普勒第二定律（面積定律）第二定律：對任意一個行星來說，它與太陽的連線在相等時間內(nèi)掃過相等的面積教師：如何來理解這個定律呢？我們還是利用剛才所畫的橢圓，行星在這個橢圓軌道上繞太陽運動。行星好比作圖中的哪個工具？筆。太陽就在左側(cè)焦點。這兩者的連線就是左側(cè)圖釘?shù)焦P的繩長。請同學們讓筆分別在近日處和遠日處勻速地運動起來，在相等的時間內(nèi)，繩長掃過的

8、面積是否相等？近日處小于遠日處。依據(jù)第二定律，繩長掃過的面積要相等，筆在哪處運動的快？可見，第二定律揭示了行星并不做勻速率運動，而是近日處速率大于遠日處。3開普勒第三定律行星運動速度與行星距太陽遠近有關(guān)，于是開普勒就聯(lián)想到行星運動周期也應(yīng)與行星到太陽的距離有關(guān)。于是，他繼續(xù)對著第谷留下的一堆數(shù)字去動腦子。開普勒將人們最熟悉的地球到太陽間的距離R定為1，地球繞太陽的公轉(zhuǎn)周期T是1年，以此為標準再換算其他行星的周期和到太陽的平均距離（半長軸a），將觀測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成這么一堆數(shù)字：行星aT行星aT水星0.3870.241火星1.5241.881金星0.7230.615木星5.20311.862地球1.0

9、001.000土星9.53929.457從這一堆數(shù)據(jù)里怎么找出規(guī)律？我們總是從最簡單的比例關(guān)系入手，由簡單到復(fù)雜。同學們所熟悉的比例關(guān)系有哪些？正比，反比，平方成正比，三次方成正比等等。接下來我們就來找找看。成正比就意味著a/T是一個定值，反比意味著aT是一個定值，以此類推。開普勒當時沒有計算器，就靠一只筆，做了無數(shù)次這樣的加減乘除，用了整整九年的時間才得到兩者的關(guān)系：a的三次方和T的二次方成正比的關(guān)系大家看一下a3與T2的比值。所有行星都是相同?？梢姡核行行堑臋E圓軌道的半長軸的三次方與公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等，這就是行星運動的第三條定律表達式可為： a表示橢圓的半長軸，T代表公轉(zhuǎn)周期小

10、結(jié)：開普勒第一定律否定了圓軌道；第二定律否定了勻速率運動；第三定律建立了所有行星之間的聯(lián)系。開普勒三定律為后來牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律奠定了基礎(chǔ)，開普勒被稱為天空的立法者。16181621年，開普勒寫了(哥白尼天文學概要一書，把天文學的研究概括為5個方面： 觀測天象； 提出對觀測到的天象進行解釋的假說； 宇宙論的物理或哲學； 推算天體過去與未來的方位； 有關(guān)的儀器制造和使用的機械學。這一概括表明到開普勒時期，天文學已經(jīng)具有了自己的研究對象、研究體系和研究程序，產(chǎn)生了近代自然科學的基本方法：進行觀測一提出假說一形成理論一實踐驗證一實際應(yīng)用。這也正是自然科學革命首先在天文學領(lǐng)域開展的一個基本前提。實驗歸納和數(shù)學演繹相結(jié)合的方法，是科學研究的重要方法。提問：行星軌道圖。同學們可以看到多數(shù)行星的軌道與圓十分接近所以在中學階段的研究中軌道就按圓來處理開普勒三定律用于圓軌道時，應(yīng)該怎樣表述呢?回答：（1）開普勒第一定律：大多數(shù)行星圍繞太陽的軌道接近于圓，太陽在圓心上。（2）開普勒第二定律：行星做勻速圓周運動。（3）開普勒第三定律：所有行星的軌道半徑的三