高中物理人教版第六章萬有引力與航天行星的運(yùn)動(dòng) 說課一等獎(jiǎng)

行星的運(yùn)動(dòng)教案設(shè)計(jì)思想本節(jié)內(nèi)容安排在學(xué)習(xí)曲線運(yùn)動(dòng)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(duì)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)思維能力的培養(yǎng)，通過對(duì)托勒密、哥白尼、第谷、開普勒等科學(xué)家關(guān)于行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律研究的介紹，使學(xué)生領(lǐng)略科學(xué)家的探索精神和對(duì)科學(xué)研究一絲不茍的態(tài)度，對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)精神和人文精神的教育。因此，本節(jié)課的知識(shí)內(nèi)容雖說少，但是科學(xué)史料多，是對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)精神、科學(xué)方法和人文精神教育的很好的素材。教學(xué)設(shè)計(jì)上，應(yīng)該立足于對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)精神、人文精神和科學(xué)思想方法的教育。學(xué)生在初中地理課的學(xué)習(xí)中已經(jīng)有了關(guān)于行星運(yùn)動(dòng)的基本認(rèn)識(shí)，在初中歷史課的學(xué)習(xí)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(zhǔn)確的，因此對(duì)于教師來說不能將地心說與日心說之爭一帶而過，而應(yīng)指出或讓學(xué)生得出兩種學(xué)說的成功與不足之處，這樣才能讓學(xué)生在思辯的過程中提高其理解能力和推理能力。天體的運(yùn)動(dòng)，學(xué)生沒有條件進(jìn)行觀察，也無法利用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，因此，本節(jié)內(nèi)容以啟發(fā)式講授為主，輔以信息技術(shù)的整合。教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與技能：1．了解人類對(duì)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)歷程。2．了解觀察的方法在認(rèn)識(shí)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律中的作用。3．知道開普勒對(duì)行星運(yùn)動(dòng)的描述——開普勒三定律，知道其科學(xué)價(jià)值。4．通過對(duì)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)過程，培養(yǎng)學(xué)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(xué)生認(rèn)識(shí)橢圓的基本特征，為理解開普勒第一定律作準(zhǔn)備。2．通過有關(guān)地心說和日心說天體運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫模擬，使天體運(yùn)動(dòng)模型在學(xué)生頭腦中直觀化，體會(huì)建立物理模型研究天體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)方法（例如，在有限觀測(cè)的基礎(chǔ)上，建立完整的天體運(yùn)動(dòng)模型），以及科學(xué)發(fā)現(xiàn)的一種分析方法。3．引導(dǎo)學(xué)生將橢圓運(yùn)動(dòng)近似看作圓周運(yùn)動(dòng)，使學(xué)生領(lǐng)悟物理學(xué)合理近似，建立簡化模型的科學(xué)方法。情感態(tài)度與價(jià)值觀：通過對(duì)托勒密、哥白尼、第谷、開普勒等科學(xué)家關(guān)于行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律研究的介紹，使學(xué)生體會(huì)科學(xué)家們實(shí)事求是、尊重客觀事實(shí)、不迷信權(quán)威、敢于堅(jiān)持真理和勇于探索的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神，體會(huì)對(duì)描述自然追求簡單和諧是科學(xué)研究的動(dòng)力之一。教學(xué)重點(diǎn)知道開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律；體會(huì)物理模型方法及科學(xué)規(guī)律發(fā)現(xiàn)、發(fā)展的科學(xué)方法。教學(xué)難點(diǎn)對(duì)開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律的理解和應(yīng)用教學(xué)資源多媒體、細(xì)繩（學(xué)生用來畫橢圓）教法設(shè)計(jì)啟發(fā)式講授教學(xué)過程教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)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(lǐng)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(duì)天體運(yùn)動(dòng)觀測(cè)的數(shù)據(jù)制定了歷法，指導(dǎo)農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)，而航海的需要也促使人們對(duì)天體的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行觀察。經(jīng)成百上千年的探索，偉大的科學(xué)家們對(duì)它已經(jīng)有了一些初步的了解。本節(jié)我們就共同來學(xué)習(xí)前人所探索到的行星的運(yùn)動(dòng)情況。關(guān)于行星的運(yùn)動(dòng)，同學(xué)們能否根據(jù)自己已有的知識(shí)，說一說有哪些代表人物和代表性的觀點(diǎn)？引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行總結(jié)，對(duì)于代表人物和觀點(diǎn)按照時(shí)間順序進(jìn)行排序。一、地心說和日心說地心說古希臘的天文學(xué)家和哲學(xué)家發(fā)現(xiàn)太陽從東邊升起，從西邊落下。他們就認(rèn)為地球是不動(dòng)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(yùn)動(dòng)。地心說的代表人物是亞里士多德。教師引導(dǎo)：更加仔細(xì)的觀察結(jié)果表明，行星并非總向一個(gè)方向移動(dòng)，具有逆行現(xiàn)象。當(dāng)理論與事實(shí)不符合時(shí)，需要對(duì)已有理論進(jìn)行修正和補(bǔ)充。公元二世紀(jì)，天文學(xué)家托勒密，把當(dāng)時(shí)天文學(xué)知識(shí)總結(jié)成宇宙的地心體系，發(fā)展完善了“地心說”，描繪了一個(gè)復(fù)雜的天體運(yùn)動(dòng)圖象。多媒體演示：托勒密的天體運(yùn)動(dòng)模型教師講解：地心說符合當(dāng)時(shí)的觀測(cè)結(jié)果，在航海上具有一定價(jià)值。地心說符合教會(huì)的觀念，被教會(huì)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(xué)們觀看多媒體演示后，有什么感覺？隨著天文觀測(cè)不斷進(jìn)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(fù)雜——曾經(jīng)多達(dá)80個(gè)本輪，人們自然懷疑是否正確了?？茖W(xué)此時(shí)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(yīng)是簡明和諧的，地心說理論的天空?qǐng)D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(xiàn)，經(jīng)過近四十年的觀測(cè)和計(jì)算，于1543年在《天體運(yùn)行論》里正式提出“日心說”。認(rèn)為，太陽不動(dòng)，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(zhuǎn)。多媒體演示：行星繞太陽公轉(zhuǎn)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(xué)的門前”“日心說”對(duì)天體的描述大為簡化，同時(shí)打破了過去認(rèn)為其它天體和地球截然有別的界限，是一項(xiàng)真正的科學(xué)革命。日心說和宗教的主張是相反的，為宣傳和捍衛(wèi)這個(gè)學(xué)說，意大利學(xué)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(yùn)動(dòng)規(guī)律十七世紀(jì)，德國開普勒在“日心說”的基礎(chǔ)上，研究行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律。開普勒的興趣和注意力更多地放在改進(jìn)和完善哥白尼的日心說。教師提問：研究運(yùn)動(dòng)規(guī)律，咱們一般關(guān)心什么問題？教師引導(dǎo)：開普勒整理了他的老師，丹麥人第谷20多年觀測(cè)行星運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)，在探討行星軌道性質(zhì)問題時(shí)，弟谷的觀測(cè)數(shù)據(jù)與哥白尼體系和日心說不符合。開普勒對(duì)第谷數(shù)據(jù)的精確性深信不疑，他開始懷疑天體的運(yùn)動(dòng)軌跡并非是完美的圓，經(jīng)過多年嘗試性的計(jì)算，終于發(fā)現(xiàn)并先后發(fā)表了行星運(yùn)動(dòng)的三個(gè)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(yùn)動(dòng),太陽在這些橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上組織學(xué)生利用細(xì)繩和圖釘畫橢圓，并且讓學(xué)生總結(jié)橢圓的特點(diǎn)：到兩個(gè)定點(diǎn)之間的距離之和等于定長。教師講解焦點(diǎn)和半長軸、半短軸的概念。同時(shí)指導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)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(duì)任意行星來說，它與太陽的連線（稱為徑矢）在相同的時(shí)間內(nèi)掃過相同的面積。教師提問：行星在近日點(diǎn)和遠(yuǎn)日點(diǎn)的速度一樣嗎？在那里更快一些？教師引導(dǎo)：開普勒第二定律其實(shí)蘊(yùn)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(dǎo)：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(guān)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(gè)行星聯(lián)系在一起。開普勒經(jīng)過九年計(jì)算終于得出了第三定律。3．第三定律：行星繞太陽運(yùn)動(dòng)軌道半長軸a的立方與運(yùn)動(dòng)周期的平方成正比。強(qiáng)調(diào)：k對(duì)于所有行星都相同，并且開普勒第三定律蘊(yùn)含著行星運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)關(guān)系。教師引導(dǎo)：在高中階段，我們研究天體的運(yùn)動(dòng)，對(duì)于橢圓運(yùn)動(dòng)不好處理，那怎么辦呢？實(shí)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(yùn)動(dòng)作為圓運(yùn)動(dòng)來處理，那么行星運(yùn)動(dòng)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(duì)某一行星來說，它繞太陽做圓周運(yùn)動(dòng)的角速度（或線速度）不變，即行星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)；3所有行星軌道半徑的力方與它的公轉(zhuǎn)周期的平方的比值都是相同的。若將行星的軌道運(yùn)動(dòng)近似看成圓，則有教師引導(dǎo)：三個(gè)定律的關(guān)系是一個(gè)整體，對(duì)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的描述有一個(gè)從定性到定量的過程，但三個(gè)規(guī)律各自獨(dú)立，并不重復(fù)。［例］已知木星繞太陽公轉(zhuǎn)的周期是地球繞太陽公轉(zhuǎn)周期的12倍。則木星繞太陽公轉(zhuǎn)軌道的半長軸為地球公轉(zhuǎn)軌道半長軸的倍。思維入門指導(dǎo)：木星和地球均為繞太陽運(yùn)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(yīng)用。解：由開普勒第三定律可知：對(duì)地球：對(duì)木星所以教師請(qǐng)學(xué)生談?wù)勍ㄟ^本節(jié)課的學(xué)習(xí)知道了什么，有什么感想？教師引入下節(jié)課的問題留給學(xué)生思考：行星為什么會(huì)繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)呢？神秘的力量從哪里來？學(xué)生發(fā)表看法，教師進(jìn)行引導(dǎo)，說明早期的宇宙觀利用已有知識(shí)，發(fā)表見解觀看多媒體演示學(xué)生交流觀后感討論，得出結(jié)論：建立新模型在聆聽當(dāng)中了解觀察在認(rèn)識(shí)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律中的作用觀看多媒體演示回答：運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度、周期以及相關(guān)決定因素利用工具作圖，討論交流得出橢圓的特點(diǎn)思考，得出行星速度關(guān)系討論，得出結(jié)果：應(yīng)該找出一個(gè)模式思考，交流，表述學(xué)生交流，得出結(jié)論：應(yīng)該將問題簡化學(xué)生根據(jù)行星運(yùn)動(dòng)的三個(gè)定律，得出新的表述學(xué)生練習(xí)，得出結(jié)果學(xué)生交流引入新課讓學(xué)生了解我國在天文觀測(cè)方面的歷史，增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)研究的基本方法：事實(shí)——理論——修正——新的事實(shí)——新的理論進(jìn)一步體會(huì)科學(xué)研究的基本方法體會(huì)對(duì)描述自然追求簡單和諧是科學(xué)研究的動(dòng)力之一讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)家們實(shí)事求是、尊重客觀事實(shí)、不迷信權(quán)威、敢于堅(jiān)持真理和勇于探索的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神讓學(xué)生更好地理解開普勒第一定律為萬有引力的教學(xué)做準(zhǔn)備使學(xué)生領(lǐng)悟物理學(xué)合理近似，建立簡化模型的科學(xué)