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高中物理人教版 (新课标)必修21.行星的运动教案设计
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这是一份高中物理人教版 (新课标)必修21.行星的运动教案设计，共5页。教案主要包含了知识目标，能力目标，德育目标，小结，作业，板书设计等内容，欢迎下载使用。
●教学目标
一、知识目标
1.了解“地心说”和“日心说”两种不同的观点及发展过程.
2.知道开普勒对行星运动的描述.
二、能力目标
1.培养学生在客观事物的基础上通过分析、推理提出科学假设，再经过实验验证的正确认识事物本质的思维方法.
2.通过学习，培养学生善于观察、善于思考、善于动手的能力.
三、德育目标
1.通过开普勒行星运动定律的建立过程，渗透科学发现的方法论教育，建立科学的宇宙观.
2.激发学生热爱科学、探索真理的求知热情.
●教学重点
1.“日心说”的建立过程.
2.行星运动的规律.
●教学难点
1.学生对天体运动缺乏感性认识.
2.开普勒是如何确定行星运动规律的.
●教学方法
1.“日心说”的建立的教学——采用对比、反证及讲授法.
2.行星运动规律的建立——采用挂图、放录像资料或用CAI课件模拟行星的运动情况.
●教学用具
挂图、录像机、录像带、投影仪、投影片.
●课时安排
1课时
●教学过程
［投影］本节课的学习目标
1.了解“地心说”和“日心说”两种不同的观点及发展过程.
2.知道开普勒对行星运动的描述.
学习目标完成过程
一、导入新课
在浩瀚的宇宙中有着无数大小不一、形态各异的天体.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无限的遐想中.由这些天体所组成的宇宙始终是人们渴望了解又不断探索的领域.经成百上千年的探索,伟大的科学家们对它已经有了一些初步的了解.本节我们就共同来学习前人所探索到的行星的运动情况.
二、新课教学
(一)古人对天体运动的看法及发展过程
A.基础知识
［投影出示］
阅读课文一、二自然段,同时思考下面几个问题:
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.
B.深入探究
［投影出示］
请同学们在前面的基础上讨论:
1.“地心说”为什么能占领较长的统治时间?
2.俗话说“眼见为实”,这种说法是否绝对正确?试举例.
3.“日心说”为什么能战胜“地心说”?试举例说明.
4.“日心说”的观点是否正确?
［学生活动］分组讨论,并根据课本提供的线索得出结论:
1.“地心说”占领统治地位时间较长的原因是由于它比较符合人们的日常经验,如:太阳从东边升起,从西边落下;同时它也符合当时在政治上占统治地位的宗教神学观点.
2.由于“日心说”最终战胜了“地心说”,虽然“地心说”符合人们的经验,但它还是错误的.进而说明“眼见为实”的说法并非绝对正确.例如:我们乘车时观察到树木在向后运动,而事实上并没有动(相对于地面).
3.“日心说”所以能够战胜“地心说”是因为好多“地心说”不能解析的现象“日心说”则能说明,也就是说,“日心说”比“地心说”更科学、更接近事实.例如:若地球不动,昼夜交替是太阳绕地球运动形成的.那么,每天的情况就应是相同的,而事实上,每天白天的长短不同,冷暖不同.而“日心说”则能说明这种情况:白昼是地球自转形成的,而四季是地球绕太阳公转形成的.
4.从目前科研结果和我们所掌握的知识来看,“日心说”也并不是绝对正确的,因为太阳只是太阳系的一个中心天体,而太阳系只是宇宙中众多星系之一,所以太阳并不是宇宙的中心,也不是静止不动的.“日心说”只是与“地心说”相比更准确一些罢了.
C.教师总结
经过前面的学习我们对“地心说”和“日心说”有了初步的认识,事实上从“地心说”向“日心说”的过渡经历了漫长的时间,并且科学家们付出了艰苦的奋斗,哥白尼就是其中一位.他在哥伦布和麦哲伦猜想的基础上,假设地球并不是宇宙的中心,而和其他天体一样都是绕太阳做匀速圆周运动的行星,从而使许多问题得以解决,也建立起了“日心说”的基本模型.但他的观点不符合当时欧洲统治教会的利益,因而受到了教会的迫害.使得这一正确的观点被推迟一个世纪才被人们接受.
前人的这种对问题一丝不苟、孜孜以求的精神值得大家学习,所以我们对待学习要脚踏实地,认认真真,不放过一点疑问.
(二)开普勒对行星运动的研究
A.基础知识
［投影出示］
请同学们阅读课文三、四、五自然段,同时回答下列问题:
1.古人认为天体做什么运动?
2.开普勒的导师是谁,他认为天体做什么样的运动?
3.开普勒开始认为天体做何运动?
4.开普勒后来认为天体做何运动?
［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.开普勒的导师是丹麦伟大的天文学家第谷.他对天体运动的看法与其他古人一样,也认为天体在做匀速圆周运动.
3.开普勒开始受世俗及导师的影响,也认为天体在做匀速圆周运动.
4.他在应用上述观点对天体运动进行观测时发现了问题,经过刻苦计算,最终认为:
所有行星围绕太阳运转的轨道都是椭圆,太阳处在所有椭圆的一个焦点上.
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.
B.深入探究
［出示挂图］介绍行星运动的挂图,使学生对行星的运动有一个简单的感性认识.
［放录像］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.
［投影出示］
结合课文、挂图、录像,回答下列问题:
1.开普勒为什么要怀疑他的导师第谷的观点?
2.他是怎样总结出行星运动规律的?
3.你能应用第一定律猜想一下对一年四季温度变化的解释吗?
4.常量比值k与行星无关,你能猜想出他跟谁有关吗?
［学生活动］分组讨论,并根据课文、挂图及录像所提供的线索得出答案.
1.开普勒在应用第谷的观点对天体运动进行思考时所得到的结果与第谷观测的数据存在至少8′的角度误差，但当时公认观测数据的误差不超过2′，这也就是说,用匀速圆周观点来解释天体运动最少会带来6′的角度误差.而造成这一误差的可能原因是对天体运动的观点存在问题,因此产生了对天体运动是匀速圆周运动这一观点的怀疑.
2.开普勒发现这一问题后并未放弃,而是经过四年多的刻苦计算,否定了19种设想后终于总结出了行星的运动规律.
3.由于太阳能在传向地球的过程中要在宇宙中损失一部分,传播的距离越远,损失的就越多.根据开普勒第一定律可知:当地球在椭圆轨道上运动时会产生近日点和远日点.当地球在近日点时,离太阳的距离比较近,接受的太阳能量比较大,故温度比较高;当地球在远日点时,离太阳的距离比较远,接受的太阳能量比较少,故温度就比较低.
4.根据开普勒第三定律知:所有行星绕太阳运动半长轴的三次方跟公转周期二次方的比值是一个常数k,可以猜想,这个“k”一定与运动系统的物体有关.因为所有行星都相同,而各行星是不一样的,故跟行星无关,而在运动系中除了行星就是中心天体——太阳,故这一常数“k”一定与中心天体——太阳有关.
C.教师总结
经过前面的学习我们对开普勒的第一、第三定律有了初步的认识,为了拓宽同学们的知识面,我们对开普勒的第二定律作简单的了解.
行星在绕太阳运动时,行星与太阳的连线在相同时间里扫过的面积是相等的,这就是开普勒第二定律.
从第二定律中可知:行星在绕太阳运动时,在各点的速率大小是不相同的,远日点时的速率最小;近日点时的速率最大.
D.基础知识应用
［投影出示］
1.在太阳系中,有九大行星围绕太阳运行,按照距太阳的距离排列,由近及远依次是:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星.那么它们绕太阳运行的周期最短的是________.
2.关于行星运动,以下说法正确的是( )
A.行星轨道的半长轴越长,自转周期越大
B.行星轨道的半长轴越长,公转周期越大
C.水星的半长轴最短,公转周期最大
D.冥王星离太阳“最远”,绕太阳运动的公转周期最长
3.地球绕太阳运行的半长轴为1.50×1011 m,周期为365天;月球绕地球运行的轨道半长轴为3.82×108 m,周期为27.3天,则对于绕太阳运行的行星, R3/T2的值为________m3/s2;对于绕地球运行的卫星, R3/T2的值为________m3/s2.
参考答案:
1.水星
2.B、D
3.2.5×1028;7.5×1022
三、知识反馈
［投影出示］
1.古代人们把天体的运动看得都很神圣,认为天体的运动必然是完美、和谐的________运动,后来________仔细研究了第谷的观测资料,经过4年的刻苦计算,最后终于发现:所有的行星绕太阳运动的轨道都是________,太阳处在________位置上,所有行星轨道的________跟________的比值都相等.
2.关于行星绕太阳运动的下列说法中正确的是( )
A.所有行星都在同一椭圆轨道上绕太阳运动
B.行星绕太阳运动时,太阳位于行星轨道的中心处
C.离太阳越近的行星运动周期越长
D.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
3.已知两行星绕太阳运动的半长轴之比为b,它们的公转周期之比为________.
参考答案:
1.匀速圆周;开普勒;椭圆;这些椭圆的一个焦点;轨道半长轴的三次方;公转周期的二次方
2.D 3.
四、小结
本节是本章的开首篇,所述天体运动的描述及其理论的发展过程,是后续几节的基础和理论依据,学习时重点掌握开普勒关于行星运动的理论描述,深刻领会本节体现出的物理研究方法,例如观察、实验、提出假说、数学推理、建立模型等方法,逐步培养起自己的学习、研究能力.
五、作业
1.复习本节内容.
2.预习下一节内容.
六、板书设计
●教学目标
一、知识目标
1.了解“地心说”和“日心说”两种不同的观点及发展过程.
2.知道开普勒对行星运动的描述.
二、能力目标
1.培养学生在客观事物的基础上通过分析、推理提出科学假设，再经过实验验证的正确认识事物本质的思维方法.
2.通过学习，培养学生善于观察、善于思考、善于动手的能力.
三、德育目标
1.通过开普勒行星运动定律的建立过程，渗透科学发现的方法论教育，建立科学的宇宙观.
2.激发学生热爱科学、探索真理的求知热情.
●教学重点
1.“日心说”的建立过程.
2.行星运动的规律.
●教学难点
1.学生对天体运动缺乏感性认识.
2.开普勒是如何确定行星运动规律的.
●教学方法
1.“日心说”的建立的教学——采用对比、反证及讲授法.
2.行星运动规律的建立——采用挂图、放录像资料或用CAI课件模拟行星的运动情况.
●教学用具
挂图、录像机、录像带、投影仪、投影片.
●课时安排
1课时
●教学过程
［投影］本节课的学习目标
1.了解“地心说”和“日心说”两种不同的观点及发展过程.
2.知道开普勒对行星运动的描述.
学习目标完成过程
一、导入新课
在浩瀚的宇宙中有着无数大小不一、形态各异的天体.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无限的遐想中.由这些天体所组成的宇宙始终是人们渴望了解又不断探索的领域.经成百上千年的探索,伟大的科学家们对它已经有了一些初步的了解.本节我们就共同来学习前人所探索到的行星的运动情况.
二、新课教学
(一)古人对天体运动的看法及发展过程
A.基础知识
［投影出示］
阅读课文一、二自然段,同时思考下面几个问题:
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.
B.深入探究
［投影出示］
请同学们在前面的基础上讨论:
1.“地心说”为什么能占领较长的统治时间?
2.俗话说“眼见为实”,这种说法是否绝对正确?试举例.
3.“日心说”为什么能战胜“地心说”?试举例说明.
4.“日心说”的观点是否正确?
［学生活动］分组讨论,并根据课本提供的线索得出结论:
1.“地心说”占领统治地位时间较长的原因是由于它比较符合人们的日常经验,如:太阳从东边升起,从西边落下;同时它也符合当时在政治上占统治地位的宗教神学观点.
2.由于“日心说”最终战胜了“地心说”,虽然“地心说”符合人们的经验,但它还是错误的.进而说明“眼见为实”的说法并非绝对正确.例如:我们乘车时观察到树木在向后运动,而事实上并没有动(相对于地面).
3.“日心说”所以能够战胜“地心说”是因为好多“地心说”不能解析的现象“日心说”则能说明,也就是说,“日心说”比“地心说”更科学、更接近事实.例如:若地球不动,昼夜交替是太阳绕地球运动形成的.那么,每天的情况就应是相同的,而事实上,每天白天的长短不同,冷暖不同.而“日心说”则能说明这种情况:白昼是地球自转形成的,而四季是地球绕太阳公转形成的.
4.从目前科研结果和我们所掌握的知识来看,“日心说”也并不是绝对正确的,因为太阳只是太阳系的一个中心天体,而太阳系只是宇宙中众多星系之一,所以太阳并不是宇宙的中心,也不是静止不动的.“日心说”只是与“地心说”相比更准确一些罢了.
C.教师总结
经过前面的学习我们对“地心说”和“日心说”有了初步的认识,事实上从“地心说”向“日心说”的过渡经历了漫长的时间,并且科学家们付出了艰苦的奋斗,哥白尼就是其中一位.他在哥伦布和麦哲伦猜想的基础上,假设地球并不是宇宙的中心,而和其他天体一样都是绕太阳做匀速圆周运动的行星,从而使许多问题得以解决,也建立起了“日心说”的基本模型.但他的观点不符合当时欧洲统治教会的利益,因而受到了教会的迫害.使得这一正确的观点被推迟一个世纪才被人们接受.
前人的这种对问题一丝不苟、孜孜以求的精神值得大家学习,所以我们对待学习要脚踏实地,认认真真,不放过一点疑问.
(二)开普勒对行星运动的研究
A.基础知识
［投影出示］
请同学们阅读课文三、四、五自然段,同时回答下列问题:
1.古人认为天体做什么运动?
2.开普勒的导师是谁,他认为天体做什么样的运动?
3.开普勒开始认为天体做何运动?
4.开普勒后来认为天体做何运动?
［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.开普勒的导师是丹麦伟大的天文学家第谷.他对天体运动的看法与其他古人一样,也认为天体在做匀速圆周运动.
3.开普勒开始受世俗及导师的影响,也认为天体在做匀速圆周运动.
4.他在应用上述观点对天体运动进行观测时发现了问题,经过刻苦计算,最终认为:
所有行星围绕太阳运转的轨道都是椭圆,太阳处在所有椭圆的一个焦点上.
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.
B.深入探究
［出示挂图］介绍行星运动的挂图,使学生对行星的运动有一个简单的感性认识.
［放录像］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.
［投影出示］
结合课文、挂图、录像,回答下列问题:
1.开普勒为什么要怀疑他的导师第谷的观点?
2.他是怎样总结出行星运动规律的?
3.你能应用第一定律猜想一下对一年四季温度变化的解释吗?
4.常量比值k与行星无关,你能猜想出他跟谁有关吗?
［学生活动］分组讨论,并根据课文、挂图及录像所提供的线索得出答案.
1.开普勒在应用第谷的观点对天体运动进行思考时所得到的结果与第谷观测的数据存在至少8′的角度误差，但当时公认观测数据的误差不超过2′，这也就是说,用匀速圆周观点来解释天体运动最少会带来6′的角度误差.而造成这一误差的可能原因是对天体运动的观点存在问题,因此产生了对天体运动是匀速圆周运动这一观点的怀疑.
2.开普勒发现这一问题后并未放弃,而是经过四年多的刻苦计算,否定了19种设想后终于总结出了行星的运动规律.
3.由于太阳能在传向地球的过程中要在宇宙中损失一部分,传播的距离越远,损失的就越多.根据开普勒第一定律可知:当地球在椭圆轨道上运动时会产生近日点和远日点.当地球在近日点时,离太阳的距离比较近,接受的太阳能量比较大,故温度比较高;当地球在远日点时,离太阳的距离比较远,接受的太阳能量比较少,故温度就比较低.
4.根据开普勒第三定律知:所有行星绕太阳运动半长轴的三次方跟公转周期二次方的比值是一个常数k,可以猜想,这个“k”一定与运动系统的物体有关.因为所有行星都相同,而各行星是不一样的,故跟行星无关,而在运动系中除了行星就是中心天体——太阳,故这一常数“k”一定与中心天体——太阳有关.
C.教师总结
经过前面的学习我们对开普勒的第一、第三定律有了初步的认识,为了拓宽同学们的知识面,我们对开普勒的第二定律作简单的了解.
行星在绕太阳运动时,行星与太阳的连线在相同时间里扫过的面积是相等的,这就是开普勒第二定律.
从第二定律中可知:行星在绕太阳运动时,在各点的速率大小是不相同的,远日点时的速率最小;近日点时的速率最大.
D.基础知识应用
［投影出示］
1.在太阳系中,有九大行星围绕太阳运行,按照距太阳的距离排列,由近及远依次是:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星.那么它们绕太阳运行的周期最短的是________.
2.关于行星运动,以下说法正确的是( )
A.行星轨道的半长轴越长,自转周期越大
B.行星轨道的半长轴越长,公转周期越大
C.水星的半长轴最短,公转周期最大
D.冥王星离太阳“最远”,绕太阳运动的公转周期最长
3.地球绕太阳运行的半长轴为1.50×1011 m,周期为365天;月球绕地球运行的轨道半长轴为3.82×108 m,周期为27.3天,则对于绕太阳运行的行星, R3/T2的值为________m3/s2;对于绕地球运行的卫星, R3/T2的值为________m3/s2.
参考答案:
1.水星
2.B、D
3.2.5×1028;7.5×1022
三、知识反馈
［投影出示］
1.古代人们把天体的运动看得都很神圣,认为天体的运动必然是完美、和谐的________运动,后来________仔细研究了第谷的观测资料,经过4年的刻苦计算,最后终于发现:所有的行星绕太阳运动的轨道都是________,太阳处在________位置上,所有行星轨道的________跟________的比值都相等.
2.关于行星绕太阳运动的下列说法中正确的是( )
A.所有行星都在同一椭圆轨道上绕太阳运动
B.行星绕太阳运动时,太阳位于行星轨道的中心处
C.离太阳越近的行星运动周期越长
D.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
3.已知两行星绕太阳运动的半长轴之比为b,它们的公转周期之比为________.
参考答案:
1.匀速圆周;开普勒;椭圆;这些椭圆的一个焦点;轨道半长轴的三次方;公转周期的二次方
2.D 3.
四、小结
本节是本章的开首篇,所述天体运动的描述及其理论的发展过程,是后续几节的基础和理论依据,学习时重点掌握开普勒关于行星运动的理论描述,深刻领会本节体现出的物理研究方法,例如观察、实验、提出假说、数学推理、建立模型等方法,逐步培养起自己的学习、研究能力.
五、作业
1.复习本节内容.
2.预习下一节内容.
六、板书设计
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