《6.1行星的运动》教学设计

《行星的运动》教学设计无锡市公益中学陈锡强【设计思想】本节课内容是该章第一单元的开篇。这一单元教材在安排上按照科学探究的思路展开，重在介绍万有引力定律建立的过程，这是一次生动的科学思维和科学方法的教育。从古代朴素的唯物主义思想，到天文学家对行星运动大量的观察资料；从研究行星运动规律，到猜想行星运动的原因；最终得到万有引力定律，无处不在体现着科学探索的精神与方法。这节内容在第一单元教学中起到开门砖的作用。对学生来说本节内容是抽象的、陌生的，甚至无法去感知。对天体的运动充满好奇又觉得非常神秘而不易理解。所以我们必须去引导学生了解人们对星体运动认识的发展过程，从“日心说”和“地心说”的内容到其两者之间的争论，从第谷的精心观测到开普勒的数学运算，在学生整体感知的过程中引导学生体会这些大师们的思路、方法及他们的一丝不苟的科学精神，并激发他们热爱科学、探索真理的求知热情。本节内容包括“地心说”“日心说”的内容、开普勒定律的内容和天体运动的近似处理等知识点。【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；3．知道天体运动的近似处理方法。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、善于思考和提高实际应用的能力；3．通过体验性活动提高学生实践的意识。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，建立科学的宇宙观和价值观；2．激发学生热爱科学、探索真理的求知热情；3．培养学生交流合作以及评价探究结果的素养。【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．开普勒行星运动规律的应用。【教学方法】1．“日心说”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】多媒体课件、挂图、细绳、白纸教学步骤教师活动学生交流活动点评导人新课：（展示幻灯片）引导学生交流斟酌短文中的字词，并发表自己的看法。“在浩瀚的夜空中，点点繁星就像一颗颗晶莹剔透的宝石镶嵌在广袤的苍穹之上……”一名中学生关于夜空的描回答1：“点点”并非实指天体大小，而是因为它们距离我们非常遥远。回答2：“镶嵌”是形象生动的描述，此处是否恰当？通过欣赏短文激发学生深层次的思考和探究的热情与积极性。述。我们与无数生灵生活在地球上，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了无限的遐想之中，这浩瀚无边的宇宙中有着无数的大小不一、形态各异的天体，它们的神秘始终让我们渴望了解，并不断地去探索。而伟大的天文学家、物理学家已为我们的探索开了头，让我们对宇宙来一个初步的了解。首先，我们来了解行星的运动情况。板书：行星的运动。一、“地心说”和“日心说”的发展过程在古代，人类最初通过直接的感性认识，建立了“地心说”的观点，认为地球是静止不动的，而太阳和月亮绕地球而转动。因为“地心说”比较符合人们的日常经验，太阳总是从东边升起，从西边落下，好像太阳绕地球转动。正好，“地心说”的观点也符合宗教神学关于地球是宇宙中心的说法，所以“地心说”统治了人们很长时间。但是随着人们对天体运动的不断研究，发现“地心说”所描述的天体的运动不仅复杂而且问题很多。如果把地球从天体运动的中心位置移到一个普通的、绕太阳运动的行星的位置，换一个角度来考虑天体的运动，许多问题都可以解决，行星运动的描述也变得简单了。让学生充分体会人类在对行星运动规律的认识过程中充满着曲折和艰辛。随着世界航海事业的发展，人们希望借助星星的位置为船队导航，因而对行星的运动观测越来越精确。再加上第谷等科学家经过长期观测及记录的大量的观测数据，用托勒密的“地心说”模型很难得出完美的解答。当时，哥伦布和麦哲伦的探险航行已经使不少人相信地球并不是一个平台，而是一个球体，哥白尼就开始推测是不是地球每天围绕自己的轴线旋转一周呢？他假设地球并不是宇宙的中心，它与其他行星都是围绕着太阳做匀速圆周运动。这就是“日心说？的模型。用“日心说”能较好地和观测的数据相符合，但它的思想几乎在一个世纪中被忽略，很晚才被人们接受。原因有：(1)“日心说”只是一个假设。利用这个“假设”，行星运动的计算比“地心说”容易得多。但著作中有很不精确的数据。根据这些数据得出的结果不能很好地跟行星位置的观测结果相符合。(2)当时的欧洲的统治者还是教会，把哥白尼的学说称为“异端学说”，因为它不符合教会的利益。致使这个正确的观点被推迟一个世纪才被人们所接受。德国的物理学家开普勒继承和总结了他的导师第谷的全部观测资料及观测数据，也是以行星绕太阳做匀速圆周运动的模型来思考和计算的，但结果总是与第谷的观测数据有8的角度误差，当时公认的第谷的观测误差不超过2。开普勒想，很可能不是匀速圆周运动。在这个大胆思路下，开普勒又经过四年多的刻苦计算，先后否定了19种设想，最后终于计算出行星是绕太阳运动的，证明了哥白尼的“日心说”是正确的。科学家的伟大既在于严谨的科学态度与科学精神，也需要极大的推翻权威的勇气。同学们，通过对人类对行星运动的认识过程。你有什么感想？引导学生在课后阅读{科学足迹）虽然哥白尼等人否定了地心说，但仍然认为其他行星围绕太阳做圆周运动。这个观点是错误的，开普勒在第谷对780颗左右恒星观察并有准确记录的基础上，提出了椭圆轨道定律、面积定律和周期定律。学生踊跃发表自己的感想：前人的这种对问题的一丝不苟、孜孜以求的精神值得大家学习。我们对待学习更应该是脚踏实地，认认真真，不放过一点疑问，要有热爱科学、探索真理的热情及坚强的品质，来实现我们的人生价值。引出新课二、开普勒定律(1)出示行星运动的挂图(2)放有关行星运动的视频开普勒第一定律（椭圆轨道定律）：所有的行星分别在大小不同的椭圆轨道上围绕太阳运动，太阳是在这些椭圆的一个焦点上。(3)体验活动：椭圆的制作引发学生思考：椭圆有什么特点？椭圆中最长的线段（长轴）如何确定？如果太阳位于椭圆的左焦点，请同学们在自己画出的椭圆中标出近日点和远日点位置？并思考近日距离和远日距离的关系。开普勒第二定律（面积定律）：太阳和行星的联线在相等的时间内所扫过的面积相等。若行星从A到B的时间和从C到D的时间相等，则图中的面积S1=S2学生可低声交流：学生分组合作实验：以细绳的两端点为椭圆的两个焦点，用铅笔紧贴着细绳滑动，在纸上画出轨迹。学生交流讨论：近日距离与远日距离之和等于长轴的长度。边看边介绍，让学生对行星运动有一个简单的感性认识。录像的效果很好，很直观，让同学能看到三维的立体画面，让同学们的感性认识又提高一步。引发学生思考：根据该定律，当行星靠近太阳时，运行的速度如何？当行星远离太阳时，运行的速度又如何？开普勒第三定律（周期定律）：所有行星的椭圆轨道的半长轴的三次方与公转周期的二次方的比值都相等。若用R表示半长轴，用T表示周期，则有：（K与运动的行星无关）强调表达式中各物理量的含义引发学生思考：现在我们已发现了太阳周围有几颗大行星吗？分别是什么？评价：（回答的很好），那同学们知道哪颗行星离太阳最近？再问：水星绕太阳运转的周期会和地球一样吗？学生交流讨论：由几何关系可知：当行星在近日点时，距离小，则走过的弧长大，所以行星运动快；当行星在远日点时，距离大，则相同时间内走过的弧长短，所以行星运动的慢。学生回答：木、水金、火、土、地球、天王星、海王星。学生回答：水星学生积极交流讨论：利用开普勒第三定律可知：绕同一恒星运转的不同行星，K是一个常量。所对学生的回答要给予充分的肯定和鼓励，让他们获得成功的喜悦注意学科间知识的渗透和联系评价：（回答的非常精彩）不过这是理论上的证明，有什么方法来验证吗？（播放视频：行星的运动）引导学生结合教材版图了解多数大行星轨道的近圆特点，并让学生自学天体运动的近似处理方法。开普勒三定律的意义开普勒关于行星运动的确切描述不仅使人们在解决行星的运动学问题上有了依据，更澄清了人们多年来对天体运动神秘、模糊的认识，同时也推动了对天体动力学问题的研究。以水星离太阳最近，绕太阳运转的周期也最短。学生积极交流讨论：可以通过查找数据资料来估算水星和地球的K值是否相同，从而得出结论。充分发挥学生的主观能动性，培养良好的自学习惯【巩固练习】用投影仪出示练习题(1)行星绕恒星的运动轨道如果是圆形，那么它轨道半径R的三次方与运行周期T的平方比为常数K，则常数K的大小A．只与恒星的质量有关B．与恒星的质量及行星的质量有关C．只与行星的质量有关D．与恒星的质量及行星的速度有关(2)木星绕太阳转动的周期为地球绕太阳的转动的周期的12倍，则木星绕太阳运行的轨道半长轴约为地球绕太阳运行轨道半长轴的________倍。(3)天文观测发现某小行星绕太阳的周期是27地球年，它离太阳的最小距离是地球轨道半径的2倍，求该小行星离太阳的最远距离是地球轨道半径的几倍？参考答案：（略）【小结】通过本节课的学习，我们了解和知道了：1．“地心说”和“日心说”两种不同的观点及发展过程。2．行星运动的轨迹及物理量之间的定量关系举R3/T2=K(K是与行星无关的量)。3．大行星绕太阳的运动可近似看做匀速圆周运动。【作业】1．阅读有关对行星运动的认识的发展史。2．思考题：把月球及绕地球的同步卫星看做绕地球做匀速圆周运动，试计算一下月球与同步卫星到地面中心的距离比。