《行星的運動》教學設(shè)計

1、?行星的運動?教學設(shè)計【設(shè)計思想】 本節(jié)課內(nèi)容是該章第一單元的開篇。這一單元教材在安排上按照科學探究的思路展開 ,重在介紹萬有引力定律建立的過程 ,這是一次生動的科學思維和科學方法的教育。從古代樸素的唯物主義思想 ,到天文學家對行星運動大量的觀察資料;從研究行星運動規(guī)律 ,到猜測行星運動的原因;最終得到萬有引力定律 ,無處不在表達著科學探索的精神與方法。這節(jié)內(nèi)容在第一單元教學中起到開門磚的作用。對學生來說本節(jié)內(nèi)容是抽象的、陌生的 ,甚至無法去感知。對天體的運動充滿好奇又覺得非常神秘而不易理解。所以我們必須去引導學生了解人們對星體運動認識的開展過程 ,從“日心說和“地心說的內(nèi)容到其兩者之間的爭論

2、 ,從第谷的精心觀測到開普勒的數(shù)學運算 ,在學生整體感知的過程中引導學生體會這些大師們的思路、方法及他們的一絲不茍的科學精神 ,并激發(fā)他們熱愛科學、探索真理的求知熱情。 本節(jié)內(nèi)容包括“地心說“日心說的內(nèi)容、開普勒定律的內(nèi)容和天體運動的近似處理等知識點。 【教學目標】 一、知識目標 1.了解“地心說和“日心說兩種不同的觀點及開展過程; 2.知道開普勒對行星運動的描述; 3.知道天體運動的近似處理方法。 二、能力目標 1.培養(yǎng)學生在客觀事物的根底上通過分析、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; 2.通過學習 ,培養(yǎng)學生善于觀察、善于思考和提高實際應用的能力; 3.通過體

3、驗性活動提高學生實踐的意識。 三、德育目標 1.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 ,建立科學的宇宙觀和價值觀; 2.激發(fā)學生熱愛科學、探索真理的求知熱情; 3.培養(yǎng)學生交流合作以及評價探究結(jié)果的素養(yǎng)。 【教學重點】 1.“日心說的建立過程。 2.行星運動的規(guī)律。 【教學難點】 1.學生對天體運動缺乏感性認識。 2.開普勒行星運動規(guī)律的應用。 【教學方法】 1.“日心說建立的教學采用比照、反證及講授法。 2.行星運動規(guī)律的建立采用掛圖、放錄像資料或用CAI課件模擬行星的運動情況。 【教學用具】 多媒體課件、掛圖、細繩、白紙教學步驟 教師活動 學生交流活動 點 評 導人

4、新課： 展示幻燈片引導學生交流斟酌短文中的字詞 ,并發(fā)表自己的看法?！霸诤棋囊箍罩?,點點繁星就像一顆顆晶瑩剔透的寶石鑲嵌在廣袤的蒼穹之上 一名中學生關(guān)于夜空的描述。 我們與無數(shù)生靈生活在地球上 ,白天我們沐浴著太陽的光芒。夜晚 ,仰望蒼穹 ,繁星閃爍 ,美麗的月亮把我們帶入了無限的遐想之中 ,這浩瀚無邊的宇宙中有著無數(shù)的大小不一、形態(tài)各異的天體 ,它們的神秘始終讓我們渴望了解 ,并不斷地去探索。而偉大的天文學家、物理學家已為我們的探索開了頭 ,讓我們對宇宙來一個初步的了解。首先 ,我們來了解行星的運動情況。 板書：行星的運動。 一、“地心說和“日心說的開展過程 在古代 ,人類最初通過直接的

5、感性認識 ,建立了“地心說的觀點 ,認為地球是靜止不動的 ,而太陽和月亮繞地球而轉(zhuǎn)動。因為“地心說比擬符合人們的日常經(jīng)驗 ,太陽總是從東邊升起 ,從西邊落下 ,好似太陽繞地球轉(zhuǎn)動。正好 ,“地心說的觀點也符合宗教神學關(guān)于地球是宇宙中心的說法 ,所以“地心說統(tǒng)治了人們很長時間。但是隨著人們對天體運動的不斷研究 ,發(fā)現(xiàn)“地心說所描述的天體的運動不僅復雜而且問題很多。如果把地球從天體運動的中心位置移到一個普通的、繞太陽運動的行星的位置 ,換一個角度來考慮天體的運動 ,許多問題都可以解決 ,行星運動的描述也變得簡單了。 答復1：“點點并非實指天體大小 ,而是因為它們距離我們非常遙遠。 答復2：“鑲嵌是

6、形象生動的描述 ,此處是否恰當？ 通過欣賞短文激發(fā)學生深層次的思考和探究的熱情與積極性。 讓學生充分體會人類在對行星運動規(guī)律的認識過程中充滿著曲折和艱辛。 隨著世界航海事業(yè)的開展 ,人們希望借助星星的位置為船隊導航 ,因而對行星的運動觀測越來越精確。再加上第谷等科學家經(jīng)過長期觀測及記錄的大量的觀測數(shù)據(jù) ,用托勒密的“地心說模型很難得出完美的解答。當時 ,哥倫布和麥哲倫的探險航行已經(jīng)使不少人相信地球并不是一個平臺 ,而是一個球體 ,哥白尼就開始推測是不是地球每天圍繞自己的軸線旋轉(zhuǎn)一周呢？他假設(shè)地球并不是宇宙的中心 ,它與其他行星都是圍繞著太陽做勻速圓周運動。這就是“日心說？的模型。用“日心說能較

7、好地和觀測的數(shù)據(jù)相符合 ,但它的思想幾乎在一個世紀中被忽略 ,很晚才被人們接受。原因有：(1)“日心說只是一個假設(shè)。利用這個“假設(shè) ,行星運動的計算比“地心說容易得多。但著作中有很不精確的數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)得出的結(jié)果不能很好地跟行星位置的觀測結(jié)果相符合。(2)當時的歐洲的統(tǒng)治者還是教會 ,把哥白尼的學說稱為“異端學說 ,因為它不符合教會的利益。致使這個正確的觀點被推遲一個世紀才被人們所接受。 德國的物理學家開普勒繼承和總結(jié)了他的導師第谷的全部觀測資料及觀測數(shù)據(jù) ,也是以行星繞太陽做勻速圓周運動的模型來思考和計算的 ,但結(jié)果總是與第谷的觀測數(shù)據(jù)有8 的角度誤差 ,當時公認的第谷的觀測誤差不超過2

8、。開普勒想 ,很可能不是勻速圓周運動。在這個大膽思路下 ,開普勒又經(jīng)過四年多的刻苦計算 ,先后否認了19種設(shè)想 ,最后終于計算出行星是繞太陽運動的 ,證明了哥白尼的“日心說是正確的。 科學家的偉大既在于嚴謹?shù)目茖W態(tài)度與科學精神 ,也需要極大的推翻權(quán)威的勇氣。 同學們 ,通過對人類對行星運動的認識過程。你有什么感想？ 引導學生在課后閱讀科學足跡 雖然哥白尼等人否認了地心說 ,但仍然認為其他行星圍繞太陽做圓周運動。這個觀點是錯誤的 ,開普勒在第谷對780顆左右恒星觀察并有準確記錄的根底上 ,提出了橢圓軌道定律、面積定律和周期定律。 引出新課 二、開普勒定律 (1)出示行星運動的掛圖 (2)放有關(guān)行

9、星運動的視頻 開普勒第一定律橢圓軌道定律：所有的行星分別在大小不同的橢圓軌道上圍繞太陽運動 ,太陽是在這些橢圓的一個焦點上。 (3)體驗活動：橢圓的制作 引發(fā)學生思考： 橢圓有什么特點？ 橢圓中最長的線段長軸如何確定？ 如果太陽位于橢圓的左焦點 ,請同學們在自己畫出的橢圓中標出近日點和遠日點位置？并思考近日距離和遠日距離的關(guān)系。 開普勒第二定律面積定律：太陽和行星的聯(lián)線在相等的時間內(nèi)所掃過的面積相等。假設(shè)行星從A到B的時間和從C到D的時間相等 ,那么圖中的面積S1=S2 學生踴躍發(fā)表自己的感想： 前人的這種對問題的一絲不茍、孜孜以求的精神值得大家學習。我們對待學習更應該是腳踏實地 ,認認真真

10、,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)我們的人生價值。 學生可低聲交流： 學生分組合作實驗：以細繩的兩端點為橢圓的兩個焦點 ,用鉛筆緊貼著細繩滑動 ,在紙上畫出軌跡。 學生交流討論：近日距離與遠日距離之和等于長軸的長度。 邊看邊介紹 ,讓學生對行星運動有一個簡單的感性認識。 錄像的效果很好 ,很直觀 ,讓同學能看到三維的立體畫面 ,讓同學們的感性認識又提高一步。 引發(fā)學生思考： 根據(jù)該定律 ,當行星靠近太陽時 ,運行的速度如何？當行星遠離太陽時 ,運行的速度又如何？ 開普勒第三定律周期定律：所有行星的橢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。 假設(shè)

11、用R表示半長軸 ,用T表示周期 ,那么有：K與運動的行星無關(guān) 強調(diào)表達式中各物理量的含義 引發(fā)學生思考： 現(xiàn)在我們已發(fā)現(xiàn)了太陽周圍有幾顆大行星嗎？分別是什么？ 評價：答復的很好 ,那同學們知道哪顆行星離太陽最近？ 再問：水星繞太陽運轉(zhuǎn)的周期會和地球一樣嗎？ 評價：答復的非常精彩不過這是理論上的證明 ,有什么方法來驗證嗎？ 播放視頻：行星的運動引導學生結(jié)合教材幅員了解多數(shù)大行星軌道的近圓特點 ,并讓學生自學天體運動的近似處理方法。 開普勒三定律的意義 開普勒關(guān)于行星運動確實切描述不僅使人們在解決行星的運動學問題上有了依據(jù) ,更澄清了人們多年來對天體運動神秘、模糊的認識 ,同時也推動了對天體動力學

12、問題的研究。 學生交流討論： 由幾何關(guān)系可知：當行星在近日點時 ,距離小 ,那么走過的弧長大 ,所以行星運動快；當行星在遠日點時 ,距離大 ,那么相同時間內(nèi)走過的弧長短 ,所以行星運動的慢。 學生答復：木、水金、火、土、地球、天王星、海王星。 學生答復：水星 學生積極交流討論： 利用開普勒第三定律可知：繞同一恒星運轉(zhuǎn)的不同行星 ,K是一個常量。所以水星離太陽最近 ,繞太陽運轉(zhuǎn)的周期也最短。 學生積極交流討論：可以通過查找數(shù)據(jù)資料來估算水星和地球的K值是否相同 ,從而得出結(jié)論。 對學生的答復要 給予充分的肯定和鼓勵 ,讓他們獲得成功的喜悅 注意學科間知識的滲透和聯(lián)系 充分發(fā)揮學生的主觀能動性 ,培養(yǎng)良好的自學習慣 【穩(wěn)固練習】 用投影儀出示練習題 (1)行星繞恒星的運動軌道如果是圓形 ,那么它軌道半徑R的三次方與運行周期T的平方比為常數(shù)K ,那么常數(shù)K的大小 A.只與恒星的質(zhì)量有關(guān) B.與恒星的質(zhì)量及行星的質(zhì)量有關(guān) C.只與行星的質(zhì)量有關(guān) D.與恒星的質(zhì)量及行星的速度有關(guān) (2)木星繞太陽轉(zhuǎn)動的周期為地球繞太陽的轉(zhuǎn)動的周期的12倍 ,那么木星繞太陽運行的軌道半長軸約為地球繞太陽運行軌道半長軸的_倍。 (3)天文觀測發(fā)現(xiàn)某小行星繞太陽的周期是27地球年 ,它離太陽的最小距離是地球軌道半徑的2倍 ,求該小行星離太陽的最遠距離是地球軌道半徑的幾倍? 參考答案：(略) 【小結(jié)】 通過本節(jié)課