教学设计《行星的运动》

1、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

2、“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

3、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

4、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

5、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

6、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。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。动的描述也变得简单了。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

7、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

8、，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？学生踊跃发表自己的感想：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

9、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。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。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。学生可低声交流：（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

10、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。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引发学生思考：根据该定律，当行星靠近太阳时， 运行的速

11、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。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。对学生的回答给予充分的肯 定和鼓励， 让他们获 得成功的喜悦若用 R 表示半长轴， 用 T 表示周期，则有：学生回答：木、水金、 火、土、地球、天王星、海 王星。学生回答：水星注意学科间知识的渗透和联系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

12、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学生积极交流讨论：利用开普勒第三定律地球一样吗？评价：(回答的非常精彩)不过这可知：绕同一恒星运转的不 同行星， K 是一个常量。所 以水星离太阳最近， 绕太阳 运转的周期也最短。是理论上的证明，有什么方法来验证学生积极交流讨论： 可充分发挥学生吗？以通过查找数据资料来估的主观能动性， 培养算水星和地球的 K值是否相良好的自学习惯(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

13、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。同，从而得出结论。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