高中物理人教版第六章万有引力与航天行星的运动 说课一等奖

行星的运动教案设计思想本节内容安排在学习曲线运动之后，得出万有引力定律之前，其目的是为了还原万有引力定律建立的历史，通过对行星运动规律的认识，对学生进行科学思维能力的培养，通过对托勒密、哥白尼、第谷、开普勒等科学家关于行星运动规律研究的介绍，使学生领略科学家的探索精神和对科学研究一丝不苟的态度，对学生进行科学精神和人文精神的教育。因此，本节课的知识内容虽说少，但是科学史料多，是对学生进行科学精神、科学方法和人文精神教育的很好的素材。教学设计上，应该立足于对学生进行科学精神、人文精神和科学思想方法的教育。学生在初中地理课的学习中已经有了关于行星运动的基本认识，在初中历史课的学习中已经初步了解了地心说与日心说，但是他们所知都是零散的，不准确的，因此对于教师来说不能将地心说与日心说之争一带而过，而应指出或让学生得出两种学说的成功与不足之处，这样才能让学生在思辩的过程中提高其理解能力和推理能力。天体的运动，学生没有条件进行观察，也无法利用实验验证，因此，本节内容以启发式讲授为主，辅以信息技术的整合。教学目标知识与技能：1．了解人类对行星运动规律的认识历程。2．了解观察的方法在认识行星运动规律中的作用。3．知道开普勒对行星运动的描述——开普勒三定律，知道其科学价值。4．通过对行星运动规律的认识过程，培养学生的理解能力和推理能力。过程与方法：1．通过作椭圆图，使学生认识椭圆的基本特征，为理解开普勒第一定律作准备。2．通过有关地心说和日心说天体运动动画模拟，使天体运动模型在学生头脑中直观化，体会建立物理模型研究天体运动规律的科学方法（例如，在有限观测的基础上，建立完整的天体运动模型），以及科学发现的一种分析方法。3．引导学生将椭圆运动近似看作圆周运动，使学生领悟物理学合理近似，建立简化模型的科学方法。情感态度与价值观：通过对托勒密、哥白尼、第谷、开普勒等科学家关于行星运动规律研究的介绍，使学生体会科学家们实事求是、尊重客观事实、不迷信权威、敢于坚持真理和勇于探索的科学态度和科学精神，体会对描述自然追求简单和谐是科学研究的动力之一。教学重点知道开普勒行星运动定律；体会物理模型方法及科学规律发现、发展的科学方法。教学难点对开普勒行星运动定律的理解和应用教学资源多媒体、细绳（学生用来画椭圆）教法设计启发式讲授教学过程教师活动学生活动设计意图引入新课：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。宇宙是怎么来的？我们居住的地球又是什么样的？在我国的殷代，人们就已经利用长期对天体运动观测的数据制定了历法，指导农牧业生产，而航海的需要也促使人们对天体的运动进行观察。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。关于行星的运动，同学们能否根据自己已有的知识，说一说有哪些代表人物和代表性的观点？引导学生进行总结，对于代表人物和观点按照时间顺序进行排序。一、地心说和日心说地心说古希腊的天文学家和哲学家发现太阳从东边升起，从西边落下。他们就认为地球是不动的，是宇宙的中心，一切天体——太阳、月亮、行星围绕着地球在天空做简单的完美的圆周运动。地心说的代表人物是亚里士多德。教师引导：更加仔细的观察结果表明，行星并非总向一个方向移动，具有逆行现象。当理论与事实不符合时，需要对已有理论进行修正和补充。公元二世纪，天文学家托勒密，把当时天文学知识总结成宇宙的地心体系，发展完善了“地心说”，描绘了一个复杂的天体运动图象。多媒体演示：托勒密的天体运动模型教师讲解：地心说符合当时的观测结果，在航海上具有一定价值。地心说符合教会的观念，被教会引入教义，成为天经地义、不容置疑的真理。地心说一直持续了一千多年。同学们观看多媒体演示后，有什么感觉？随着天文观测不断进步，“地心说”暴露出许多问题，不得不修改其模型，这使得地心说模型变得非常复杂——曾经多达80个本轮，人们自然怀疑是否正确了。科学此时走到了“十字路口”，是继续修改原来的理论模型，还是舍弃，推翻旧模型，建立新理论？日心说——哥白尼哥白尼主张：宇宙规律应是简明和谐的，地心说理论的天空图像太乱，毫无统一性和规律性。哥白尼查阅了古希腊和古罗马的许多文献，经过近四十年的观测和计算，于1543年在《天体运行论》里正式提出“日心说”。认为，太阳不动，处于宇宙的中心，地球和其它行星绕太阳在圆形轨道上公转。多媒体演示：行星绕太阳公转教师讲述：“哥白尼的眼光超越了地球……使人类来到了牛顿物理学的门前”“日心说”对天体的描述大为简化，同时打破了过去认为其它天体和地球截然有别的界限，是一项真正的科学革命。日心说和宗教的主张是相反的，为宣传和捍卫这个学说，意大利学者布鲁诺被宗教裁判活活烧死，伽利略也受到残酷的迫害。二、开普勒行星运动规律十七世纪，德国开普勒在“日心说”的基础上，研究行星运动规律。开普勒的兴趣和注意力更多地放在改进和完善哥白尼的日心说。教师提问：研究运动规律，咱们一般关心什么问题？教师引导：开普勒整理了他的老师，丹麦人第谷20多年观测行星运动的数据，在探讨行星轨道性质问题时，弟谷的观测数据与哥白尼体系和日心说不符合。开普勒对第谷数据的精确性深信不疑，他开始怀疑天体的运动轨迹并非是完美的圆，经过多年尝试性的计算，终于发现并先后发表了行星运动的三个定律。1．开普勒第一定律（椭圆轨道定律）：所有行星分别在大小不同的椭圆轨道上围绕太阳运动,太阳在这些椭圆的一个焦点上组织学生利用细绳和图钉画椭圆，并且让学生总结椭圆的特点：到两个定点之间的距离之和等于定长。教师讲解焦点和半长轴、半短轴的概念。同时指导学生认识到开普勒第一定律说明的是行星的轨道特征。2．开普勒第二定律（面积定律）：对任意行星来说，它与太阳的连线（称为径矢）在相同的时间内扫过相同的面积。教师提问：行星在近日点和远日点的速度一样吗？在那里更快一些？教师引导：开普勒第二定律其实蕴含着行星与太阳之间的相互作用力沿着它们的连线上。教师引导：研究行星的周期，必然发现不同轨道上，行星的周期不同，那么周期与轨道有关参量之间有什么共同的规律吗？希望找到适宜于所有行星的总体模式，把各个行星联系在一起。开普勒经过九年计算终于得出了第三定律。3．第三定律：行星绕太阳运动轨道半长轴a的立方与运动周期的平方成正比。强调：k对于所有行星都相同，并且开普勒第三定律蕴含着行星运动的动力学关系。教师引导：在高中阶段，我们研究天体的运动，对于椭圆运动不好处理，那怎么办呢？实际上行星的椭圆轨道十分接近圆轨道，因此可以将行星的轨道作为圆来处理。既然已经将行星的运动作为圆运动来处理，那么行星运动的三定律可以如何表述？1．大多数行星绕太阳的轨道十分接近圆，太阳处在圆心；2．对某一行星来说，它绕太阳做圆周运动的角速度（或线速度）不变，即行星做匀速圆周运动；3所有行星轨道半径的力方与它的公转周期的平方的比值都是相同的。若将行星的轨道运动近似看成圆，则有教师引导：三个定律的关系是一个整体，对行星运动规律的描述有一个从定性到定量的过程，但三个规律各自独立，并不重复。［例］已知木星绕太阳公转的周期是地球绕太阳公转周期的12倍。则木星绕太阳公转轨道的半长轴为地球公转轨道半长轴的倍。思维入门指导：木星和地球均为绕太阳运行的行星，可利用开普勒第三定律直接求解。本题考查开普勒第三定律的应用。解：由开普勒第三定律可知：对地球：对木星所以教师请学生谈谈通过本节课的学习知道了什么，有什么感想？教师引入下节课的问题留给学生思考：行星为什么会绕太阳运转呢？神秘的力量从哪里来？学生发表看法，教师进行引导，说明早期的宇宙观利用已有知识，发表见解观看多媒体演示学生交流观后感讨论，得出结论：建立新模型在聆听当中了解观察在认识行星运动规律中的作用观看多媒体演示回答：运动轨迹、运动速度、周期以及相关决定因素利用工具作图，讨论交流得出椭圆的特点思考，得出行星速度关系讨论，得出结果：应该找出一个模式思考，交流，表述学生交流，得出结论：应该将问题简化学生根据行星运动的三个定律，得出新的表述学生练习，得出结果学生交流引入新课让学生了解我国在天文观测方面的历史，增强学生的民族自豪感让学生体会科学研究的基本方法：事实——理论——修正——新的事实——新的理论进一步体会科学研究的基本方法体会对描述自然追求简单和谐是科学研究的动力之一让学生体会科学家们实事求是、尊重客观事实、不迷信权威、敢于坚持真理和勇于探索的科学态度和科学精神让学生更好地理解开普勒第一定律为万有引力的教学做准备使学生领悟物理学合理近似，建立简化模型的科学