2010年高中物理第一节《行星的运动》教案人教版必修2

第一节第一节 行星的运动行星的运动 一 教学目标一 教学目标 知识与技能 知识与技能 1 知道日心说和地心说的基本内容 2 大致了解开普勒行星运动定律的发现历程及其对经典力学 运动观 宇宙观 发展的意 义 3 初步理解开普勒行星运动定律的物理意义及其在中学阶段的研究中近似处理 过程与方法 过程与方法 1 通过开普勒行星运动定律发现历程的学习过程 认识物理模型和数学工具在物理学发展 过程中的作用 2 通过科学家们对行星运动的不同认识 了解人类认识事物本质的曲折性并加深对行星运 动的理解 情感态度与价值观 情感态度与价值观 1 知道科学家们凭着严谨的科学态度和极大的勇气 终于认识了行星的运动规律 2 领略天体运动的奇妙与和谐 发展对科学的好奇心与求知欲 了解探索自然规律的 艰辛与喜悦 培育敢于坚持真理 勇于创新和实事求是的科学态度和科学精神 3 感悟科学是人类进步不竭的动力 提高自身科学素养 二 教学内容剖析二 教学内容剖析 本节课的地位和作用 本节课的地位和作用 本节教学既是前面 运动的描述 和 曲线运动 内容的进一步的延伸和拓展 又是为了 学习万有引力定律和后续原子结构模型做铺垫 在物理 1 的第一章 运动的描述 部分 学生已学习了参考系 运动轨迹 运动快慢描述的相关知识 物理 2 的第六章 曲线运动 部分 已学习了圆周运动快慢描述的相关知识 这些都是学习行星运动的描述的知识准备 同时该节内容也涉及大量物理史实 贴近学生生活和联系社会实际的事实 可进一步培育 学生的科学情感 精神和发展观 本节课教学重点 本节课教学重点 1 建构太阳 行星模型 2 开普勒行星运动三定律 本节课教学难点 本节课教学难点 1 椭圆的认识 2 建构太阳 行星模型 三 教学思路与方法三 教学思路与方法 为了整合知识与技能 过程与方法 情感态度与价值观三个维度的上述具体目标 结合学 生和课程实际 在构思教学活动和学生活动的安排时 以解决如何描述行星运动的系列问 题为线索 建构太阳 行星模型为目标 为解决每个问题创设情境 明确任务 在组织交流 和评价的过程中促进意义建构 分享体会 教学中围绕太阳 行星模型的参考系 轨迹 运 动快慢 和谐统一性展开教学 指导阅读 比较历史上关于宇宙中心 行星运动轨迹的观 点和思想 引导学生把物理事实作为证据的观念 根据证据 逻辑和已有知识作出科学解 释 四 教学准备四 教学准备 1 中国及世界太空第一人 图片 文本 2 宇宙中的太阳系 图片 3 行星相对不同参考系运动的模拟 课件 动画 4 图钉 细线 小黑板 5 多媒体教学设备 五 课堂教学设计五 课堂教学设计 教学教学 环节环节 教学内容教学内容师生互动师生互动 设计意设计意 图图 备注备注 引入新 课 在上课开始前就用多媒体 在投影屏幕上呈现这一章 的标题 杨利伟在太空舱 中展示中国国旗和联合国 旗图片及其文字说明 上 课以教师的演讲开始 强 调产生和实现飞天梦想的 时间 师 师 呈现图片和文本 课题 万 有引力与航天 中国太空第一人 生 生 观察 议论 师 师 早在远古时代 人们在观察日 月的升落 星辰的移动时 就对天 体模型作了各种想象 萌发了飞天 的梦想 中华民族是最早产生飞天 梦想的伟大民族 从 嫦娥奔月 的动人传说到敦煌飞天的美丽壁画 从明代的万户飞天到如今的 神舟 号飞船 2003 年 10 月 15 日 中国 人终于实现了飞天梦想 生 生 听讲 思考 师 师 载人航天已载入史册 梦想变 现实 凝聚着人类科技探索的艰辛 这一章我们将学习对人类智慧影响 至为深远 在天体运动中起着决定 性作用的万有引力定律 并了解它 的发现历程和在人类探索太空中的 作用 今天我们开始学习如何描述 行星的运动 导入新 课 呈 现学习 课题和 明确学 习任务 匀速圆 周运动 的描述 要描述物体的运动首 先要选取参考系 其次要 把把研究对象抽象为质点 其三要明确物体的位置 其四要描述物体的运动快 慢 其五如果物体的速度 在变化就还要描述速度的 变化快慢 描述匀速圆周 运动的快慢有 5 个物理量 线速度 角速度 周期 频率和转速 师 师 提问 请同学们回忆前面在 运动的描述 的学习中 我们是 如何描述物体的运动的 在 曲线 运动 的学习中 又是如何描述圆 周运动的运动快慢的 生 生 思考 回答 交流 首先要选 取参考系 其次要把把研究对象抽 象为质点 其三要明确物体的位置 运动轨迹 其四要描述物体的运 动快慢 速度 其五如果物体的速 度在变化就还要描述速度的变化快 慢 加速度 师 师 提示 补充 板书 整理 描 述匀速圆周运动的快慢有 5 个物理 量 线速度 角速度 周期 频率 和转速 认识太 阳系 太阳系由九大行星和 九大行星控制下的 42 颗卫 星 数千个小行星 众多 的慧星和数不清的流星 固态粒子 气态分子以及 很多的人造天体而构成的 天体系统 太阳系中天体 的运动具有许多共同特点 轨道共面性 轨道共圆性 自转 公转同向性等 师 师 提问 另外 在地理课上 我们已初步了解了宇宙中的不同级 别的天体系统 宇宙中的有哪些不 同级别的天体系统 生 生 回答 地月系 太阳系 银河 系 河外星系 总星系 师 师 提问 太阳系的中心是什 么 太阳是宇宙的中心吗 那么 研究行星的运动应该以什么为参考 系呢 生 生 回答 太阳 不是 太阳 师 师 质疑 指导 哥白尼的日心说 是完美无暇的吗 那么行星的运动 轨迹是什么 请同学们阅读教科书 第 64 页 科学足迹栏目的人类对行 星运动规律的认识前两个小标题的 内容 生 生 阅读教科书第 64 页科学足迹栏 目的人类对行星运动规律的认识前 两个小标题的内容 师 师 提问 对于天体运动的描 述 托勒密以地球为参考系 哥白 尼以太阳为参考系 从参考系的选 择来说 是否都可以 哥白尼的太 阳系模型的优越性在哪里 最有力 的证据是什么 生 生 回答 交流 都可以 简洁地 解释了金星的逆行 伽利略发明望 远镜并发现到绕木星转动的 月球 树 立把物 理事实 作为证 据的观 念 比 较不同 的观点 形成根 据证据 逻辑和 已有知 识进行 科学解 释的思 维方法 开普勒 三定律 认识椭圆与圆的区别 焦点 长轴 半长轴 短 轴 半短轴 第一定律 第二定律 第三定律的解 释 由于太阳系中天体的运动 具有轨道轨道共圆性和中 学阶段的数学水平的限制 我们可以把行星围绕太阳 运动的轨道是椭圆近似为 圆 这样得到 中学阶段 师 师 提问 第一定律 第二定律 第三定律各有什么物理意义 那么 k与轨道上的行星有关吗 由轨道 上行星决定 还是由中心的太阳决 定 生 生 指出了行星运动的参考系和运 动轨迹 描述了每一个行星在自己 的椭圆轨道上不同位置的运动的快 慢 揭示了宇宙的和谐 虽然不同 行星的轨道不同 半长轴不同 周 期不同 但半长轴的三次方跟公转 提问诱 导式教 学 使 学生的 自我总 结能力 得到提 高 天体运动的近似模型 中心天体 圆轨道上物体 模型 周期的二次方的比值都相等 k与 轨道上的行星无关 由中心的太阳 决定 师 师 由研究描述行星的运动而得到 的开普勒行星运动定律 只能描述 太阳系的行星运动吗 能否用于地 月系 k是否还不变 k是由轨道 上月亮决定 还是由中心的地球决 定 生 生 开普勒行星运动定律 不仅能 面熟太阳系的行星运动 也适用于 地月系 只是k值发生了变化 k值由中心天体决定的 小结 本节课 我们应该清醒地 知道研究行星的运动最好 以太阳为参考系 研究月 亮的运动最好以地球为参 考系 天体的运动轨迹一 般是椭圆 在中学阶段可 以近似认为是圆周运动 那么 开普勒定律可以表 达为第一定律 轨道上天 体围绕中心物体运动的轨 道近似都是圆 中心物体 处于圆心 第二定律 对 于每一个轨道上天体而言 它绕中心物体做圆周运动 的角速度 或线速度大小 不变 即做匀速圆周运动 第三定律 轨道上天体的 轨道半径的三次方跟公转 周期的二次方的比值都相 等 k T R 2 3 k是由中 心天体决定 中心天体不 同 则k值不同 教师引导 学生总结 六 视野拓展六 视野拓展 张衡关于行星运动规律的认识是十分卓越的 灵宪 里说 凡文耀丽乎天 其动者 七 日月五星是也 周旋右回 天道者贵顺也 近天则迟 远天则速 行则屈 屈则留回 留回则逆 逆则迟 迫于天也 从这一段话里可以清楚地看出 张衡认为 各行星视运 动的快慢所以不同 是有规律可找的 这个规律是视运动的快慢决定于该天体离开地球的 远近 反过来说 也即离开天的远近 近天则迟 远天则速 当时 日月五星的恒星周 期已经掌握得相当精密了 因此 张衡已能很清楚地知道七曜至地球的距离是各不相同的 按顺序排列应为月 水 金 日 火 木 土 月亮为 天多运行一周 水星近 天 太阳需要一年 而运动最慢的土星则需要 年 因此 张衡在他 浑天仪图注 里曾经 写着 周天三百六十五度又四分度之一 又中分之 则一百八十二度八分之五覆地上 一百八十二度八分之五绕地下 故二十八宿半见半隐 其两端谓之南北极 北极乃天之中 也 这里张衡所说的 周天三百六十五度又四分度之一 和现今天文学所测量的地球绕太 阳一周所需时间为 天 即 天 小时 分 秒 两个数字 是接近的 近代天文学证明 实际上并不是整个星空由东向西转 而是地球由西向东转 但古人 由于不知地球自身的旋转 反而产生了天球旋转的观念 天球旋转是一种表象 所以张衡 有半个周天绕地下 半个周天覆地上 以及 宿半见半隐等说法 根据 近天则迟 远天则速 这一认识 张衡还特地根据距离地球的远近 将七曜分为两类 运动得快的称 为 附于月 属于阴性 离地近 我们可称之为月类行星 运动得慢的称为 附于日 属于阳性 离地远 我们可称之为日类行星 所以 灵宪 说 行迟者觌于东 觌于东 者属阳 行速者觌于西 觌于西者属阴 日与月共配合也 摄提 荧惑 地候晨见 附于 日也 太白 辰星昏见 附于月也 二阴三阳 参天两地 故男女取则焉 我国古代又将 水 金 火 木 土称为辰星 太白 荧惑 摄提 填星 战国秦汉时也有称土星为地候 的 例如石氏和 史记 都是如此 张衡也这样称呼 参者三也 二阴三阳 参天两地 意思是二颗属阴的行星靠近地 三颗属阳的行星靠近天 张衡在 灵宪 中说 日月和五星在众恒星间移动 通常都是顺行的 它们按照 近 天则迟 远天则速 的规律运动 按正常情况运行了一段时间之后 速度就慢下来 以至 于停留不动 最后变成逆行 然后再回到顺行的正常情况 关于行星的顺行 停留和逆行 问题 完全是因为行星和地球都绕日公转使得行星在恒星间的视运动有时顺行 有时停留 有时逆行 如果日月五星都绕地球转动 则就没有停留和逆行的现象产生 古人以为众星 都绕地球运行 所以行星的停留和逆行现象就无法得到科学的解释 托勒密的运动系统用 本轮均轮来解释 也只是一种虚构而已 张衡则从行星离地的距离变化来尝试着解释这一 现象 他认为 周旋右回 天道者贵顺也 近天则迟 远天则速 这是讲在一般情况下行 星是顺行 近天时则速度慢 远天时则速度快 但是顺行一段时间之后要发生变化 行 则屈 屈则留回 留回则逆 即要运动变慢 然后停留不动 以至往回走 变成逆行 逆则迟 迫于天也 即逆行就要慢 而这是由于接近天的缘故 张衡所说的 近天则 迟 远天则速 包括了两层意思 对同一颗行星来说 离地球近时就运行得快 离地球远 时就运行得慢 对不同行星来说 离地球近的运行得快 离地球远的运行得慢 张衡又 认为 各行星的运动 通常都是按照一定的轨道 一定的速度进行的 所以它们各自的运 动方位 都能预先推算出来 虽然有时会有一些快慢的变化 但总是超不过一个星次 所以 灵宪 说 方星巡镇 必因常度 荀或盈缩 不逾于次 由于各行 星本身的运动速度也是不等的 按匀速视运动来推算 自然就会发生误差 从以上论述可以看出张衡对天体及其运动主要有如下几点认识 地为宇宙的中心 天体绕着地作周日旋转 地的最外层包着天球 不动的恒星就附着在天球上 日月五 星在地与天球之间运动 七曜的视运动速度决定于离开地的距离 近则速 远则慢 七曜可以分为运动速度快的和