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教学设计 《行星的运动》


《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

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教师活动 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??” 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。 一名中学生关于夜空的描

学生交流活动 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?

点 评 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。

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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。 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) 学生 踊跃发表自 己的 感想: 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。

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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。 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:

边看边介绍, 让 学生对行星运动有 (3)体验活动:椭圆的制作 引发学生思考: 椭圆有什么特点? 学生分组合作实验: 以 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
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一个简单的感性认 识。

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。 录像的效果很 学生交流讨论: 近日距 离与远日距离之和等于长 轴的长度。 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。

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,

学生交流讨论: 要 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 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

动快;当行星在远日点时, 得成功的喜悦

则有:

(K 与运动的行星无关)

学生回答:木、水金、 火、土、地球、天王星、海 王星。 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?

注意学科间知 识的渗透和联系

学生回答:水星 评价:(回答的很好),那同学们 知道哪颗行星离太阳最近? 学生积极交流讨论:
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再问:水星绕太阳运转的周期会和 地球一样吗?

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 以水星离太阳最近, 绕太阳 运转的周期也最短。

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。 【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?
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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

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。

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