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1、2022年高中物理 《從托勒密到開普勒》教案 滬科版必修2
一、知識(shí)目標(biāo)
1.了解“地心說”和“日心說”兩種不同的觀點(diǎn)及發(fā)展過程.
2.知道開普勒對(duì)行星運(yùn)動(dòng)的描述.
二、教學(xué)重點(diǎn)
1.“日心說”的建立過程.
2.行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律.
三、教學(xué)難點(diǎn)
1.學(xué)生對(duì)天體運(yùn)動(dòng)缺乏感性認(rèn)識(shí).
2.開普勒如何確定行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的.
四、教學(xué)方法
1.“日心說”的建立的教學(xué)——采用對(duì)比、反證及講授法.
2.行星運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)情況.
五、教學(xué)步驟
導(dǎo)入新課
我們與無數(shù)生靈生活在地球上,白天我
2、們沐浴著太陽的光輝.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,這浩瀚無垠的宇宙中有著無數(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(xué)家、物理學(xué)家已為我們的探索開了頭,讓我們對(duì)宇宙來一個(gè)初步的了解.首先,我們來了解行星的運(yùn)動(dòng)情況.
板書:行星的運(yùn)動(dòng).
新課教學(xué)
(一)用投影片出示本節(jié)課的學(xué)習(xí)目標(biāo)
1.了解“地心說”和“日心說”兩種不同的觀點(diǎn)及發(fā)展過程.
2.知道開普勒對(duì)行星運(yùn)動(dòng)的描述.
(二)學(xué)習(xí)目標(biāo)完成過程
1.“地心說”和“日心說”的發(fā)展過程
在浩瀚的宇宙中,存在著無數(shù)大小不一、
3、形態(tài)各異的星球,而這些天體是如何運(yùn)動(dòng)的呢?在古代,人類最初通過直接的感性認(rèn)識(shí),建立了“地心說”的觀點(diǎn),認(rèn)為地球是靜止不動(dòng)的,而太陽和月亮繞地球而轉(zhuǎn)動(dòng).因?yàn)椤暗匦恼f”比較符合人們的日常經(jīng)驗(yàn),太陽總是從東邊升起,從西邊落下,好像太陽繞地球轉(zhuǎn)動(dòng).正好,“地心說”的觀點(diǎn)也符合宗教神學(xué)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(shí)間.但是隨著人們對(duì)天體運(yùn)動(dòng)的不斷研究,發(fā)現(xiàn)“地心說”所描述的天體的運(yùn)動(dòng)不僅復(fù)雜而且問題很多.如果把地球從天體運(yùn)動(dòng)的中心位置移到一個(gè)普通的、繞太陽運(yùn)動(dòng)的行星的位置,換一個(gè)角度來考慮天體的運(yùn)動(dòng),許多問題都可以解決,行星運(yùn)動(dòng)的描述也變得簡單了.
隨著世界航海事業(yè)的發(fā)展
4、,人們希望借助星星的位置為船隊(duì)導(dǎo)航,因而對(duì)行星的運(yùn)動(dòng)觀測(cè)越來越精確.再加上第谷等科學(xué)家經(jīng)過長期觀測(cè)及記錄的大量的觀測(cè)數(shù)據(jù),用托勒密的“地心說”模型很難得出完美的解答.當(dāng)時(shí),哥倫布和麥哲倫的探險(xiǎn)航行已經(jīng)使不少人相信地球并不是一個(gè)平臺(tái),而是一個(gè)球體,哥白尼就開始推測(cè)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(yùn)動(dòng).這就是“日心說”的模型.用“日心說”能較好地和觀測(cè)的數(shù)據(jù)相符合,但它的思想幾乎在一個(gè)世紀(jì)中被忽略,很晚才被人們接受.原因有:(1)“日心說”只是一個(gè)假設(shè).利用這個(gè)“假設(shè)”,行星運(yùn)動(dòng)的計(jì)算比“地心說”容易得多.但著作中有很不精確的
5、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(cè)結(jié)果相符合.(2)當(dāng)時(shí)的歐洲的統(tǒng)治者還是教會(huì),把哥白尼的學(xué)說稱為“異端學(xué)說”,因?yàn)樗环辖虝?huì)的利益.致使這個(gè)正確的觀點(diǎn)被推遲一個(gè)世紀(jì)才被人們所接受.
德國的物理學(xué)家開普勒繼承和總結(jié)了他的導(dǎo)師第谷的全部觀測(cè)資料及觀測(cè)數(shù)據(jù),也是以行星繞太陽做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的模型來思考和計(jì)算的,但結(jié)果總是與第谷的觀測(cè)數(shù)據(jù)有8′的角度誤差.當(dāng)時(shí)公認(rèn)的第谷的觀測(cè)誤差不超過2′.開普勒想,很可能不是勻速圓周運(yùn)動(dòng).在這個(gè)大膽思路下,開普勒又經(jīng)過四年多的刻苦計(jì)算,先后否定了19種設(shè)想,最后終于計(jì)算出行星是繞太陽運(yùn)動(dòng)的,并且運(yùn)動(dòng)軌跡為橢圓,證明了哥白尼的“日心說”是正
6、確的.并總結(jié)為行星運(yùn)動(dòng)三定律.
同學(xué)們,前人的這種對(duì)問題的一絲不茍、孜孜以求的精神值得大家學(xué)習(xí).我們對(duì)待學(xué)習(xí)更應(yīng)該是腳踏實(shí)地,認(rèn)認(rèn)真真,不放過一點(diǎn)疑問,要有熱愛科學(xué)、探索真理的熱情及堅(jiān)強(qiáng)的品質(zhì),來實(shí)現(xiàn)你的人生價(jià)值.
2.開普勒行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律
(1)出示行星運(yùn)動(dòng)的掛圖
邊看邊介紹,讓學(xué)生對(duì)行星運(yùn)動(dòng)有一個(gè)簡單的感性認(rèn)識(shí).
(2)放有關(guān)行星運(yùn)動(dòng)的錄像
錄像的效果很好,很直觀,讓同學(xué)能看到三維的立體畫面,讓同學(xué)們的感性認(rèn)識(shí)又提高一步.
(3)開普勒行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律
開普勒關(guān)于行星運(yùn)動(dòng)的描述可表述為三定律.我們主要介紹開普勒第一定律和第三定律. (4)所有的
7、行星圍繞太陽運(yùn)行的軌道都是橢圓,太陽處在所有橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上.這就是開普勒第一定律.行星運(yùn)動(dòng)的軌道不是正圓,行星與太陽的距離一直在變.有時(shí)遠(yuǎn)離太陽,有時(shí)靠近太陽.它的速度的大小、方向時(shí)刻在改變.示意圖如下:
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板書:開普勒第一定律:所有行星圍繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓,太陽處在所有橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上.
(5)所有行星的軌道半長軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等.這是開普勒第三定律.每個(gè)行星的橢圓軌道只有一個(gè),但是它們運(yùn)動(dòng)的軌道的半長軸的三次方與公轉(zhuǎn)周期的平方的比值是相等的.我們用R表示橢圓的半長軸,T代表公轉(zhuǎn)周期,表達(dá)式可為:
顯
8、然K是一個(gè)與行星本身無關(guān)的量,同學(xué)們想一想,K有可能與什么有關(guān)呢?
同學(xué)們開始討論、猜想.
都圍繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn),只與中心體有關(guān)的一個(gè)值了.
板書: 開普勒第三定律:所有行星的軌道的半長軸的三次方與公轉(zhuǎn)周期的三次方的比值都是相同的.
表達(dá)式: (R表示橢圓的半長軸,T表示公轉(zhuǎn)周期)
(6)同學(xué)們知道現(xiàn)在我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)太陽周圍有幾顆行星了嗎?分別是什么?
學(xué)生回答:金、木、水、火、土、地球、天王星、海王星、冥王星.
評(píng)價(jià):(回答的很好),那同學(xué)們知道哪顆行星離太陽最近?
同學(xué)回答:水星.
老師提問:水星繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)的周期多大?
一般學(xué)生不知道.
9、
老師告訴學(xué)生:水星繞太陽一周需88天.
老師提問:我們生活的地球呢?
同學(xué)們踴躍回答:約365天.
3.補(bǔ)充說明
(1)開普勒第三定律 對(duì)所有行星都適合.
(2)對(duì)于同一顆行星的衛(wèi)星,也符合這個(gè)運(yùn)動(dòng)規(guī)律.
比如繞地球運(yùn)行的月球與人造衛(wèi)星,就符合這一定律 (K′與行星繞太陽的K值不同,中心體變,K值改變)
六、小結(jié)
通過本節(jié)課的學(xué)習(xí),我們了解和知道了:
1.“地心說”和“日心說”兩種不同的觀點(diǎn)及發(fā)展過程.
2.行星運(yùn)動(dòng)的軌跡及物理量之間的定量關(guān)系 (K是與行星無關(guān)的量).
3.行星繞太陽的橢圓的半長軸R3與周期T2的比值為K,還知道對(duì)一個(gè)行星的不同衛(wèi)星,它們也符合這個(gè)運(yùn)行規(guī)律,即 (K與K′是不同的).
七、板書設(shè)計(jì)
行星的運(yùn)動(dòng)
1.“地心說”與“日心說”的發(fā)展過程.
2.