2019-2020年高一物理 第六章 萬有引力定律 一、行星的運動(第一課時) 人教大綱版第一冊.doc

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2019-2020年高一物理 第六章 萬有引力定律 一、行星的運動(第一課時) 人教大綱版第一冊 ●本節(jié)教材分析 本節(jié)內容對學生來說是抽象的、陌生的，甚至無法去感知.對天體的運動充滿好奇，又覺得非常神秘而不易理解.所以我們必須去引導學生了解人們對星體運動認識的發(fā)展過程，從“日心說”和“地心說”的內容到其兩者之間的爭論，從第谷的精心觀測到開普勒的數(shù)學運算，在學生整體感知的過程中引導學生體會這些大師們的思路、方法及他們的一絲不茍的科學精神，并激發(fā)他們熱愛科學、探索真理的求知熱情. 本節(jié)內容包括“地心說”“日心說”的內容及爭論的焦點，開普勒定律的內容等知識點. ●教學目標 一、知識目標 1.了解“地心說”和“日心說”兩種不同的觀點及發(fā)展過程. 2.知道開普勒對行星運動的描述. 二、能力目標 1.培養(yǎng)學生在客觀事物的基礎上通過分析、推理提出科學假設，再經(jīng)過實驗驗證的正確認識事物本質的思維方法. 2.通過學習，培養(yǎng)學生善于觀察、善于思考、善于動手的能力. 三、德育目標 1.通過開普勒行星運動定律的建立過程，滲透科學發(fā)現(xiàn)的方法論教育，建立科學的宇宙觀. 2.激發(fā)學生熱愛科學、探索真理的求知熱情. ●教學重點 1.“日心說”的建立過程. 2.行星運動的規(guī)律. ●教學難點 1.學生對天體運動缺乏感性認識. 2.開普勒是如何確定行星運動規(guī)律的. ●教學方法 1.“日心說”的建立的教學——采用對比、反證及講授法. 2.行星運動規(guī)律的建立——采用掛圖、放錄像資料或用CAI課件模擬行星的運動情況. ●教學用具 掛圖、錄像機、錄像帶、投影儀、投影片. ●課時安排 1課時 ●教學過程 ［投影］本節(jié)課的學習目標 1.了解“地心說”和“日心說”兩種不同的觀點及發(fā)展過程. 2.知道開普勒對行星運動的描述. 學習目標完成過程 一、導入新課 在浩瀚的宇宙中有著無數(shù)大小不一、形態(tài)各異的天體.白天我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無限的遐想中.由這些天體所組成的宇宙始終是人們渴望了解又不斷探索的領域.經(jīng)成百上千年的探索,偉大的科學家們對它已經(jīng)有了一些初步的了解.本節(jié)我們就共同來學習前人所探索到的行星的運動情況. 二、新課教學 (一)古人對天體運動的看法及發(fā)展過程 A.基礎知識 ［投影出示］ 閱讀課文一、二自然段,同時思考下面幾個問題: 1.古代人們對天體運動存在哪些看法? 2.什么是“地心說”,什么是“日心說”? 3.哪種學說占統(tǒng)治地位的時間較長? 4.兩種學說爭論的結果是什么? ［學生活動］閱讀課文,并從課文中找出相應的答案. 1.在古代,人們對于天體的運動存在著地心說和日心說兩種對立的看法. 2.“地心說”認為地球是宇宙的中心,是靜止不動的,太陽\,月亮以及其他行星都繞地球運動;“日心說”認為太陽是宇宙的中心,地球\,月亮以及其他行星都在繞太陽運動. 3.“地心說”占領統(tǒng)治地位的時間較長. 4.“日心說”與“地心說”爭論的結果是“日心說”最終戰(zhàn)勝了“地心說”.真理最終戰(zhàn)勝了謬誤. B.深入探究 ［投影出示］ 請同學們在前面的基礎上討論: 1.“地心說”為什么能占領較長的統(tǒng)治時間? 2.俗話說“眼見為實”,這種說法是否絕對正確?試舉例. 3.“日心說”為什么能戰(zhàn)勝“地心說”?試舉例說明. 4.“日心說”的觀點是否正確? ［學生活動］分組討論,并根據(jù)課本提供的線索得出結論: 1.“地心說”占領統(tǒng)治地位時間較長的原因是由于它比較符合人們的日常經(jīng)驗,如:太陽從東邊升起,從西邊落下;同時它也符合當時在政治上占統(tǒng)治地位的宗教神學觀點. 2.由于“日心說”最終戰(zhàn)勝了“地心說”,雖然“地心說”符合人們的經(jīng)驗,但它還是錯誤的.進而說明“眼見為實”的說法并非絕對正確.例如:我們乘車時觀察到樹木在向后運動,而事實上并沒有動(相對于地面). 3.“日心說”所以能夠戰(zhàn)勝“地心說”是因為好多“地心說”不能解析的現(xiàn)象“日心說”則能說明,也就是說,“日心說”比“地心說”更科學、更接近事實.例如:若地球不動,晝夜交替是太陽繞地球運動形成的.那么,每天的情況就應是相同的,而事實上,每天白天的長短不同,冷暖不同.而“日心說”則能說明這種情況:白晝是地球自轉形成的,而四季是地球繞太陽公轉形成的. 4.從目前科研結果和我們所掌握的知識來看,“日心說”也并不是絕對正確的,因為太陽只是太陽系的一個中心天體,而太陽系只是宇宙中眾多星系之一,所以太陽并不是宇宙的中心,也不是靜止不動的.“日心說”只是與“地心說”相比更準確一些罷了. C.教師總結 經(jīng)過前面的學習我們對“地心說”和“日心說”有了初步的認識,事實上從“地心說”向“日心說”的過渡經(jīng)歷了漫長的時間,并且科學家們付出了艱苦的奮斗,哥白尼就是其中一位.他在哥倫布和麥哲倫猜想的基礎上,假設地球并不是宇宙的中心,而和其他天體一樣都是繞太陽做勻速圓周運動的行星,從而使許多問題得以解決,也建立起了“日心說”的基本模型.但他的觀點不符合當時歐洲統(tǒng)治教會的利益,因而受到了教會的迫害.使得這一正確的觀點被推遲一個世紀才被人們接受. 前人的這種對問題一絲不茍、孜孜以求的精神值得大家學習,所以我們對待學習要腳踏實地,認認真真,不放過一點疑問. (二)開普勒對行星運動的研究 A.基礎知識 ［投影出示］ 請同學們閱讀課文三、四、五自然段,同時回答下列問題: 1.古人認為天體做什么運動? 2.開普勒的導師是誰,他認為天體做什么樣的運動? 3.開普勒開始認為天體做何運動? 4.開普勒后來認為天體做何運動? ［學生活動］閱讀課文,并從課文中找出相應的答案: 1.古人把天體的運動看得十分神圣,他們認為天體的運動不同于地面物體的運動,天體做的是最完美、最和諧的勻速圓周運動. 2.開普勒的導師是丹麥偉大的天文學家第谷.他對天體運動的看法與其他古人一樣,也認為天體在做勻速圓周運動. 3.開普勒開始受世俗及導師的影響,也認為天體在做勻速圓周運動. 4.他在應用上述觀點對天體運動進行觀測時發(fā)現(xiàn)了問題,經(jīng)過刻苦計算,最終認為: 所有行星圍繞太陽運轉的軌道都是橢圓,太陽處在所有橢圓的一個焦點上. 所有行星的軌道的半長軸的三次方跟公轉周期的二次方的比值都相等.即: 比值k是一個與行星無關的常量. B.深入探究 ［出示掛圖］介紹行星運動的掛圖,使學生對行星的運動有一個簡單的感性認識. ［放錄像］使學生通過對天體運動的立體畫面的觀看,對天體運動的感性認識進一步提高. ［投影出示］ 結合課文、掛圖、錄像,回答下列問題: 1.開普勒為什么要懷疑他的導師第谷的觀點? 2.他是怎樣總結出行星運動規(guī)律的? 3.你能應用第一定律猜想一下對一年四季溫度變化的解釋嗎? 4.常量比值k與行星無關,你能猜想出他跟誰有關嗎? ［學生活動］分組討論,并根據(jù)課文、掛圖及錄像所提供的線索得出答案. 1.開普勒在應用第谷的觀點對天體運動進行思考時所得到的結果與第谷觀測的數(shù)據(jù)存在至少8′的角度誤差，但當時公認觀測數(shù)據(jù)的誤差不超過2′，這也就是說,用勻速圓周觀點來解釋天體運動最少會帶來6′的角度誤差.而造成這一誤差的可能原因是對天體運動的觀點存在問題,因此產(chǎn)生了對天體運動是勻速圓周運動這一觀點的懷疑. 2.開普勒發(fā)現(xiàn)這一問題后并未放棄,而是經(jīng)過四年多的刻苦計算,否定了19種設想后終于總結出了行星的運動規(guī)律. 3.由于太陽能在傳向地球的過程中要在宇宙中損失一部分,傳播的距離越遠,損失的就越多.根據(jù)開普勒第一定律可知:當?shù)厍蛟跈E圓軌道上運動時會產(chǎn)生近日點和遠日點.當?shù)厍蛟诮拯c時,離太陽的距離比較近,接受的太陽能量比較大,故溫度比較高;當?shù)厍蛟谶h日點時,離太陽的距離比較遠,接受的太陽能量比較少,故溫度就比較低. 4.根據(jù)開普勒第三定律知:所有行星繞太陽運動半長軸的三次方跟公轉周期二次方的比值是一個常數(shù)k,可以猜想,這個“k”一定與運動系統(tǒng)的物體有關.因為所有行星都相同,而各行星是不一樣的,故跟行星無關,而在運動系中除了行星就是中心天體——太陽,故這一常數(shù)“k”一定與中心天體——太陽有關. C.教師總結 經(jīng)過前面的學習我們對開普勒的第一、第三定律有了初步的認識,為了拓寬同學們的知識面,我們對開普勒的第二定律作簡單的了解. 行星在繞太陽運動時,行星與太陽的連線在相同時間里掃過的面積是相等的,這就是開普勒第二定律. 從第二定律中可知:行星在繞太陽運動時,在各點的速率大小是不相同的,遠日點時的速率最小;近日點時的速率最大. D.基礎知識應用 ［投影出示］ 1.在太陽系中,有九大行星圍繞太陽運行,按照距太陽的距離排列,由近及遠依次是:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星.那么它們繞太陽運行的周期最短的是________. 2.關于行星運動,以下說法正確的是( ) A.行星軌道的半長軸越長,自轉周期越大 B.行星軌道的半長軸越長,公轉周期越大 C.水星的半長軸最短,公轉周期最大 D.冥王星離太陽“最遠”,繞太陽運動的公轉周期最長 3.地球繞太陽運行的半長軸為1.501011 m,周期為365天;月球繞地球運行的軌道半長軸為3.82108 m,周期為27.3天,則對于繞太陽運行的行星, R3/T2的值為________m3/s2;對于繞地球運行的衛(wèi)星, R3/T2的值為________m3/s2. 參考答案: 1.水星 2.B、D 3.2.51028;7.51022 三、知識反饋 ［投影出示］ 1.古代人們把天體的運動看得都很神圣,認為天體的運動必然是完美、和諧的________運動,后來________仔細研究了第谷的觀測資料,經(jīng)過4年的刻苦計算,最后終于發(fā)現(xiàn):所有的行星繞太陽運動的軌道都是________,太陽處在________位置上,所有行星軌道的________跟________的比值都相等. 2.關于行星繞太陽運動的下列說法中正確的是( ) A.所有行星都在同一橢圓軌道上繞太陽運動 B.行星繞太陽運動時,太陽位于行星軌道的中心處 C.離太陽越近的行星運動周期越長 D.所有行星的軌道的半長軸的三次方跟公轉周期的二次方的比值都相等 3.已知兩行星繞太陽運動的半長軸之比為b,它們的公轉周期之比為________. 參考答案: 1.勻速圓周;開普勒;橢圓;這些橢圓的一個焦點;軌道半長軸的三次方;公轉周期的二次方 2.D 3. 四、小結 本節(jié)是本章的開首篇,所述天體運動的描述及其理論的發(fā)展過程,是后續(xù)幾節(jié)的基礎和理論依據(jù),學習時重點掌握開普勒關于行星運動的理論描述,深刻領會本節(jié)體現(xiàn)出的物理研究方法,例如觀察、實驗、提出假說、數(shù)學推理、建立模型等方法,逐步培養(yǎng)起自己的學習、研究能力. 五、作業(yè) 1.復習本節(jié)內容. 2.預習下一節(jié)內容. 六、板書設計 七、本節(jié)優(yōu)化訓練設計 1.目前的航天飛機的飛行軌道都是近地軌道,一般在地球上空300~700 km飛行,繞地球飛行一周的時間為90 min左右.這樣,航天飛機里的飛行員在24 h內可以看見日出日落的次數(shù)為( ) A.0.38 B.1 C.2.7 D.16 2.木星繞太陽轉動的周期為地球繞太陽轉動周期的12倍，則木星繞太陽運行的軌道半長軸約為地球繞太陽運行軌道半長軸的________倍. 3.月球環(huán)繞地球運動的軌道半徑約為地球半徑的60倍,運行周期約為27天,應用開普勒定律計算:在赤道平面內離地面多少高度,人造地球衛(wèi)星可以隨地球一起轉動,就像停留在天空中不動一樣? 參考答案： 1.D 解析:航天飛機繞行到地球向陽的區(qū)域,陽光能照射到它時為白晝,當飛到地球背陽的區(qū)域,陽光被地球擋住就是黑夜,因航天飛機繞地球一周所需時間為90 min,而地球晝夜交替的周期為:2460 min,所以航天飛機里的宇航員在繞行一周的時間內看到的日出日落次數(shù):n==16次 2. 3.分析:月球和人造地球衛(wèi)星都在環(huán)繞地球運動.根據(jù)開普勒第三定律,它們的運行軌道半徑的三次方跟圓周運動周期的二次方的比值都是相等的. 解:設人造地球衛(wèi)星運行半徑為R,周期為T,根據(jù)開普勒第三定律有: k=R3/T2 同理設月球軌道半徑為R′,周期為T′,依開普勒第三定律也有: k=R′3/T′2 由以上兩式可得: R==6.67 R地 在赤道平面內離地面高度 H=R—R地 =6.67R地—R地 =5.67R地 =5.676.4103 =3.63104 km