2019-2020年高一物理 第六章 萬有引力定律 一、行星的運(yùn)動(dòng)(第一課時(shí)) 人教大綱版第一冊(cè).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(yùn)動(dòng)(第一課時(shí)) 人教大綱版第一冊(cè) ●本節(jié)教材分析 本節(jié)內(nèi)容對(duì)學(xué)生來說是抽象的、陌生的，甚至無法去感知.對(duì)天體的運(yùn)動(dòng)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(dǎo)學(xué)生了解人們對(duì)星體運(yùn)動(dòng)認(rèn)識(shí)的發(fā)展過程，從“日心說”和“地心說”的內(nèi)容到其兩者之間的爭(zhēng)論，從第谷的精心觀測(cè)到開普勒的數(shù)學(xué)運(yùn)算，在學(xué)生整體感知的過程中引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)這些大師們的思路、方法及他們的一絲不茍的科學(xué)精神，并激發(fā)他們熱愛科學(xué)、探索真理的求知熱情. 本節(jié)內(nèi)容包括“地心說”“日心說”的內(nèi)容及爭(zhēng)論的焦點(diǎn)，開普勒定律的內(nèi)容等知識(shí)點(diǎn). ●教學(xué)目標(biāo) 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、能力目標(biāo) 1.培養(yǎng)學(xué)生在客觀事物的基礎(chǔ)上通過分析、推理提出科學(xué)假設(shè)，再經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的正確認(rèn)識(shí)事物本質(zhì)的思維方法. 2.通過學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生善于觀察、善于思考、善于動(dòng)手的能力. 三、德育目標(biāo) 1.通過開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律的建立過程，滲透科學(xué)發(fā)現(xiàn)的方法論教育，建立科學(xué)的宇宙觀. 2.激發(fā)學(xué)生熱愛科學(xué)、探索真理的求知熱情. ●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. ●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.開普勒是如何確定行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的. ●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. ●教學(xué)用具 掛圖、錄像機(jī)、錄像帶、投影儀、投影片. ●課時(shí)安排 1課時(shí) ●教學(xué)過程 ［投影］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. 學(xué)習(xí)目標(biāo)完成過程 一、導(dǎo)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(lǐng)域.經(jīng)成百上千年的探索,偉大的科學(xué)家們對(duì)它已經(jīng)有了一些初步的了解.本節(jié)我們就共同來學(xué)習(xí)前人所探索到的行星的運(yùn)動(dòng)情況. 二、新課教學(xué) (一)古人對(duì)天體運(yùn)動(dòng)的看法及發(fā)展過程 A.基礎(chǔ)知識(shí) ［投影出示］ 閱讀課文一、二自然段,同時(shí)思考下面幾個(gè)問題: 1.古代人們對(duì)天體運(yùn)動(dòng)存在哪些看法? 2.什么是“地心說”,什么是“日心說”? 3.哪種學(xué)說占統(tǒng)治地位的時(shí)間較長(zhǎng)? 4.兩種學(xué)說爭(zhēng)論的結(jié)果是什么? ［學(xué)生活動(dòng)］閱讀課文,并從課文中找出相應(yīng)的答案. 1.在古代,人們對(duì)于天體的運(yùn)動(dòng)存在著地心說和日心說兩種對(duì)立的看法. 2.“地心說”認(rèn)為地球是宇宙的中心,是靜止不動(dòng)的,太陽\,月亮以及其他行星都繞地球運(yùn)動(dòng);“日心說”認(rèn)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(yùn)動(dòng). 3.“地心說”占領(lǐng)統(tǒng)治地位的時(shí)間較長(zhǎng). 4.“日心說”與“地心說”爭(zhēng)論的結(jié)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(qǐng)同學(xué)們?cè)谇懊娴幕A(chǔ)上討論: 1.“地心說”為什么能占領(lǐng)較長(zhǎng)的統(tǒng)治時(shí)間? 2.俗話說“眼見為實(shí)”,這種說法是否絕對(duì)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(diǎn)是否正確? ［學(xué)生活動(dòng)］分組討論,并根據(jù)課本提供的線索得出結(jié)論: 1.“地心說”占領(lǐng)統(tǒng)治地位時(shí)間較長(zhǎng)的原因是由于它比較符合人們的日常經(jīng)驗(yàn),如:太陽從東邊升起,從西邊落下;同時(shí)它也符合當(dāng)時(shí)在政治上占統(tǒng)治地位的宗教神學(xué)觀點(diǎn). 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(yàn),但它還是錯(cuò)誤的.進(jìn)而說明“眼見為實(shí)”的說法并非絕對(duì)正確.例如:我們乘車時(shí)觀察到樹木在向后運(yùn)動(dòng),而事實(shí)上并沒有動(dòng)(相對(duì)于地面). 3.“日心說”所以能夠戰(zhàn)勝“地心說”是因?yàn)楹枚唷暗匦恼f”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(xué)、更接近事實(shí).例如:若地球不動(dòng),晝夜交替是太陽繞地球運(yùn)動(dòng)形成的.那么,每天的情況就應(yīng)是相同的,而事實(shí)上,每天白天的長(zhǎng)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(zhuǎn)形成的,而四季是地球繞太陽公轉(zhuǎn)形成的. 4.從目前科研結(jié)果和我們所掌握的知識(shí)來看,“日心說”也并不是絕對(duì)正確的,因?yàn)樘栔皇翘栂档囊粋€(gè)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(dòng)的.“日心說”只是與“地心說”相比更準(zhǔn)確一些罷了. C.教師總結(jié) 經(jīng)過前面的學(xué)習(xí)我們對(duì)“地心說”和“日心說”有了初步的認(rèn)識(shí),事實(shí)上從“地心說”向“日心說”的過渡經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的時(shí)間,并且科學(xué)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(chǔ)上,假設(shè)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(yùn)動(dòng)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(diǎn)不符合當(dāng)時(shí)歐洲統(tǒng)治教會(huì)的利益,因而受到了教會(huì)的迫害.使得這一正確的觀點(diǎn)被推遲一個(gè)世紀(jì)才被人們接受. 前人的這種對(duì)問題一絲不茍、孜孜以求的精神值得大家學(xué)習(xí),所以我們對(duì)待學(xué)習(xí)要腳踏實(shí)地,認(rèn)認(rèn)真真,不放過一點(diǎn)疑問. (二)開普勒對(duì)行星運(yùn)動(dòng)的研究 A.基礎(chǔ)知識(shí) ［投影出示］ 請(qǐng)同學(xué)們閱讀課文三、四、五自然段,同時(shí)回答下列問題: 1.古人認(rèn)為天體做什么運(yùn)動(dòng)? 2.開普勒的導(dǎo)師是誰,他認(rèn)為天體做什么樣的運(yùn)動(dòng)? 3.開普勒開始認(rèn)為天體做何運(yùn)動(dòng)? 4.開普勒后來認(rèn)為天體做何運(yùn)動(dòng)? ［學(xué)生活動(dòng)］閱讀課文,并從課文中找出相應(yīng)的答案: 1.古人把天體的運(yùn)動(dòng)看得十分神圣,他們認(rèn)為天體的運(yùn)動(dòng)不同于地面物體的運(yùn)動(dòng),天體做的是最完美、最和諧的勻速圓周運(yùn)動(dòng). 2.開普勒的導(dǎo)師是丹麥偉大的天文學(xué)家第谷.他對(duì)天體運(yùn)動(dòng)的看法與其他古人一樣,也認(rèn)為天體在做勻速圓周運(yùn)動(dòng). 3.開普勒開始受世俗及導(dǎo)師的影響,也認(rèn)為天體在做勻速圓周運(yùn)動(dòng). 4.他在應(yīng)用上述觀點(diǎn)對(duì)天體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行觀測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)了問題,經(jīng)過刻苦計(jì)算,最終認(rèn)為: 所有行星圍繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)的軌道都是橢圓,太陽處在所有橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上. 所有行星的軌道的半長(zhǎng)軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等.即: 比值k是一個(gè)與行星無關(guān)的常量. B.深入探究 ［出示掛圖］介紹行星運(yùn)動(dòng)的掛圖,使學(xué)生對(duì)行星的運(yùn)動(dòng)有一個(gè)簡(jiǎn)單的感性認(rèn)識(shí). ［放錄像］使學(xué)生通過對(duì)天體運(yùn)動(dòng)的立體畫面的觀看,對(duì)天體運(yùn)動(dòng)的感性認(rèn)識(shí)進(jìn)一步提高. ［投影出示］ 結(jié)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(dǎo)師第谷的觀點(diǎn)? 2.他是怎樣總結(jié)出行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的? 3.你能應(yīng)用第一定律猜想一下對(duì)一年四季溫度變化的解釋嗎? 4.常量比值k與行星無關(guān),你能猜想出他跟誰有關(guān)嗎? ［學(xué)生活動(dòng)］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(yīng)用第谷的觀點(diǎn)對(duì)天體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行思考時(shí)所得到的結(jié)果與第谷觀測(cè)的數(shù)據(jù)存在至少8′的角度誤差，但當(dāng)時(shí)公認(rèn)觀測(cè)數(shù)據(jù)的誤差不超過2′，這也就是說,用勻速圓周觀點(diǎn)來解釋天體運(yùn)動(dòng)最少會(huì)帶來6′的角度誤差.而造成這一誤差的可能原因是對(duì)天體運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)存在問題,因此產(chǎn)生了對(duì)天體運(yùn)動(dòng)是勻速圓周運(yùn)動(dòng)這一觀點(diǎn)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(jì)算,否定了19種設(shè)想后終于總結(jié)出了行星的運(yùn)動(dòng)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(yuǎn),損失的就越多.根據(jù)開普勒第一定律可知:當(dāng)?shù)厍蛟跈E圓軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生近日點(diǎn)和遠(yuǎn)日點(diǎn).當(dāng)?shù)厍蛟诮拯c(diǎn)時(shí),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(dāng)?shù)厍蛟谶h(yuǎn)日點(diǎn)時(shí),離太陽的距離比較遠(yuǎn),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(yùn)動(dòng)半長(zhǎng)軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期二次方的比值是一個(gè)常數(shù)k,可以猜想,這個(gè)“k”一定與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的物體有關(guān).因?yàn)樗行行嵌枷嗤?而各行星是不一樣的,故跟行星無關(guān),而在運(yùn)動(dòng)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(guān). C.教師總結(jié) 經(jīng)過前面的學(xué)習(xí)我們對(duì)開普勒的第一、第三定律有了初步的認(rèn)識(shí),為了拓寬同學(xué)們的知識(shí)面,我們對(duì)開普勒的第二定律作簡(jiǎn)單的了解. 行星在繞太陽運(yùn)動(dòng)時(shí),行星與太陽的連線在相同時(shí)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(yùn)動(dòng)時(shí),在各點(diǎn)的速率大小是不相同的,遠(yuǎn)日點(diǎn)時(shí)的速率最小;近日點(diǎn)時(shí)的速率最大. D.基礎(chǔ)知識(shí)應(yīng)用 ［投影出示］ 1.在太陽系中,有九大行星圍繞太陽運(yùn)行,按照距太陽的距離排列,由近及遠(yuǎn)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(yùn)行的周期最短的是________. 2.關(guān)于行星運(yùn)動(dòng),以下說法正確的是( ) A.行星軌道的半長(zhǎng)軸越長(zhǎng),自轉(zhuǎn)周期越大 B.行星軌道的半長(zhǎng)軸越長(zhǎng),公轉(zhuǎn)周期越大 C.水星的半長(zhǎng)軸最短,公轉(zhuǎn)周期最大 D.冥王星離太陽“最遠(yuǎn)”,繞太陽運(yùn)動(dòng)的公轉(zhuǎn)周期最長(zhǎng) 3.地球繞太陽運(yùn)行的半長(zhǎng)軸為1.501011 m,周期為365天;月球繞地球運(yùn)行的軌道半長(zhǎng)軸為3.82108 m,周期為27.3天,則對(duì)于繞太陽運(yùn)行的行星, R3/T2的值為________m3/s2;對(duì)于繞地球運(yùn)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(shí)反饋 ［投影出示］ 1.古代人們把天體的運(yùn)動(dòng)看得都很神圣,認(rèn)為天體的運(yùn)動(dòng)必然是完美、和諧的________運(yùn)動(dòng),后來________仔細(xì)研究了第谷的觀測(cè)資料,經(jīng)過4年的刻苦計(jì)算,最后終于發(fā)現(xiàn):所有的行星繞太陽運(yùn)動(dòng)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(guān)于行星繞太陽運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng) B.行星繞太陽運(yùn)動(dòng)時(shí),太陽位于行星軌道的中心處 C.離太陽越近的行星運(yùn)動(dòng)周期越長(zhǎng) D.所有行星的軌道的半長(zhǎng)軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等 3.已知兩行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的半長(zhǎng)軸之比為b,它們的公轉(zhuǎn)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(gè)焦點(diǎn);軌道半長(zhǎng)軸的三次方;公轉(zhuǎn)周期的二次方 2.D 3. 四、小結(jié) 本節(jié)是本章的開首篇,所述天體運(yùn)動(dòng)的描述及其理論的發(fā)展過程,是后續(xù)幾節(jié)的基礎(chǔ)和理論依據(jù),學(xué)習(xí)時(shí)重點(diǎn)掌握開普勒關(guān)于行星運(yùn)動(dòng)的理論描述,深刻領(lǐng)會(huì)本節(jié)體現(xiàn)出的物理研究方法,例如觀察、實(shí)驗(yàn)、提出假說、數(shù)學(xué)推理、建立模型等方法,逐步培養(yǎng)起自己的學(xué)習(xí)、研究能力. 五、作業(yè) 1.復(fù)習(xí)本節(jié)內(nèi)容. 2.預(yù)習(xí)下一節(jié)內(nèi)容. 六、板書設(shè)計(jì) 七、本節(jié)優(yōu)化訓(xùn)練設(shè)計(jì) 1.目前的航天飛機(jī)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(shí)間為90 min左右.這樣,航天飛機(jī)里的飛行員在24 h內(nèi)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(zhuǎn)動(dòng)的周期為地球繞太陽轉(zhuǎn)動(dòng)周期的12倍，則木星繞太陽運(yùn)行的軌道半長(zhǎng)軸約為地球繞太陽運(yùn)行軌道半長(zhǎng)軸的________倍. 3.月球環(huán)繞地球運(yùn)動(dòng)的軌道半徑約為地球半徑的60倍,運(yùn)行周期約為27天,應(yīng)用開普勒定律計(jì)算:在赤道平面內(nèi)離地面多少高度,人造地球衛(wèi)星可以隨地球一起轉(zhuǎn)動(dòng),就像停留在天空中不動(dòng)一樣? 參考答案： 1.D 解析:航天飛機(jī)繞行到地球向陽的區(qū)域,陽光能照射到它時(shí)為白晝,當(dāng)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(jī)繞地球一周所需時(shí)間為90 min,而地球晝夜交替的周期為:2460 min,所以航天飛機(jī)里的宇航員在繞行一周的時(shí)間內(nèi)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(yùn)動(dòng).根據(jù)開普勒第三定律,它們的運(yùn)行軌道半徑的三次方跟圓周運(yùn)動(dòng)周期的二次方的比值都是相等的. 解:設(shè)人造地球衛(wèi)星運(yùn)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(shè)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(nèi)離地面高度 H=R—R地 =6.67R地—R地 =5.67R地 =5.676.4103 =3.63104 km