人教版 (2019)1 行星的运动教学设计及反思

这是一份人教版 (2019)1 行星的运动教学设计及反思，共6页。教案主要包含了教材分析，学情分析，教学目标，教学重难点，新课导入，新课讲解，课后反思等内容，欢迎下载使用。

（一）教材分析
本节教材首先让学生在上课前准备大量的资料并进行阅读，如：第谷在1572年时发现在仙后座中有一颗很亮的新星，从此连续十几个月观察这颗星从明亮到消失的过程，并用仪器定位确证是恒星（后称第谷星，是银河系一颗超新星），打破了历来“恒星不变”的学说．伽利略开创了以实验事实为基础并具有严密逻辑体系和数学表述形式的近代科学．为推翻以亚里士多德为旗号的经院哲学对科学的禁锢、改变与加深人类对物质运动和宇宙的科学认识而奋斗了一生，因此被誉为“近代科学之父”．开普勒幼年时期的不幸，通过自身不懈的努力完成了第谷未完成的工作．这些物理学家的有关资料可以帮助学生在了解万有引力定律发现的过程中体会科学家们追求真理、实事求是、不畏强权的精神．
教法建议
具体授课中教师可以用故事的形式讲述．也可通过放资料片和图片的形式讲述．也可大胆的让学生进行发言．
在讲授“日心说”和“地心说”时，先不要否定“地心说”，让学生了解托勒密巧妙的解释，同时让学生明白哥白尼的理论推翻了统治人类长达一千余年的地球是宇宙中心的“地心说”理论，为宣传和捍卫这一学说，意大利的思想家布鲁诺惨遭烧死，伽利略也为此受到残酷迫害．不必给结论，让学生自行得出结论．
【学情分析】
（一）学情分析
本课内容是在曲线运动学习的基础上，在万有引力定律建立之前学习开普勒有关行星运动规律。学生在初中地理课的学习中已经有了关于行星运动的基本认识，在初中历史课的学习中已经初步了解了地心说与日心说。教材运用非常少的篇幅简单回顾了关于行星运动的两种学说之争，介绍了开普勒在对第谷观测数据的分析研究基础上发现了行星运动规律。（本课在以往教学中存在的问题：因为不是高考的重点和热点，一般不被老师们重视）。
作为高中物理教学一线上的物理教师，深深体会到物理学家的思想、精神被“内化”在物理学科知识内容中，物理学被深深地打上了人类文明的烙印，这往往使物理学不仅具有科学精神、科学素质教育价值，也具有人文教育、人文精神培养的功能。根据高中生的特点，在物理教学中探索适合高中生发展的科学素质培养的人文模式是我多年主持的研究课题，在这方面做了较系统的研究，本课虽然不是教材及考试的重点内容，但是，从对学生进行科学精神与人文精神教育及科学方法教育的角度看是难得的值得进一步开发的好教材，特别是可以充分利用人文资源进行科学教育。
根据本课的特点——行星运动规律，采取以启发式讲授为主的教学方式，借助于多媒体手段展示行星运动模式。
【教学目标】
（一）教学目标
1、了解“地心说”和“日心说”两种不同学说的建立和发展过程；
2、知道开普勒对行星运动的描述；
3、培养学生在客观事实的基础上通过分析、推理，提出科学假设，再经过实验检验的正确认识事物本质的思维方法。
4、通过学习，培养学生善于观察、善于思考、善于动手的能力。
5、通过开普勒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。
【教学重难点】
（一）教学重难点
重点
1.理解和掌握开普勒行星运动定律，认识行星的运动。
2.理解宇宙中行星的运动规律，掌握人类认识自然规律的科学方法。
难点
1.对开普勒行星运动定律的理解和应用。
2.澄清人们对天体运动神秘、模糊的认识。
【新课导入】
（一）新课导入
在浩瀚的宇宙中有着无数大小不一，形态各异的天体，如太阳、地球、月亮、星星等等。这些天体是如何运动的呢？人类最初是通过直接的感性认识以及受宗教的影响，建立了“地心说”，哥白尼分析了托勒密体系中的行星运动，哥白尼用了“将近四个九年的时间”去测算、校核、修订他的学说。提出了“日心说”，“日心说”认为太阳是宇宙的中心，其他天体（包括地球）都绕太阳作匀速圆周运动。“日心说”虽在“地心说”的基础上前进了一大步，第谷等科学家通过长期观测，记录了大量的观测数据，“日心说”解释行星运动时与实际观测的结果仍有一定的误差，最终开普勒通过计算，确立了行星运动的正确图景：所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上，所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等。开普勒对行星运动的描述，为牛顿发现万有引力定律奠定了重要的基础。
【新课讲解】
（一）开普勒定律
开普勒三定律
（学生阅读课本，了解开普勒定律的发现过程，并标记开普勒三大定律的内容，教师讲解并得出开普勒定律）
丹麦天文学家第谷认为，要认识行星运动的规律，需要积累高度精确的观测资料，他连续二十年，对行星的位置进行了精确的测量，但是没有得到结果，但是他积累大量的观测数据。
在第谷去世后，他的助手德国天文学家开普勒（ 1571－1630）在最初研究他的导师—第谷所记录的数据时，也是以行星绕太阳做匀速圆周运动的模型来思考问题的，但是所得结果却与第谷的观测数据至少有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，这不容忽视的8/也许是因为人们认为行星绕太阳做匀速圆周运动所造成的．至此，人们长期以来视为真理的观念——天体做匀速圆周运动，第一次受到了怀疑．后来开普勒又仔细研究了第谷的观测资料，经过四年多的刻苦计算，先后否定了19种设想，最后终于发现：
板书：开普勒第一定律 所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上。
解释：这是（重点和易忽略点）开普勒地一定律（也叫轨道定律）说明了各行星运动轨道的形状并不是地心说和日心说中提到的圆，而是椭圆，是开普勒根据第谷观察火星所得数据加以演算得到的，各行星轨道是椭圆形状也不尽相同，即半长轴是不同的，但这些椭圆却有个共同的焦点，太阳正好在这个公共焦点上
预备知识：椭圆的中心，焦点，半长轴，半短轴等。
强调：椭圆 太阳并不是位于中心，而是焦点
例2下列说法正确的是（ ）
A 、太阳系中的八大行星有一个共同的轨道焦点
B 、行星运动的方向总是沿着轨道的切线方向
C 、行星的运动方向总是与它和太阳的连线垂直
D日心说的观点是正确的
解析：对于行星的运动不能等同于匀速圆周运动。行星从近日点到远日点时，行星的运动方向与它和太阳连线的夹角大于900的，当行星从远日点向近日点运动时，行星的运动方向与它和太阳连线的夹角小于900的，故A、B正确
规律总结：行星运动的轨迹是椭圆，是曲线运动，行星的运动也同样符合运动和力的关系，仍然可以运用动力学和曲线运动的知识对行星运动进行分析。此处易被忽略。
板书：开普勒第二定律 对于每一个行星而言，太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积。
t
t
V小
V大大
解释：这是重点，开普勒第二定律（也叫面积定律），说明每一行星的矢径（太阳和行星的连线）经过相等的时间扫过的面积相等，显然行星运动的线速度大小在轨道上各点是不相同的。行星在轨道上离太阳最近的地方叫近日点，它经过该点时速度最大；在轨道上离太阳最远的地方叫远日点，行星经过该点时速度最小（近日点和远日点分别在轨道椭圆长轴的两端）利用开普勒第二定律可以定性地解释行星在轨道上运动的快慢和一些天文现象。
（近日点速度大，远日点速度小）
例3地球绕太阳运动的轨道是一椭圆，当地球从近日点到远日点运动时，地球运动的速度大小（地球运动中受到太阳的引力方向在地球与太阳的连线上，并且可以认为这时地球只受到太阳的引力）（ ）
不断增大 B逐渐减小 C大小不变 D没有具体数值无法计算
解析：本题中虽然没有具体数值，但我们可以知道地球从近日点到远日点运动时，所受到的引力的方向与运动方向的夹角大于900，因而这个力产生两个作用效果：一个作用使地球的运动方向改变，另一个使地球速度的大小发生改变，即把太阳对地球的引力分成两个，一个垂直于地球运动方向，此力改变地球运动的方向，另一个力与地球运动方向共线，在地球从近日点到远日点运动时，此力与地球运动的方向相反，引力做负功，地球的速度减小，B正确
点拨：本节知识与曲线运动功和能的关系密切联系，需多加练习。
板书：开普勒第三定律 所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等。
讲授：开普勒第三定律（也叫周期定律）是说所有行星的轨道的半长轴的三次方与公转周期的二次方的比值相等，若用R代表椭圆轨道的半长轴，T代表公转周期，由上面的叙述可知 R3/ T2＝k 比值k是一个与行星无关的常量．
注释：对于此公式，常用来讨论一些天体的运动周期和半长轴的关系，是常考点，需引起重视。开普勒定律不仅适用行星绕太阳运动，也适用卫星绕地球转动，只不过R3/ T2＝k中K的值是不同的，做题过程中必须注意。
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．
多数行星的轨道与圆十分接近，所以中学阶段的研究通常把行星的 轨道按圆周处理。对于此近似处理，只是为了计算、研究方便，不能由此说行星是在做匀速圆周运动，此处是理解这个问题最易出错的地方。
例4、根据地理知识，结合开普勒定律，判断水星和火星的公转周期，哪一个更长些？
解析：由开普勒第三定律可以知道R3/ T2＝k，k是一个与行星无关的常量，因而哪个行星离太阳近，哪个行星的周期就短，由地理知识可以知道，水星是八大行星中离太阳最近的，因而水星是八大行星中公转周期最短的，所以火星的公转周期比水星更长一些
点拨：本章的知识与天文学知识联系较多，与地理知识也有很多的联系，因此在学习过程中，多查找相关资料，提高解题的准确性。
【板书】
（一）板书
第1节行星的运动
一、古代对行星运动规律的认识
1.地心说：托勒密
2.日心说：哥白尼
二、开普勒行星运动定律
1.开普勒第一定律：所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上。
2.开普勒第二定律：对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等时间内扫过的面积相等。
3.开普勒第三定律：所有行星轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比都相等。
（k只与中心天体有关）
【课后反思】
（一）课后反思
本节课我们学习了行星的运动，了解了人类对行星运动的探索和认识的过程，知道了所有行星都是沿椭圆轨道绕太阳运动的，并且符合公式：
应该说明的是：
（1）行星绕太阳运动都符合：
如对地球和木星比较，就有：
但月球人造卫星以及其它行星的卫星并不是主要绕太阳运动的，它们和行星的运动比较，就有：
（2）对于同一个行星的不同卫星，它们也符合运动规律：
如月球和各人造卫星同步，就符合这一规律，但k'是与k不同的量，这一点我们在学完这一章后将能够证明。