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(nèi)容對學(xué)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(dǎo)學(xué)生了解人們對星體運動認(rèn)識的發(fā)展過程，從“日心說”和“地心說”的內(nèi)容到其兩者之間的爭論，從第谷的精心觀測到開普勒的數(shù)學(xué)運算，在學(xué)生整體感知的過程中引導(dǎo)學(xué)生體會這些大師們的思路、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)容及爭論的焦點，開普勒定律的內(nèi)容等知識點. ●教學(xué)目標(biāo) 一、知識目標(biāo) 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(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)過實驗驗證的正確認(rèn)識事物本質(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、善于動手的能力. 三、德育目標(biāo) 1.通過開普勒行星運動定律的建立過程，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 1.“日心說”的建立過程. 2.行星運動的規(guī)律. ●教學(xué)難點 1.學(xué)生對天體運動缺乏感性認(rèn)識. 2.開普勒是如何確定行星運動規(guī)律的. ●教學(xué)方法 1.“日心說”的建立的教學(xué)——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(xué)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(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”兩種不同的觀點及發(fā)展過程. 2.知道開普勒對行星運動的描述. 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動情況. 二、新課教學(xué) (一)古人對天體運動的看法及發(fā)展過程 A.基礎(chǔ)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(xué)說占統(tǒng)治地位的時間較長? 4.兩種學(xué)說爭論的結(jié)果是什么? ［學(xué)生活動］閱讀課文,并從課文中找出相應(yīng)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(rèn)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(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動. 3.“地心說”占領(lǐng)統(tǒng)治地位的時間較長. 4.“日心說”與“地心說”爭論的結(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］ 請同學(xué)們在前面的基礎(chǔ)上討論: 1.“地心說”為什么能占領(lǐng)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(xué)生活動］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(dāng)時在政治上占統(tǒng)治地位的宗教神學(xué)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(jìn)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(xué)、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(yīng)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(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(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“地心說”和“日心說”有了初步的認(rèn)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(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(dāng)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(jì)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(xué)習(xí),所以我們對待學(xué)習(xí)要腳踏實地,認(rèn)認(rèn)真真,不放過一點疑問. (二)開普勒對行星運動的研究 A.基礎(chǔ)知識 ［投影出示］ 請同學(xué)們閱讀課文三、四、五自然段,同時回答下列問題: 1.古人認(rèn)為天體做什么運動? 2.開普勒的導(dǎo)師是誰,他認(rèn)為天體做什么樣的運動? 3.開普勒開始認(rèn)為天體做何運動? 4.開普勒后來認(rèn)為天體做何運動? ［學(xué)生活動］閱讀課文,并從課文中找出相應(yīng)的答案: 1.古人把天體的運動看得十分神圣,他們認(rèn)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(dǎo)師是丹麥偉大的天文學(xué)家第谷.他對天體運動的看法與其他古人一樣,也認(rèn)為天體在做勻速圓周運動. 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動. 4.他在應(yīng)用上述觀點對天體運動進(jìn)行觀測時發(fā)現(xiàn)了問題,經(jīng)過刻苦計算,最終認(rèn)為: 所有行星圍繞太陽運轉(zhuǎn)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(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等.即: 比值k是一個與行星無關(guān)的常量. B.深入探究 ［出示掛圖］介紹行星運動的掛圖,使學(xué)生對行星的運動有一個簡單的感性認(rèn)識. ［放錄像］使學(xué)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(rèn)識進(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? 2.他是怎樣總結(jié)出行星運動規(guī)律的? 3.你能應(yīng)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(guān),你能猜想出他跟誰有關(guān)嗎? ［學(xué)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(yīng)用第谷的觀點對天體運動進(jìn)行思考時所得到的結(jié)果與第谷觀測的數(shù)據(jù)存在至少8′的角度誤差，但當(dāng)時公認(rèn)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(shè)想后終于總結(jié)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(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圓軌道上運動時會產(chǎn)生近日點和遠(yuǎn)日點.當(dāng)?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(dāng)?shù)厍蛟谶h(yuǎn)日點時,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:所有行星繞太陽運動半長軸的三次方跟公轉(zhuǎn)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(guān).因為所有行星都相同,而各行星是不一樣的,故跟行星無關(guān),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(guān). C.教師總結(jié) 經(jīng)過前面的學(xué)習(xí)我們對開普勒的第一、第三定律有了初步的認(rèn)識,為了拓寬同學(xué)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(yuǎn)日點時的速率最小;近日點時的速率最大. D.基礎(chǔ)知識應(yīng)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(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.那么它們繞太陽運行的周期最短的是________. 2.關(guān)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(zhuǎn)周期越大 B.行星軌道的半長軸越長,公轉(zhuǎn)周期越大 C.水星的半長軸最短,公轉(zhuǎn)周期最大 D.冥王星離太陽“最遠(yuǎn)”,繞太陽運動的公轉(zhuǎn)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(rèn)為天體的運動必然是完美、和諧的________運動,后來________仔細(xì)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(guān)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(zhuǎn)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(zhuǎn)周期之比為________. 參考答案: 1.勻速圓周;開普勒;橢圓;這些橢圓的一個焦點;軌道半長軸的三次方;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,所述天體運動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)時重點掌握開普勒關(guān)于行星運動的理論描述,深刻領(lǐng)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(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 七、本節(jié)優(yōu)化訓(xùn)練設(shè)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(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)動的周期為地球繞太陽轉(zhuǎn)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(yīng)用開普勒定律計算: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,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(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(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(shè)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(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