高一物理從托勒密到開普勒

1、5.1從托勒密到開普勒教學(xué)設(shè)計(jì)【設(shè)計(jì)理念】設(shè)計(jì)理念是：提出問題認(rèn)識發(fā)展到合理解釋。從托勒密研究解釋哥白尼的研究成果開普勒的三大定律太陽是中心的認(rèn)識發(fā)展過程。重點(diǎn)使學(xué)生掌握開普勒三大定律，體現(xiàn)了科學(xué)精神推動(dòng)了認(rèn)識發(fā)展?！窘滩姆治觥勘竟?jié)內(nèi)容對全章教學(xué)起到引領(lǐng)的作用，同時(shí)又為本章重點(diǎn)內(nèi)容萬有引力定律的學(xué)習(xí)起到了鋪墊作用。本節(jié)內(nèi)容的突出特點(diǎn)是：知識容量很少，但學(xué)史內(nèi)容非常豐富。充分利用本節(jié)內(nèi)容可以較好的激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。因此，本節(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)立足于對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)精神、科學(xué)思想方法的教育。讓學(xué)生在科學(xué)家關(guān)于天體運(yùn)動(dòng)的研究歷史中，感悟科學(xué)家求真、求簡的科學(xué)思想和科學(xué)精神。從學(xué)生已經(jīng)具有的知識基礎(chǔ)來講

2、，學(xué)生對有關(guān)科學(xué)家的事例可能略知一二，但對科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)、發(fā)明、創(chuàng)造內(nèi)容的了解還不夠系統(tǒng)和準(zhǔn)確。因此，在教學(xué)過程中可以事先布置給學(xué)生一些學(xué)習(xí)任務(wù)，如閱讀教科書“人類對行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識”并查找關(guān)于描述天體運(yùn)動(dòng)的歷史資料，在課堂上進(jìn)行交流。這樣做，一方面可以培養(yǎng)學(xué)生獲取資料，合作交流的能力；另一方面，在整體背景下實(shí)施教學(xué)，有利于提高學(xué)生的認(rèn)知水平。【學(xué)情分析】本節(jié)前學(xué)生已經(jīng)知道了解地球圍繞太陽運(yùn)動(dòng)，月球圍繞地球運(yùn)動(dòng)的相關(guān)常識。但對托勒密的地心說和開普勒的三大定律知道甚微，通過教師的引領(lǐng)、師生互動(dòng)、美麗傳說的故事講解，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能，對本節(jié)課產(chǎn)生興趣。引導(dǎo)學(xué)生了解人們對宇宙認(rèn)識的托勒密的地心

3、說和和哥白尼的日心說觀點(diǎn)，學(xué)生能夠了解歷史上人們對星體運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識過程，對開普勒行星運(yùn)動(dòng)三大定律掌握。【教學(xué)目標(biāo)】知識與技能：1、了解人類對天體運(yùn)行探究的歷史。2、知道托勒密、哥白尼、第谷、開普勒的研究過程、研究結(jié)果及其歷史意義。3、掌握開普勒行星運(yùn)動(dòng)三定律，會(huì)運(yùn)用它分析求解行星運(yùn)行周期及軌道半徑等問題。過程與方法：通過對人類對天體運(yùn)行研究歷史的回顧，體會(huì)觀察與探究方法、模型與數(shù)學(xué)方法的意義，養(yǎng)成觀察與探究及數(shù)理結(jié)合的習(xí)慣與意識。情感態(tài)度與價(jià)值觀：體會(huì)科學(xué)研究的艱辛及真理的來之不易，感悟科學(xué)家百折不撓獻(xiàn)身真理的態(tài)度和精神，體會(huì)物理發(fā)展對社會(huì)進(jìn)步及文化與思想發(fā)展的推動(dòng)作用?！局攸c(diǎn)難點(diǎn)】教學(xué)重點(diǎn)：開

4、普勒行星運(yùn)動(dòng)三定律.教學(xué)難點(diǎn)：對開普勒行星運(yùn)動(dòng)三定律的理解和科學(xué)思想方法的滲透，用開普勒定律解決有關(guān)天體運(yùn)動(dòng)問題 【教學(xué)環(huán)境】 多媒體教室課件資料【教學(xué)方法】 講授、討論、交流、引導(dǎo)法【教學(xué)思路】通過對地心說、日心說的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解托勒密的地心說體系錯(cuò)誤的。但在預(yù)報(bào)行的位置上起過較好的作用。對發(fā)展天文學(xué)研究方法有一定的積極意義。哥白尼糾正了地心說的錯(cuò)誤，提出了日心說體系，這標(biāo)志著人類宇宙的這次革命性的進(jìn)步是一次偉大的飛躍。但日心說仍然與事實(shí)不符，有很大的局限性。本節(jié)課的重點(diǎn)應(yīng)放在行星運(yùn)動(dòng)三大定律的內(nèi)容上，通過學(xué)習(xí)，使學(xué)生加深對定律的理解，為下節(jié)學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。還應(yīng)使學(xué)生了解科學(xué)家們在探索路上的

5、合作精神，認(rèn)識探索的艱辛和人的主觀能動(dòng)性。感受科學(xué)家成功的喜悅，贊賞各位科學(xué)家的巨大貢獻(xiàn)?！窘虒W(xué)過程】環(huán)節(jié)一：導(dǎo)入新課播放璀璨星空的視頻【百度視頻】【學(xué)生活動(dòng)】 看視頻思考并討論：行星在運(yùn)動(dòng)過程中遵循什么規(guī)律以及如何發(fā)現(xiàn)這些規(guī)律的？【教師活動(dòng)】 從本節(jié)課開始，我們將開始了解人類對天體運(yùn)行規(guī)律認(rèn)識的歷史，探究掌握與天體運(yùn)行有關(guān)的物理規(guī)律與方法，領(lǐng)略第谷、開普勒、牛頓等科學(xué)巨匠的科學(xué)風(fēng)采?！驹O(shè)計(jì)意圖】 通過引課，美麗又神秘的星空從感官上直接激發(fā)學(xué)生探索行星運(yùn)動(dòng)的好奇心。使學(xué)生產(chǎn)生遐想，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。環(huán)節(jié)二：新課教學(xué)托勒密的宇宙模型-地心體系-九重天模型【教師活動(dòng)】請同學(xué)們閱讀課文托米勒集古代天

6、文學(xué)研究之大成。閱讀交流后請同學(xué)們思考，并回答下列問題：（教師用投影片出示思考題）1.古代人對天體運(yùn)動(dòng)存在哪些看法？2.托勒密的“地心說”觀點(diǎn)是什么？3.該種學(xué)說統(tǒng)治時(shí)間更長？為什么? 【學(xué)生活動(dòng)】學(xué)生認(rèn)真看課本，閱讀交流后回答：（師生互動(dòng)）1、元前400年。古希臘天文學(xué)家認(rèn)為天體是一個(gè)透明的球殼，所有的天體在球殼上，圍繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)；2、公元150年，古希臘天文學(xué)家托米勒構(gòu)建的宇宙“地心體系”-九重天模型。3、預(yù)報(bào)較長時(shí)間內(nèi)的行星位置、日食和月食的發(fā)生，順利解釋許多天文現(xiàn)象。在由于符合人們坐地觀天的習(xí)慣、地球不動(dòng)、宇宙中心的觀念，一直傳到15世紀(jì)。歷經(jīng)近1400年。4、評價(jià)：雖然

7、現(xiàn)在認(rèn)為“地心說”是錯(cuò)誤的，但在天文學(xué)研究方法上有一定的積極意義，對恒星進(jìn)行定位坐標(biāo)系，至今還在應(yīng)用?！驹O(shè)計(jì)意圖】使學(xué)生產(chǎn)生好奇心，了解古人的研究成果，了解托米勒宇宙“地心體系”-九重天模型。環(huán)節(jié)三：哥白尼的“日心體系”說-太陽模型【教師活動(dòng)】請同學(xué)們認(rèn)真閱讀課本第80頁哥白尼迎來了科學(xué)的春天學(xué)生思考下列問題：1、哥白尼認(rèn)為宇宙的中心是什么？2、僅從參考系的選取來說，兩學(xué)說中的參考系，哪個(gè)選取較好？為什么?【學(xué)生活動(dòng)】學(xué)生認(rèn)真閱讀課本，閱讀完畢后，同伴交流并回答問題。 1、哥白尼天體運(yùn)行論提出：太陽位于宇宙的中心，且是靜止不動(dòng)的，地球和其他行星都繞太陽運(yùn)動(dòng)。這就是哥白尼的“日心體系”

8、說-太陽系模型。計(jì)算出了每顆行星繞太陽運(yùn)行的周期和距離。這是人類第一次給出了宇宙大小的尺度。2、托勒密理論：地球位于宇宙的中心，而且是靜止不動(dòng)的，太陽、月亮以及其他行星都繞地球運(yùn)動(dòng)。地心說的錯(cuò)誤在于地球并不是靜止的，如果用相對運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)，地球?yàn)閰⒖枷笛芯科渌祗w的運(yùn)動(dòng)會(huì)更復(fù)雜。3、取太陽為參考系較好。因?yàn)榘训厍蜃鳛閰⒖枷?，各行星與恒星的運(yùn)動(dòng)會(huì)更復(fù)雜?！驹O(shè)計(jì)意圖】是學(xué)生了解哥白尼的“日心說”，這是天文學(xué)上的一次革命，打破了神學(xué)對科學(xué)的禁錮，更重要的是有力的推導(dǎo)了歐洲文藝復(fù)興時(shí)代思想解放的浪潮。環(huán)節(jié)四.開普勒提出行星運(yùn)動(dòng)三定律【教師活動(dòng)】教師引領(lǐng)哥白尼的“日心體系”說-太陽系模型，雖然取得了很大的

9、成功，但沒有逃脫天體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的束縛。而和丹麥天文學(xué)家第谷的觀察數(shù)據(jù)不符。請同學(xué)們閱讀課本第81頁，并交流、討論下列問題1、“日心說”的觀點(diǎn)絕對正確嗎？2、誰又提出了新的觀點(diǎn)？提出三定律所經(jīng)歷的過程是什么？ 【學(xué)生活動(dòng)】學(xué)生認(rèn)真閱讀課本，同伴交流并回答上述問題。1哥白尼的日心說也有缺點(diǎn)和錯(cuò)誤，這就是：(1)太陽是宇宙的中心，實(shí)際上，太陽只是太陽系中的一個(gè)中心天體，不是宇宙的中心；（2）沿用了行星在圓形軌道作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的舊觀念，實(shí)際上行星軌道是橢圓的，速度的大小也不是恒定的。2開普勒提出了新的觀點(diǎn)。開普勒的研究，主要應(yīng)了解他在科學(xué)上的刻苦鉆研精神，他堅(jiān)信第谷觀察的準(zhǔn)確性，后人稱：

10、是第谷的眼睛與開普勒的頭腦相結(jié)合發(fā)現(xiàn)了行星運(yùn)動(dòng)定律。他們是科學(xué)合作的典范。【教師活動(dòng)】教師強(qiáng)調(diào)：同學(xué)們，前人的這種對問題的一絲不茍、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。教師提出問題：三定律的內(nèi)容各是什么？各揭示了什么規(guī)律？【學(xué)生活動(dòng)】學(xué)生參考課本第81頁，回答提問：開普勒第一定律（軌道定律）所有的行星圍繞太陽運(yùn)行的軌道都是橢圓，太陽處在所有橢圓的一個(gè)公共焦點(diǎn)上。 第一定律揭示了行星運(yùn)動(dòng)的軌跡以及與太陽的相對位置；教師強(qiáng)調(diào)：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)

11、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。(數(shù)學(xué)中未學(xué)橢圓，播放Flash課件，這樣效果很好，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)識又提高一步。)開普勒第二定律（面積定律）對于每一顆行星而言，太陽和行星的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過相等的面積。 第二定律揭示了，行星運(yùn)動(dòng)的快慢；開普勒第三定律（周期定律）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。 教師強(qiáng)調(diào)：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a表示橢圓的半長軸，T代表公轉(zhuǎn)周期，表達(dá)式可為：a3/T2=k要求學(xué)生理解a3/

12、T2=k中各字母的物理意義。第三定律揭示了，半長軸與周期之間的關(guān)系?！窘處熁顒?dòng)】.顯然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？k取決于中心天體（太陽）有關(guān)而與繞行天體（行星）無關(guān)的常數(shù)。第二節(jié)課學(xué)習(xí)后，同學(xué)們將能詳細(xì)的理解k的有關(guān)物理量?！緦W(xué)生活動(dòng)】認(rèn)真聽講，做好筆記。【教師活動(dòng)】衛(wèi)星繞行星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是否遵循行星運(yùn)動(dòng)三定律？為什么？開普勒行星運(yùn)動(dòng)三定律，雖然是由行星運(yùn)動(dòng)總結(jié)出的規(guī)律，但它不僅適用于行星的運(yùn)動(dòng)也適用于其他天體系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)，如人造衛(wèi)星、宇宙飛船以及其他探測器相對于各自的系統(tǒng)等。所以衛(wèi)星繞行星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律遵循行星運(yùn)動(dòng)三定律。設(shè)計(jì)意圖：鍛煉學(xué)生閱讀理解能力，使學(xué)生能

13、正確理解行星運(yùn)動(dòng)三定律。同時(shí)展現(xiàn)人類探究自然科學(xué)、追求真理的艱辛歷程和堅(jiān)忍不拔的精神，體現(xiàn)了科學(xué)的發(fā)展和人類認(rèn)識的不斷擴(kuò)展與深化。環(huán)節(jié)五.課堂練習(xí)【教師活動(dòng)】請同學(xué)們用“P80頁信息瀏覽中的數(shù)據(jù)，對照開普勒定律。對各行星的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行粗略評估?！緦W(xué)生活動(dòng)】在練習(xí)本上計(jì)算（教師巡回檢查）設(shè)計(jì)意圖：加深理解定律。環(huán)節(jié)六： 小結(jié)及評價(jià)對本節(jié)的主要內(nèi)容進(jìn)行小結(jié)：1、托勒密的宇宙模型-地心體系-九重天模型2、哥白尼的“日心體系”說-太陽模型3、開普勒行星運(yùn)動(dòng)三定律同時(shí)練習(xí) 檢測學(xué)生對本節(jié)知識的理解和掌握情況，對教師教學(xué)做出評價(jià)。環(huán)節(jié)七：.家庭作業(yè)及活動(dòng)書面作業(yè)：課本第82頁：2、3題。課后交流：請去圖書館或上網(wǎng)收集有關(guān)人類對天體運(yùn)