高中物理 3.人類對(duì)太空的不懈追求優(yōu)秀教案（教師版） 魯科版必修1

1、第3節(jié)人類對(duì)太空的不懈追求從容說課本節(jié)教材首先讓學(xué)生在上課前準(zhǔn)備大量的資料并進(jìn)行閱讀，如：第谷在1572年時(shí)發(fā)現(xiàn)在仙后座中有一顆很亮的新星，從此連續(xù)十幾個(gè)月觀察這顆星從明亮到消失的過程，并用儀器定位確證是恒星（后稱第谷星，是銀河系一顆超新星），打破了歷來“恒星不變”的學(xué)說.伽利略開創(chuàng)了以實(shí)驗(yàn)事實(shí)為基礎(chǔ)并具有嚴(yán)密邏輯體系和數(shù)學(xué)表述形式的近代科學(xué).為推翻以亞里士多德為旗號(hào)的經(jīng)院哲學(xué)對(duì)科學(xué)的禁錮、改變與加深人類對(duì)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)和宇宙的科學(xué)認(rèn)識(shí)而奮斗了一生，因此被譽(yù)為“近代科學(xué)之父”.開普勒幼年時(shí)期的不幸，通過自身不懈地努力完成了第谷未完成的工作.這些物理學(xué)家的有關(guān)資料可以幫助學(xué)生在了解萬有引力定律發(fā)現(xiàn)的過

2、程中體會(huì)科學(xué)家們追求真理、實(shí)事求是、不畏強(qiáng)權(quán)的精神.具體授課中教師可以用故事的形式講述.也可通過放資料片和圖片的形式講述.也可大膽地讓學(xué)生進(jìn)行發(fā)言.在講授“日心說”和“地心說”時(shí)，先不要否定“地心說”，讓學(xué)生了解托勒密巧妙的解釋，同時(shí)讓學(xué)生明白哥白尼的理論推翻了統(tǒng)治人類長達(dá)一千余年的地球是宇宙中心的“地心說”理論，為宣傳和捍衛(wèi)這一學(xué)說，意大利的思想家布魯諾慘遭燒死，伽利略也為此受到殘酷迫害.培養(yǎng)學(xué)生熱愛科學(xué)、堅(jiān)持真理的思想.教學(xué)重點(diǎn)了解人類探索太空的歷史與艱辛.教學(xué)難點(diǎn)了解天文知識(shí)在科學(xué)研究和生產(chǎn)技術(shù)中的廣泛應(yīng)用.教具準(zhǔn)備多媒體設(shè)備.課時(shí)安排1課時(shí)三維目標(biāo)一、知識(shí)與技能1.了解人類探索太空的歷

3、史與艱辛；2.了解天文知識(shí)在科學(xué)研究和生產(chǎn)技術(shù)中的廣泛應(yīng)用.二、過程與方法通過閱讀課文，體會(huì)一切科學(xué)成就都是來之不易的，新的理論會(huì)不斷完善和補(bǔ)充舊的理論，人類對(duì)科學(xué)的認(rèn)識(shí)是無止境的.三、情感態(tài)度與價(jià)值觀通過對(duì)本節(jié)課的學(xué)習(xí)和討論，使學(xué)生知道物理中的結(jié)論和規(guī)律一般都有其適用范圍，認(rèn)識(shí)知識(shí)的變化性和無窮性，培養(yǎng)獻(xiàn)身于科學(xué)的時(shí)代精神.教學(xué)過程導(dǎo)入新課遨游太空是人類古已有之的夢(mèng)想，但直到上個(gè)世紀(jì)中期，人類才邁出了走向太空的第一步.其間飽含著人類多少汗水和智慧呢？今天我們來看一下人類對(duì)太空的不懈追求.推進(jìn)新課一、古希臘人的探索多媒體課件展示：地心說地心說是長期盛行于古代歐洲的宇宙學(xué)說.它最初由古希臘學(xué)者歐

4、多克斯提出，后經(jīng)亞里士多德、托勒密進(jìn)一步發(fā)展而逐漸建立和完善起來.托勒密認(rèn)為，地球處于宇宙中心靜止不動(dòng).從地球向外，依次有月球、水星、金星、太陽、火星、木星和土星，在各自的圓軌道上繞地球運(yùn)轉(zhuǎn).其中，行星的運(yùn)動(dòng)要比太陽、月球復(fù)雜些：行星在本輪上運(yùn)動(dòng)，而本輪又沿均輪繞地運(yùn)行.在太陽、月球、行星之外，是鑲嵌著所有恒星的天球恒星天.再外面，是推動(dòng)天體運(yùn)動(dòng)的原動(dòng)天.地心說是世界上第一個(gè)行星體系模型.盡管它把地球當(dāng)作宇宙中心是錯(cuò)誤的，然而它的歷史功績不應(yīng)抹殺.地心說承認(rèn)地球是“球形”的，并把行星從恒星中區(qū)別出來，著眼于探索和揭示行星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，這標(biāo)志著人類對(duì)宇宙認(rèn)識(shí)的一大進(jìn)步.地心說最重要的成就是運(yùn)用數(shù)學(xué)

5、計(jì)算行星的運(yùn)行，托勒密還第一次提出“運(yùn)行軌道”的概念，設(shè)計(jì)出了一個(gè)本輪均輪模型.按照這個(gè)模型，人們能夠?qū)π行堑倪\(yùn)動(dòng)進(jìn)行定量計(jì)算，推測行星所在的位置，這是一個(gè)了不起的創(chuàng)造.在一定時(shí)期里，依據(jù)這個(gè)模型可以在一定程度上正確地預(yù)測天象，因而在生產(chǎn)實(shí)踐中也起過一定的作用.地心說中的本輪均輪模型，畢竟是托勒密根據(jù)有限的觀察資料拼湊出來的，他是通過人為地規(guī)定本輪、均輪的大小及行星運(yùn)行速度，才使這個(gè)模型和實(shí)測結(jié)果取得一致.但是，到了中世紀(jì)后期，隨著觀察儀器的不斷改進(jìn)，行星位置和運(yùn)動(dòng)的測量越來越精確，觀測到的行星實(shí)際位置同這個(gè)模型的計(jì)算結(jié)果的偏差就逐漸顯露出來了.但是，信奉地心說的人們并沒有認(rèn)識(shí)到這是由于地心說

6、本身的錯(cuò)誤造成的，卻用增加本輪的辦法來補(bǔ)救地心說.當(dāng)初這種辦法還能勉強(qiáng)應(yīng)付，后來小本輪增加到80多個(gè)，但仍不能滿意地計(jì)算出行星的準(zhǔn)確位置.這不能不使人懷疑地心說的正確性了.到了16世紀(jì)，哥白尼在持日心地動(dòng)觀的古希臘先輩和同時(shí)代學(xué)者的基礎(chǔ)上，終于創(chuàng)立了“日心說”.從此，地心說便逐漸被淘汰了.學(xué)生活動(dòng)：閱讀并討論你是否支持地心說，為什么？二、文藝復(fù)興的撞擊多媒體課件展示：日心說16世紀(jì)中期，文藝復(fù)興的浪潮在意大利興起并逐步波及歐洲，沖擊著自中世紀(jì)以來長期禁錮人們思想的枷鎖.日心說認(rèn)為：太陽是宇宙的中心，地球和其他行星都繞太陽轉(zhuǎn)動(dòng)，日心說又稱為“日心地動(dòng)說”或“日心體系”.16世紀(jì)，波蘭天文學(xué)家哥白

7、尼經(jīng)過近四十年的辛勤研究，在分析過去的大量資料和自己長期觀測的基礎(chǔ)上，于1543年出版的天體運(yùn)行論中，系統(tǒng)地提出了日心說.在托勒密的地心體系中，每個(gè)行星運(yùn)動(dòng)都含一年周期成分，但托勒密對(duì)此無法作出合理的解釋.哥白尼認(rèn)為，地球不是宇宙的中心，而是一顆普通行星，太陽才是宇宙的中心，行星運(yùn)動(dòng)的一年周期是地球每年繞太陽公轉(zhuǎn)一周的反映.哥白尼體系另一些內(nèi)容是：水星、金星、火星、木星、土星五顆行星和地球一樣，都在圓形軌道上勻速率地繞太陽公轉(zhuǎn).月球是地球的衛(wèi)星，它在以地球?yàn)橹行牡膱A軌道上，每月繞地球轉(zhuǎn)一周，同時(shí)跟地球一起繞太陽公轉(zhuǎn). 地球每天自轉(zhuǎn)一周，天穹實(shí)際上不轉(zhuǎn)動(dòng)，因地球自轉(zhuǎn)才出現(xiàn)日月星辰每天東升西落的現(xiàn)

8、象.恒星和太陽間的距離十分遙遠(yuǎn)，比日地間的距離要大得多.哥白尼曾列舉了許多主張地球自轉(zhuǎn)和行星繞太陽公轉(zhuǎn)的古代學(xué)者名字，他發(fā)揚(yáng)了這些學(xué)者的思想，竭盡畢生精力，經(jīng)過艱辛的觀測和數(shù)學(xué)計(jì)算，以嚴(yán)格的科學(xué)論據(jù)建立了日心體系.后來的觀測事實(shí)不斷地證實(shí)并發(fā)展了這一學(xué)說.限于當(dāng)時(shí)的科學(xué)發(fā)展水平，哥白尼的日心說也有缺點(diǎn)和錯(cuò)誤，這就是：認(rèn)為太陽是宇宙的中心，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；沿用了行星在圓軌道做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的舊觀念，實(shí)際上行星軌道是橢圓的，運(yùn)動(dòng)速度的大小也不是恒定的.學(xué)生活動(dòng)：討論日心說的合理性，發(fā)表自己的見解.三、牛頓的大綜合展示閱讀材料：古希臘的燦爛文化在漫長的黑暗中世紀(jì)

9、埋沒風(fēng)塵，黯然失色.15世紀(jì)，文藝復(fù)興的大旗飄揚(yáng)在歐洲大陸上，自然科學(xué)獲得新的生命，蓬勃成長.科學(xué)巨匠N.哥白尼、第谷、J.開普勒、伽利略以及R.笛卡兒等先后馳名于歐洲.一場科學(xué)革命沖破了中世紀(jì)封建勢力和經(jīng)院哲學(xué)的層層羅網(wǎng)，不斷取得勝利.牛頓偉大的科學(xué)家，經(jīng)典物理學(xué)理論體系的建立者正是在歐洲出現(xiàn)政治、經(jīng)濟(jì)和科學(xué)文化新變革的時(shí)代誕生的.由于牛頓在劍橋受到數(shù)學(xué)和自然科學(xué)的熏陶和培養(yǎng)，對(duì)探索自然現(xiàn)象產(chǎn)生極為濃厚的興趣.就在16651666年這兩年之內(nèi)，他在自然科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)思潮奔騰，才華迸發(fā)，思考前人從未思考過的問題，踏進(jìn)前人沒有涉及的領(lǐng)域，創(chuàng)建前所未有的驚人業(yè)績.16世紀(jì)，丹麥天文學(xué)家第谷對(duì)行星繞日運(yùn)

10、行作了長年累月的觀測，他死后，德國天文學(xué)家開普勒整理并分析了第谷的20年的觀測記錄，總結(jié)出行星運(yùn)動(dòng)的著名開普勒三定律.這個(gè)發(fā)現(xiàn)不僅為經(jīng)典天文學(xué)奠定了基礎(chǔ)，更重要的是導(dǎo)致了其后萬有引力定律的發(fā)現(xiàn).17世紀(jì)，牛頓用引力理論和運(yùn)動(dòng)三定律把天上行星和它們的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)規(guī)律，同地上重力下墜的現(xiàn)象統(tǒng)一起來，實(shí)現(xiàn)了天上人間的統(tǒng)一，這是牛頓在自然哲學(xué)上的偉大貢獻(xiàn).牛頓一生的重要貢獻(xiàn)是集16、17世紀(jì)科學(xué)先驅(qū)們成果的大成，建立起一個(gè)完整的力學(xué)理論體系，把天地間萬物的運(yùn)動(dòng)規(guī)律概括在一個(gè)嚴(yán)密的統(tǒng)一理論中.這是人類認(rèn)識(shí)自然的歷史中第一次理論的大綜合.以牛頓命名的力學(xué)是經(jīng)典物理學(xué)和天文學(xué)的基礎(chǔ)，也是現(xiàn)代工程力學(xué)以及與之有關(guān)

11、的工程技術(shù)的理論基礎(chǔ).這一成就，使以牛頓為代表的機(jī)械論的自然觀，在整個(gè)自然科學(xué)領(lǐng)域中取得了長達(dá)兩百年的統(tǒng)治地位.學(xué)生活動(dòng)：合作交流，牛頓是如何實(shí)現(xiàn)天上人間的統(tǒng)一的？四、對(duì)太空的探索展示閱讀材料：在牛頓力學(xué)的基礎(chǔ)上，人類在對(duì)太空探索的理論與實(shí)踐方面都獲得了豐碩成果.1957年10月4日，世界第一顆人造地球衛(wèi)星高速穿過大氣層進(jìn)入太空，繞地球旋轉(zhuǎn)了1 400周，它的成功發(fā)射，是人類邁向太空的第一步，這就是蘇聯(lián)發(fā)射的“人造地球衛(wèi)星”1號(hào).該衛(wèi)星呈球形，外直徑為58厘米，質(zhì)量為83千克，發(fā)射于蘇聯(lián)的拜科努爾發(fā)射場.從地球有了第一顆人造衛(wèi)星至今，各國的空間技術(shù)都有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展.50年代末到60年代初，

12、人造衛(wèi)星的發(fā)射主要用于探測地球空間環(huán)境和進(jìn)行各種衛(wèi)星技術(shù)試驗(yàn).60年代中，人造衛(wèi)星進(jìn)入了應(yīng)用階段.70年代起，各種新型專用衛(wèi)星的性能不斷提高，諸多衛(wèi)星已為人類作出了重要貢獻(xiàn).中國在1970年發(fā)射了人造地球衛(wèi)星，成為全世界第五個(gè)發(fā)射人造地球衛(wèi)星的國家.1961年4月12日，蘇聯(lián)成功地發(fā)射了第一艘載人宇宙飛船“東方”號(hào)，尤里·加加林成功地完成了劃時(shí)代的宇宙飛行任務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)了人類遨游太空的夢(mèng)想，開創(chuàng)了世界載人航天的新紀(jì)元，揭開了人類進(jìn)入太空的序幕.此后又相繼發(fā)射了“上升”號(hào)、“聯(lián)盟”號(hào)飛船；與此同時(shí)，美國于1962年2月發(fā)射了“水星”號(hào)飛船，之后又發(fā)射了“雙子星座”號(hào)飛船和“阿波羅”號(hào)登

13、月載人飛船.隨著航天技術(shù)的發(fā)展，載人飛船的性能將得以不斷改進(jìn)和完善，使用功能增多、返回著陸落點(diǎn)控制精度可提高到百米級(jí)范圍，飛船座艙可重復(fù)使用等.1966年3月17日，雙子星座8號(hào)的宇航員進(jìn)行了首次太空對(duì)接.之后不久，由于飛船損傷系統(tǒng)突然失靈，宇航員們不得不進(jìn)行緊急著陸處理.宇航員尼爾-A-阿姆斯特朗和戴維-R-斯考特在計(jì)劃為期3天的飛行使命中的第5圈飛行時(shí)，操縱其雙子星座封艙與阿根納號(hào)宇宙飛船對(duì)接成功.半小時(shí)后，雙子星號(hào)密封艙開始旋轉(zhuǎn)并失去控制.接著，宇宙飛船上12只小型助推火箭中的一只原因不明地起火.宇航員隨即將其飛行器與阿根納號(hào)分離，并成功地在太平洋上濺落.1975年蘇美關(guān)系在二戰(zhàn)后第一次

14、開始變暖.蘇聯(lián)“聯(lián)盟”號(hào)與美國的“阿波羅”號(hào)飛船在軌道上實(shí)現(xiàn)對(duì)接，這在世界上引起了轟動(dòng).關(guān)于這次試驗(yàn)性飛行有許多鮮為人知的故事.1975年7月15日，聯(lián)盟19號(hào)飛船和阿波羅18號(hào)飛船相繼上天，對(duì)接艙放在土星火箭的裙段與阿波羅18號(hào)一同發(fā)射.大約兩天后，兩艘飛船經(jīng)過一系列的變軌行動(dòng)，在德國上空會(huì)合對(duì)接.經(jīng)過45個(gè)小時(shí)的共同飛行，兩艘飛船雙雙安全返回地球.這次被譽(yù)為“軌道上的握手”的飛行，是載人航天史上的第一次國際合作，在技術(shù)上為航天員救援提供了新的手段，并為未來的太空計(jì)劃，提供了早期樣板.但更重要的是為改善美蘇關(guān)系乃至東西方關(guān)系作出了重要貢獻(xiàn).其意義遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了航天技術(shù)發(fā)展的本身.1981年4月1

15、2日當(dāng)?shù)貢r(shí)間上午7點(diǎn)（北京時(shí)間20點(diǎn)），美國航天飛機(jī)“哥倫比亞”號(hào)在佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角肯尼迪航天中心發(fā)射上天.在科學(xué)技術(shù)發(fā)展上，這都是一件引起全世界注目的大事.自1957年蘇聯(lián)第一顆人造衛(wèi)星上天以來，世界宇航科學(xué)已經(jīng)有了很大發(fā)展，目前空中不停運(yùn)轉(zhuǎn)的各種人造衛(wèi)星不計(jì)其數(shù).然而，它們只能自行墜毀無法維修，更不能返回地球重新使用.“哥倫比亞”號(hào)航天飛機(jī)的設(shè)計(jì)，正是為了解決這個(gè)問題.它可以像火箭一樣地飛，像人造衛(wèi)星一樣地在太空軌道上運(yùn)行，又可以像滑翔機(jī)一樣地按時(shí)按地降落，然后還可以再次使用.18米長的機(jī)艙，能裝運(yùn)36噸重的貨物.將可以用作在太空中進(jìn)行工作的科學(xué)實(shí)驗(yàn)室，為人類開辟新的知識(shí)源泉，甚至還

16、能成為一個(gè)空中工廠，生產(chǎn)一些在地面上難以生產(chǎn)的高標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品.還可以成為太空修理站，載人和裝備去建立新的衛(wèi)星，維修或撤回舊的衛(wèi)星.有人把航天飛機(jī)稱作“太空卡車”.第一架載人在太空穿梭并能返回地面反復(fù)使用的航天飛機(jī)“哥倫比亞”號(hào)，以每小時(shí)17 500英里的速度圍繞地球轉(zhuǎn)了36圈經(jīng)歷54個(gè)半小時(shí)，于4月14日下午按計(jì)劃飛返位于加利福尼亞州的愛德華空軍基地.1984年2月7日，美國“挑戰(zhàn)者”號(hào)航天飛機(jī)的兩名宇航員麥坎德利斯和斯圖爾特先后實(shí)現(xiàn)在太空行走.這兩名宇航員和航天飛機(jī)以每小時(shí)17 400英里（每小時(shí)28 000千米）的速度飛馳，但是在太空中并沒有這種速度感覺.噴氣背包試驗(yàn)是要表明宇航員能夠在不系安

17、全帶的情況下回收和修理飛行中的衛(wèi)星.這兩人已在太空中修理了一項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置、一架照相機(jī)和松了的絕熱層.1990年4月24日，由美國航天飛機(jī)送上太空軌道的“哈勃”望遠(yuǎn)鏡，長13.3米，直徑4.3米，重11.6噸，造價(jià)近30億美元，“哈勃”以2.8萬千米的時(shí)速沿太空軌道運(yùn)行，默默地窺探著太空的秘密.“哈勃”望遠(yuǎn)鏡是有史以來最大、最精確的天文望遠(yuǎn)鏡.它上面的廣角行星照相機(jī)可拍攝上百個(gè)恒星的照片，其清晰度是地面天文望遠(yuǎn)鏡的10倍以上，1.6萬千米以外的一只螢火蟲都難逃它的“法眼”.它創(chuàng)造了一個(gè)個(gè)太空觀測奇跡，包括發(fā)現(xiàn)黑洞存在的證據(jù)，探測到恒星和星系的早期形成過程，觀測到迄今為止人類已發(fā)現(xiàn)的最遙遠(yuǎn)、距離地球130億光年的古老星系.在人類探索太空的過程中，也有不少勇士付出了生命的代價(jià).他們?yōu)榭茖W(xué)進(jìn)步獻(xiàn)出了生命，他們