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1、2022年高中物理 《從托勒密到開普勒》教案 滬科版必修2 一、知識目標(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.知道開普勒對行星運(yùn)動(dòng)的描述. 二、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. 三、教學(xué)難點(diǎn) 1.學(xué)生對天體運(yùn)動(dòng)缺乏感性認(rèn)識. 2.開普勒如何確定行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的. 四、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(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. 五、教學(xué)步驟 導(dǎo)入新課 我們與無數(shù)生靈生活在地球上，白天我

2、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了無限的遐想之中，這浩瀚無垠的宇宙中有著無數(shù)的大小不一、形態(tài)各異的天體，它們的神秘始終讓我們渴望了解，并不斷地去探索.而偉大的天文學(xué)家、物理學(xué)家已為我們的探索開了頭，讓我們對宇宙來一個(gè)初步的了解.首先，我們來了解行星的運(yùn)動(dòng)情況. 板書：行星的運(yùn)動(dòng). 新課教學(xué) （一）用投影片出示本節(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.知道開普勒對行星運(yùn)動(dòng)的描述. （二）學(xué)習(xí)目標(biāo)完成過程 1.“地心說”和“日心說”的發(fā)展過程 在浩瀚的宇宙中，存在著無數(shù)大小不一、

3、形態(tài)各異的星球，而這些天體是如何運(yùn)動(dòng)的呢？在古代，人類最初通過直接的感性認(rèn)識，建立了“地心說”的觀點(diǎn)，認(rèn)為地球是靜止不動(dòng)的，而太陽和月亮繞地球而轉(zhuǎn)動(dòng).因?yàn)椤暗匦恼f”比較符合人們的日常經(jīng)驗(yàn)，太陽總是從東邊升起，從西邊落下，好像太陽繞地球轉(zhuǎn)動(dòng).正好，“地心說”的觀點(diǎn)也符合宗教神學(xué)關(guān)于地球是宇宙中心的說法，所以“地心說”統(tǒng)治了人們很長時(shí)間.但是隨著人們對天體運(yùn)動(dòng)的不斷研究，發(fā)現(xiàn)“地心說”所描述的天體的運(yùn)動(dòng)不僅復(fù)雜而且問題很多.如果把地球從天體運(yùn)動(dòng)的中心位置移到一個(gè)普通的、繞太陽運(yùn)動(dòng)的行星的位置，換一個(gè)角度來考慮天體的運(yùn)動(dòng)，許多問題都可以解決，行星運(yùn)動(dòng)的描述也變得簡單了. 隨著世界航海事業(yè)的發(fā)展

4、，人們希望借助星星的位置為船隊(duì)導(dǎo)航，因而對行星的運(yùn)動(dòng)觀測越來越精確.再加上第谷等科學(xué)家經(jīng)過長期觀測及記錄的大量的觀測數(shù)據(jù)，用托勒密的“地心說”模型很難得出完美的解答.當(dāng)時(shí)，哥倫布和麥哲倫的探險(xiǎn)航行已經(jīng)使不少人相信地球并不是一個(gè)平臺(tái)，而是一個(gè)球體，哥白尼就開始推測是不是地球每天圍繞自己的軸線旋轉(zhuǎn)一周呢？他假設(shè)地球并不是宇宙的中心，它與其他行星都是圍繞著太陽做勻速圓周運(yùn)動(dòng).這就是“日心說”的模型.用“日心說”能較好地和觀測的數(shù)據(jù)相符合，但它的思想幾乎在一個(gè)世紀(jì)中被忽略，很晚才被人們接受.原因有：（1）“日心說”只是一個(gè)假設(shè).利用這個(gè)“假設(shè)”，行星運(yùn)動(dòng)的計(jì)算比“地心說”容易得多.但著作中有很不精確的

5、數(shù)據(jù).根據(jù)這些數(shù)據(jù)得出的結(jié)果不能很好地跟行星位置的觀測結(jié)果相符合.（2）當(dāng)時(shí)的歐洲的統(tǒng)治者還是教會(huì)，把哥白尼的學(xué)說稱為“異端學(xué)說”，因?yàn)樗环辖虝?huì)的利益.致使這個(gè)正確的觀點(diǎn)被推遲一個(gè)世紀(jì)才被人們所接受. 德國的物理學(xué)家開普勒繼承和總結(jié)了他的導(dǎo)師第谷的全部觀測資料及觀測數(shù)據(jù)，也是以行星繞太陽做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的模型來思考和計(jì)算的，但結(jié)果總是與第谷的觀測數(shù)據(jù)有8′的角度誤差.當(dāng)時(shí)公認(rèn)的第谷的觀測誤差不超過2′.開普勒想，很可能不是勻速圓周運(yùn)動(dòng).在這個(gè)大膽思路下，開普勒又經(jīng)過四年多的刻苦計(jì)算，先后否定了19種設(shè)想，最后終于計(jì)算出行星是繞太陽運(yùn)動(dòng)的，并且運(yùn)動(dòng)軌跡為橢圓，證明了哥白尼的“日心說”是正

6、確的.并總結(jié)為行星運(yùn)動(dòng)三定律. 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. 2.開普勒行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律 （1）出示行星運(yùn)動(dòng)的掛圖 邊看邊介紹，讓學(xué)生對行星運(yùn)動(dòng)有一個(gè)簡單的感性認(rèn)識. （2）放有關(guān)行星運(yùn)動(dòng)的錄像 錄像的效果很好，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. （3）開普勒行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律 開普勒關(guān)于行星運(yùn)動(dòng)的描述可表述為三定律.我們主要介紹開普勒第一定律和第三定律.?。?）所有的

7、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)焦點(diǎn)上.這就是開普勒第一定律.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)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.示意圖如下： ? ? ? ? ? ? 板書：開普勒第一定律：所有行星圍繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓，太陽處在所有橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上. （5）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.這是開普勒第三定律.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R表示橢圓的半長軸，T代表公轉(zhuǎn)周期，表達(dá)式可為： 顯

8、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？ 同學(xué)們開始討論、猜想. 都圍繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)，只與中心體有關(guān)的一個(gè)值了. 板書： 開普勒第三定律：所有行星的軌道的半長軸的三次方與公轉(zhuǎn)周期的三次方的比值都是相同的. 表達(dá)式： （R表示橢圓的半長軸，T表示公轉(zhuǎn)周期） （6）同學(xué)們知道現(xiàn)在我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)太陽周圍有幾顆行星了嗎？分別是什么？ 學(xué)生回答：金、木、水、火、土、地球、天王星、海王星、冥王星. 評價(jià)：（回答的很好），那同學(xué)們知道哪顆行星離太陽最近？ 同學(xué)回答：水星. 老師提問：水星繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)的周期多大？ 一般學(xué)生不知道.

9、 老師告訴學(xué)生：水星繞太陽一周需88天. 老師提問：我們生活的地球呢？ 同學(xué)們踴躍回答：約365天. 3.補(bǔ)充說明 （1）開普勒第三定律 對所有行星都適合. （2）對于同一顆行星的衛(wèi)星，也符合這個(gè)運(yùn)動(dòng)規(guī)律. 比如繞地球運(yùn)行的月球與人造衛(wèi)星，就符合這一定律 （K′與行星繞太陽的K值不同，中心體變，K值改變） 六、小結(jié) 通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們了解和知道了： 1.“地心說”和“日心說”兩種不同的觀點(diǎn)及發(fā)展過程. 2.行星運(yùn)動(dòng)的軌跡及物理量之間的定量關(guān)系 （K是與行星無關(guān)的量）. 3.行星繞太陽的橢圓的半長軸R3與周期T2的比值為K，還知道對一個(gè)行星的不同衛(wèi)星，它們也符合這個(gè)運(yùn)行規(guī)律，即 (K與K′是不同的). 七、板書設(shè)計(jì) 行星的運(yùn)動(dòng) 1.“地心說”與“日心說”的發(fā)展過程. 2.