1. 天体运动教案和课堂实录

天体运动

合江中学 赵志强

教学设计思路：

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非常重要的，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，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． 学习任务分析： 课前可让学生参观天文馆并进行天文观测，让学生对天文知识有初步的了解，在此基础上，产生星体做怎样的运动，为什么做这样或那样的运动的疑问，然后

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． 学习者分析：

学生对天体运动只有一些粗浅的认识，对天体运动规律的发现过程也是所知甚少，在教学中要让学生了解人类认识自然的精彩历史片断与科学的分析方法，体会科学家们追求真理的不屈不挠的精神． 教学目标

： 一、知识与技能

1．能简要说出“地心说”和“日心说”的不同观点，了解其发展过程． 2．知道开普勒对行星运动的描述——开普勒三定律． 二、过程与方法 1．利用细绳和笔作椭圆图，使学生认识椭圆的基本特征，为理解开普勒第一定律做准备． 2．通过地心说和日心说中的天体运动图，天体运动模型在学生头脑中直观化，使学生体会建立物理模型研究天体运动规律的科学方法以及科学发现的分析方法．

3．引导学生将椭圆运动近似地看做圆周运动，使学生领悟物理学合理近似、建立简化模型的科学方法． 三、情感、态度与价值观

1．培养学生尊重知识、尊重历史、尊重科学的精神． 2．培养学生不畏艰难险阻永攀科学高峰的精神．

3．领略宇宙的神奇与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲． 教学准备： 多媒体电脑及相关软件． 教学重点难点：

重点：理解和掌握开普勒行星运动定律，认识行星的运动．学好本节有利于认识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，并有利于对人造卫星的学习．

难点：对开普勒行星运动定律的理解和应用，澄清人们对天体运动神秘、模糊的认识．

教学过程：

一、新课引入 [多媒体展示]“神舟六号” 载人航天飞船成功发射时的场景． [讲解]“神舟六号” 载人航天飞船的成功发射标志着我国航天事业的发展进入了一个新的阶段，无论是我国的“嫦娥登月计划”还是美国的“惠更斯”登陆“土卫六”，都是人类在宇宙探索中迈出的一小步，但正是这一小步凝聚着几千年的人类文明． [多媒体展示] 人类对宇宙的认识．

1．神话时期 当时的人们认为宇宙是神秘的、不可知的，对于许多自然现象都用一些神话故事来解释．如盘古开天辟地． 2．哲学时期 后来随着生产力水平的提高，人们懂得了凭借一些简单的直觉与观察，对自然进行猜想与思辨．如彗星的出现被认为是来年天灾人祸的预兆． 3．仪器观测 自从伽利略发明了天文望远镜之后，人类对宇宙的观测范围从地球之内扩展到了地球之外． 4．科学探究 今天，我们甚至可以使用先进的科学设备对地球之外的行星进行科学考察，探索宇宙中的奥秘． 二、新课教学 [提问] 在宇宙中像地球这样的行星大约有上亿颗，要想探索宇宙奥秘，寻找智慧生命，首先要对行星的运动有所了解．你对宇宙中行星的运动特点有哪些认识呢？ 1．“地心说”

“地心说” 认为地球是宇宙的中心，是静止不动的，太阳、月亮以及其他行星都围绕地球运动，托勒密更是根据前人的观点结合自己的观测记录提出一套以自己名字命名的宇宙体系．“地心说” 符合人们的直接经验，同时也符合势力强大的宗教神学关于地球是宇宙中心的认识，故地心说一度占据了统治地位． 但后来随着观测技术的发展，“地心说” 对行星运动过程中出现的忽快忽慢及行星逆转等现象都不能做出合理的解释，人们开始怀疑“地心说” 的正确性． 2．“日心说”

“日心说” 则认为太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动． 哥白尼根据自己的观测记录，提出太阳才是宇宙的中心，地球和其他行星都在绕着太阳运动．哥白尼在病床上将自己的《天体运行论》发表． 3．第谷 第谷在“观天堡” 工作 20 余年，在天文学方面取得一系列成就，尤其是在天文观测方面，第谷去世后他的观测数据留给了他的助手开普勒． 4．开普勒三定律 （1）开普勒第一定律 [讲解] 开普勒在运用第谷的观测数据对哥白尼的“日心说” 进行验证时发现火星的轨道存在偏差．

[提问] 是什么原因造成了偏差呢？ [学生讨论]

1．计算错误； 2．第谷的观测数据出现了问题； 3．哥白尼的日心说存在不完善之处． [分析] 开普勒进行了 70 余次反复计算，排除了第一种可能，他相信第谷观测数据的科学性，大胆提出是日心说存在不完善的地方，经过对行星运动轨道的修正，得出开普勒第一定律． 开普勒第一定律：所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上．

[学生活动] 体验行星绕着太阳运动的轨迹．利用笔、纸、图钉和绳子画出椭圆，并对椭圆的焦点与半长轴进行讲解． （2）开普勒第二定律 [讲解] 开普勒在对行星绕太阳运动的数据进行分析时，发现离太阳越近运动得越快，反之则越慢． 通过对行星运动数据的推导，开普勒发现行星与太阳之间的连线扫过的面积具有一定的特点． 开普勒第二定律：太阳与任何一个行星的连线在相等的时间内扫过的面积相等．

（3）开普勒第三定律

[讲解] 开普勒在发现了第一、第二定律后，并没有停止对第谷留给他的观测数据的研究． 当他对行星运动的周期与半径进行研究时，发现了其中存在的微妙的关系．

[提问] 你能从中发现什么吗？

水星 金星 地球 火星 木星 土星 周期（年） 0.24 0.62 1.00 1.88 11.90 29.50 距太阳的平均距离（10km） 57.9 108.2 149.6 227.9 778.3 1427.0 6[学生回答] 随着周期增大，行星与太阳的距离也越大． [提问] 在数值上，距离与周期可能存在什么关系呢？ [学生回答] 成正比． [学生活动] 对数据进行分析处理，判断它们之间是否成正比． [结论] 不同的行星的周期与距离之比不是一个定值，因此他们之间不成正比． [提问] 周期与距离之间既然不成正比，那么他们还可能存在什么样的关系呢？ [学生活动] 提出猜想：

[分组活动] 将学生分成几组，分别对几种猜想进行验证． [结论] 距离的三次方与周期的平方之比在一定误差内可认为是一个定值．因此得到距离的三次方与周期的平方成正比． 开普勒第三定律：

行星绕太阳运行轨道半长轴

r 的立方与其公转周期

T

的平方成正比．

[讲解] 开普勒第三定律是开普勒对第谷的观测数据进行长达 10 年的分析后得出的结论．可见任何一个物理定律的得出都要经历一个漫长且艰苦的过程． 九、课堂小结

教师请学生谈谈通过本节课的学习知道了什么，有什么感想． 本节中心内容是理解日心说，理解并且记住开普勒关于行星运动的三条定律：椭圆轨

道定律；面积定律；椭圆轨道半长轴与运行周期关系定律． 师生共同谈感想： 日心说很长时间里一直不被接受，任何一个学说，如果没有观测事实或实验证据的支持，就不可能被接受． 由于地心说比较符合人们的日常经验，所以统治了很长时间．但是随着人们对天体运动的不断研究，日心说逐渐被越来越多的人接受，真理最终战胜了谬误． 十、板书设计

一、行星的运动 1．地心说 2．日心说 二、

开普勒三大定律 1. 开普勒第一定律

（轨道定律） 2. 开普勒第二定律

（面积定律）

3. 开普勒第三定律

（周期定律）

教学流程图：

教学反思：

本节课力图

对学生进行科学精神与人文精神教育及科学方法教育，从而达到提高学生的科学素养、培养学生的科学探索精神和坚韧不拔的意志品质的目的．课上通过教师的引导，学生展开想象，大胆猜想，并进行充分讨论．课前教师充分准备，课上教师引导得当，就能够取得比较好的教学效果．