1. 天体运动教学目标设计

《行星的运动》教学设计

海伦市第二中学 邓嘉枫

【设计思想】

本节课内容是该章第一单元的开篇。这一单元教材在安排上按照科学探究的思路展开，重在介绍万有引力定律建立的过程，这是一次生动的科学思维和科学方法的教育。从古代朴素的唯物主义思想，到天文学家对行星运动大量的观察资料；从研究行星运动规律，到猜想行星运动的原因；最终得到万有引力定律，无处不在体现着科学探索的精神与方法。这节内容在第一单元教学中起到开门砖的作用。对学生来说本节内容是抽象的、陌生的，甚至无法去感知。对天体的运动充满好奇又觉得非常神秘而不易理解。所以我们必须去引导学生了解人们对星体运动认识的发展过程，从“日心说”和“地心说”的内容到其两者之间的争论，从第谷的精心观测到开普勒的数学运算，在学生整体感知的过程中引导学生体会这些大师们的思路、方法及他们的一丝不苟的科学精神，并激发他们热爱科学、探索真理的求知热情。

本节内容包括“地心说”“日心说”的内容、开普勒定律的内容和天体运动的近似处理等知识点。

【教学目标】

一、知识目标

1．了解“地心说”和“日心说”两种不同的观点及发展过程；

2．知道开普勒对行星运动的描述；

3．知道天体运动的近似处理方法。

二、能力目标

1．培养学生在客观事物的基础上通过分析、推理提出科学假设，再经过实验验证的正确认识事物本质的思维方法；

2．通过学习，培养学生善于观察、善于思考和提高实际应用的能力；

3．通过体验性活动提高学生实践的意识。

三、德育目标

1．通过开普勒行星运动定律的建立过程，渗透科学发现的方法论教育，建立科学的宇宙观和价值观；

2．激发学生热爱科学、探索真理的求知热情；

3．培养学生交流合作以及评价探究结果的素养。

【教学重点】

1．“日心说”的建立过程。

2．行星运动的规律。

【教学难点】

1．学生对天体运动缺乏感性认识。

2．开普勒行星运动规律的应用。

【教学方法】

1．“日心说”建立的教学──采用对比、反证及讲授法。

2．行星运动规律的建立──采用挂图、放录像资料或用CAI课件模拟行星的运动情况。

【教学用具】

多媒体课件、挂图、细绳、白纸教学步骤

教师活动

学生交流活动

点

评

导人新课：

在第七章之前我们一直在讲质点的运动 无论是牛顿第二定律还是刚刚学过的曲线运动 包括圆周运动 都属于对质点的描述 那么咱们今天要讲的这个是从质点放眼到宇宙去看 研究宇宙天体之间的运动以及它受力的特点 那么也就是咱们要讲的第七章万有引力与航天 我们今天的第一节行星的运动

t板书：行星的运动。

一、“地心说”和“日心说”的发展过程

在古代，人类最初通过直接的感性认识，建立了“地心说”的观点，认为地球是静止不动的，而太阳和月亮绕地球而转动。因为“地心说”比较符合人们的日常经验，太阳总是从东边升起，从西边落下，好像太阳绕地球转动。正好，“地心说”的观点也符合宗教神学关于地球是宇宙中心的说法，所以“地心说”统治了人们很长时间。但是随着人们对天体运动的不断研究，发现“地心说”所描述的天体的运动不仅复杂而且问题很多。如果把地球从天体运动的中心位置移到一个普通的、绕太阳运动的行星的位置，换一个角度来考虑天体的运动，许多问题都可以解决，行星运动的描述也变得简单了。

让学生充分体会人类在对行星运动规律的认识过程中充满着曲折和艰辛。

第谷等科学家经过长期观测及记录的大量的观测数据，用托勒密的“地心说”模型很难得出完美的解答。当时，哥伦布和麦哲伦的探险航行已经使不少人相信地球并不是一个平台，而是一个球体，哥白尼就开始推测是不是地球每天围绕

自己的轴线旋转一周呢？他假设地球并不是宇宙的中心，它与其他行星都是围绕着太阳做匀速圆周运动。这就是“日心说？的模型。用“日心说”能较好地和观测的数据相符合，但它的思想几乎在一个世纪中被忽略，很晚才被人们接受。原因有：(1)“日心说”只是一个假设。利用这个“假设”，行星运动的计算比“地心说”容易得多。但著作中有很不精确的数据。根据这些数据得出的结果不能很好地跟行星位置的观测结果相符合。(2)当时的欧洲的统治者还是教会，把哥白尼的学说称为“异端学说”，因为它不符合教会的利益。致使这个正确的观点被推迟一个世纪才被人们所接受。

德国的物理学家开普勒继承和总结了他的导师第谷的全部观测资料及观测数据，也是以行星绕太阳做匀速圆周运动的模型来思考和计算的，但结果总是与第谷的观测数据有8 的角度误差，当时公认的第谷的观测误差不超过2。开普勒想，很可能不是匀速圆周运动。在这个大胆思路下，开普勒又经过四年多的刻苦计算，先后否定了19种设想，最后终于计算出行星是绕太阳运动的，证明了哥白尼的“日心说”是正确的。

科学家的伟大既在于严谨的科学态度与科学精神，也需要极大的推翻权威的勇气。

同学们，通过对人类对行星运动的认识过程。你有什么感想？

引导学生在课后阅读{科学足迹）

学生踊跃发表自己的感想：

前人的这种对问题的一丝不苟、孜孜以求的精神值得大家学习。

我们对待学习更应该是脚踏实地，认认真真，虽然哥白尼等人否定了地心不放过一点疑问，要有说，但仍然认为其他行星围绕太阳热爱科学、探索真理的做圆周运动。这个观点是错误的，热情及坚强的品质，来开普勒在第谷对780颗左右恒星观实现我们的人生价值。

察并有准确记录的基础上，提出了椭圆轨道定律、面积定律和周期定

律。

引出新课

二、开普勒定律

(1)出示行星运动的课件

(2)放有关行星运动的视频

开普勒第一定律（椭圆轨道定律）：所有的行星分别在大小不同

的椭圆轨道上围绕太阳运动，太阳

是在这些椭圆的一个焦点上。

学生可低声交流：

(3)体验活动：椭圆的制作

引发学生思考：

椭圆有什么特点？

椭圆中最长的线段（长轴）如何确定？

如果太阳位于椭圆的左焦点，学生交流讨论：近请同学们在自己画出的椭圆中标出近日点和远日点位置？并思考近日日距离与远日距离之和等于长轴的长度。

距离和远日距离的关系。

开普勒第二定律（面积定律）：太阳和行星的联线在相等的时间内所扫过的面积相等。若行星从A到B的时间和从C到D的时间相等，则图中的面积S1=S2

学生分组合作实验：以细绳的两端点为椭圆的两个焦点，用铅笔紧贴着细绳滑动，在纸上画出轨迹。

边看边介绍，让学生对行星运动有一个简单的感性认识。

录像的效果很好，很直观，让同学能看到三维的立体画面，让同学们的感性认识又提高一步。

引发学生思考：

学生交流讨论：

根据该定律，当行星靠近太阳由几何关系可知：时，运行的速度如何？当行星远离当行星在近日点时，距太阳时，运行的速度又如何？

离小，则走过的弧长大，所以行星运动快；

当行星在远日点时，距离大，则相同时间内走开普勒第三定律（周期定过的弧长短，所以行星律）：所有行星的椭圆轨道的半长运动的慢。

轴的三次方与公转周期的二次方的比值都相等。

若用R表示半长轴，用T表示周期，则有：的行星无关）

（K与运动

强调表达式中各物理量的含义

引发学生思考：

学生回答：木、水金、火、土、地球、天王星、海王星。

给予充分的肯定和鼓励，让他们获得成功的喜悦

对学生的回答要

现在我们已发现了太阳周围有几颗大行星吗？分别是什么？

注意学科间知识的渗透和联系

评价：（回答的很好），那同学们知道哪颗行星离太阳最近？

再问：水星绕太阳运转的周期会和地球一样吗？

学生回答：水星

学生积极交流讨论：

利用开普勒第三定律可知：绕同一恒星运评价：（回答的非常精彩）不转的不同行星，K是一过这是理论上的证明，有什么方法个常量。所以水星离太来验证吗？

阳最近，绕太阳运转的周期也最短。

开普勒三定律的意义

开普勒关于行星运动的确切描述不仅使人们在解决行星的运动学问题上有了依据，更澄清了人们多年来对天体运动神秘、模糊的认识，同时也推动了对天体动力学问题的研究。

充分发挥学生的主观能动性，培养良好的自学习惯

【巩固练习】

例1、某行星太阳运行的轨道如图所示，F1、F2是椭圆的两个焦点上，行星在A点的速率比在B点的速率大，则太阳是位于______点

A、 F1 B、 F2 C、 A D、B 例2、已知地球绕太阳的半径为R，公转周期为T1，月球绕地球的半径为R2，地球的一个近地卫星半径为R3，求卫星的周期T3等于多少？（心上运动都可看成是匀速圆周运动）

练习1、下列说法正确的是（ ）

A．地球是宇宙的中心，太阳、月亮及其它行星都绕地球运动

B．太阳是静止不动的，地球和其它行星都绕太阳运动

C．地球是绕太阳运动的一颗行星

D．日心说和地心说都具有局限性

练习2、若已知地球对它所有卫星的k值等于1.01×1013m3/s2 ,试求出月球运行的轨道半径. (月球绕地球运转的周期大约是27天)

【小结】

通过本节课的学习，我们了解和知道了：

一、地心说与日心说

地球是中心→地球偏心→

太阳是中心→宇宙无限

二、行星运动定律

1、第一定律（轨道定律）

2、第二定律（面积定律）

3、第三定律（周期定律） R 3/ T2 =k

（K是一个只与中心天体质量有关的物理量）

【作业】

1．阅读有关对行星运动的认识的发展史。

2．思考题：

把月球及绕地球的同步卫星看做绕地球做匀速圆周运动，试计算一下月球与同步卫星到地面中心的距离比。