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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 1.了解“地心說”和“日心說”兩種不同的觀點及發(fā)展過程. 2.知道開普勒對行星運動的描述. 二、教學重點 1.“日心說”的建立過程. 2.行星運動的規(guī)律. 三、教學難點 1.學生對天體運動缺乏感性認識. 2.開普勒如何確定行星運動規(guī)律的. 四、教學方法 1.“日心說”的建立的教學——采用對比、反證及講授法. 2.行星運動規(guī)律的建立——采用掛圖、放錄像資料或用CAI課件模擬行星的運動情況. 五、教學步驟 導入新課 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.而偉大的天文學家、物理學家已為我們的探索開了頭，讓我們對宇宙來一個初步的了解.首先，我們來了解行星的運動情況. 板書：行星的運動. 新課教學 （一）用投影片出示本節(jié)課的學習目標 1.了解“地心說”和“日心說”兩種不同的觀點及發(fā)展過程. 2.知道開普勒對行星運動的描述. （二）學習目標完成過程 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動的呢？在古代，人類最初通過直接的感性認識，建立了“地心說”的觀點，認為地球是靜止不動的，而太陽和月亮繞地球而轉動.因為“地心說”比較符合人們的日常經(jīng)驗，太陽總是從東邊升起，從西邊落下，好像太陽繞地球轉動.正好，“地心說”的觀點也符合宗教神學關于地球是宇宙中心的說法，所以“地心說”統(tǒng)治了人們很長時間.但是隨著人們對天體運動的不斷研究，發(fā)現(xiàn)“地心說”所描述的天體的運動不僅復雜而且問題很多.如果把地球從天體運動的中心位置移到一個普通的、繞太陽運動的行星的位置，換一個角度來考慮天體的運動，許多問題都可以解決，行星運動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導航，因而對行星的運動觀測越來越精確.再加上第谷等科學家經(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.當時，哥倫布和麥哲倫的探險航行已經(jīng)使不少人相信地球并不是一個平臺，而是一個球體，哥白尼就開始推測是不是地球每天圍繞自己的軸線旋轉一周呢？他假設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動.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世紀中被忽略，很晚才被人們接受.原因有：（1）“日心說”只是一個假設.利用這個“假設”，行星運動的計算比“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)得出的結果不能很好地跟行星位置的觀測結果相符合.（2）當時的歐洲的統(tǒng)治者還是教會，把哥白尼的學說稱為“異端學說”，因為它不符合教會的利益.致使這個正確的觀點被推遲一個世紀才被人們所接受. 德國的物理學家開普勒繼承和總結了他的導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動的模型來思考和計算的，但結果總是與第谷的觀測數(shù)據(jù)有8′的角度誤差.當時公認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動.在這個大膽思路下，開普勒又經(jīng)過四年多的刻苦計算，先后否定了19種設想，最后終于計算出行星是繞太陽運動的，并且運動軌跡為橢圓，證明了哥白尼的“日心說”是正

6、確的.并總結為行星運動三定律. 同學們，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習.我們對待學習更應該是腳踏實地，認認真真，不放過一點疑問，要有熱愛科學、探索真理的熱情及堅強的品質，來實現(xiàn)你的人生價值. 2.開普勒行星運動規(guī)律 （1）出示行星運動的掛圖 邊看邊介紹，讓學生對行星運動有一個簡單的感性認識. （2）放有關行星運動的錄像 錄像的效果很好，很直觀，讓同學能看到三維的立體畫面，讓同學們的感性認識又提高一步. （3）開普勒行星運動的規(guī)律 開普勒關于行星運動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、行星圍繞太陽運行的軌道都是橢圓，太陽處在所有橢圓的一個焦點上.這就是開普勒第一定律.行星運動的軌道不是正圓，行星與太陽的距離一直在變.有時遠離太陽，有時靠近太陽.它的速度的大小、方向時刻在改變.示意圖如下： ? ? ? ? ? ? 板書：開普勒第一定律：所有行星圍繞太陽運動的軌道都是橢圓，太陽處在所有橢圓的一個焦點上. （5）所有行星的軌道半長軸的三次方跟公轉周期的二次方的比值都相等.這是開普勒第三定律.每個行星的橢圓軌道只有一個，但是它們運動的軌道的半長軸的三次方與公轉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代表公轉周期，表達式可為： 顯

8、然K是一個與行星本身無關的量，同學們想一想，K有可能與什么有關呢？ 同學們開始討論、猜想. 都圍繞太陽運轉，只與中心體有關的一個值了. 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周期的三次方的比值都是相同的. 表達式： （R表示橢圓的半長軸，T表示公轉周期） （6）同學們知道現(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？ 學生回答：金、木、水、火、土、地球、天王星、海王星、冥王星. 評價：（回答的很好），那同學們知道哪顆行星離太陽最近？ 同學回答：水星. 老師提問：水星繞太陽運轉的周期多大？ 一般學生不知道.

9、 老師告訴學生：水星繞太陽一周需88天. 老師提問：我們生活的地球呢？ 同學們踴躍回答：約365天. 3.補充說明 （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，也符合這個運動規(guī)律. 比如繞地球運行的月球與人造衛(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 通過本節(jié)課的學習，我們了解和知道了： 1.“地心說”和“日心說”兩種不同的觀點及發(fā)展過程. 2.行星運動的軌跡及物理量之間的定量關系 （K是與行星無關的量）. 3.行星繞太陽的橢圓的半長軸R3與周期T2的比值為K，還知道對一個行星的不同衛(wèi)星，它們也符合這個運行規(guī)律，即 (K與K′是不同的). 七、板書設計 行星的運動 1.“地心說”與“日心說”的發(fā)展過程. 2.