高中物理必修2北京海淀育中万有引力第一节行星的运动基础教学教案

对开普勒行星运动定律的理解和应用
教学资源
多媒体、细绳（学生用来画椭圆）
教法设计
启发式讲授
教学过程
教师活动
学生活动
设计意图
引入新课：在浩瀚的宇宙中有着无数大小不一、形态各异的天体。白天我们沐浴着太阳的光辉，夜晚，仰望苍穹，繁星闪烁，美丽的月亮把我们带入无限的遐想中。由这些天体所组成的宇宙始终是人们渴望了解又不断探索的领域。宇宙是怎么来的？我们居住的地球又是什么样的？
1．开普勒第一定律（椭圆轨道定律）：所有行星分别在大小不同的椭圆轨道上围绕太阳运动,太阳在这些椭圆的一个焦点上
组织学生利用细绳和图钉画椭圆，并且让学生总结椭圆的特点：到两个定点之间的距离之和等于定长。
教师讲解焦点和半长轴、半短轴的概念。
同时指导学生认识到开普勒第一定律说明的是行星的轨道特征。
2．开普勒第二定律（面积定律）：对任意行星来说，它与太阳的连线（称为径矢）在相同的时间内扫过相同的面积。
同学们观看多媒体演示后，有什么感觉？
随着天文观测不断进步，“地心说”暴露出许多问题，不得不修改其模型，这使得地心说模型变得非常复杂——曾经多达80个本轮，人们自然怀疑是否正确了。
科学此时走到了“十字路口”，是继续修改原来的理论模型，还是舍弃，推翻旧模型，建立新理论？
2．日心说——哥白尼
哥白尼主张：宇宙规律应是简明和谐的，地心说理论的天空图像太乱，毫无统一性和规律性。
公元二世纪，天文学家托勒密，把当时天文学知识总结成宇宙的地心体系，发展完善了“地心说”，描绘了一个复杂的天体运动图象。
多媒体演示：托勒密的天体运动模型
教师讲解：地心说符合当时的观测结果，在航海上具有一定价值。地心说符合教会的观念，被教会引入教义，成为天经地义、不容置疑的真理。地心说一直持续了一千多年。
在我国的殷代，人们就已经利用长期对天体运动观测的数据制定了历法，指导农牧业生产，而航海的需要也促使人们对天体的运动进行观察。
经成百上千年的探索，伟大的科学家们对它已经有了一些初步的了解。本节我们就共同来学习前人所探索到的行星的运动情况。
关于行星的运动，同学们能否根据自己已有的知识，说一说有哪些代表人物和代表性的观点？
哥白尼查阅了古希腊和古罗马的许多文献，经过近四十年的观测和计算，于1543年在《天体运行论》里正式提出“日心说”。认为，太阳不动，处于宇宙的中心，地球和其它行星绕太阳在圆形轨道上公转。
多媒体演示：行星绕太阳公转
教师讲述：“哥白尼的眼光超越了地球……使人类来到了牛顿物理学的门前”“日心说”对天体的描述大为简化，同时打破了过去认为其它天体和地球截然有别的界限，是一项真正的科学革命。
日心说和宗教的主张是相反的，为宣传和捍卫这个学说，意大利学者布鲁诺被宗教裁判活活烧死，伽利略也受到残酷的迫害。
二、开普勒行星运动规律
十七世纪，德国开普勒在“日心说”的基础上，研究行星运动规律。
开普勒的兴趣和注意力更多地放在改进和完善哥白尼的日心说。
教师提问：研究运动规律，咱们一般关心什么问题？
教师引导：开普勒整理了他的老师，丹麦人第谷20多年观测行星运动的数据，在探讨行星轨道性质问题时，弟谷的观测数据与哥白尼体系和日心说不符合。开普勒对第谷数据的精确性深信不疑，他开始怀疑天体的运动轨迹并非是完美的圆，经过多年尝试性的计算，终于发现并先后发表了行星运动的三个定律。
2．通过有关地心说和日心说天体运动动画模拟，使天体运动模型在学生头脑中直观化，体会建立物理模型研究天体运动规律的科学方法（例如，在有限观测的基础上，建立完整的天体运动模型），以及科学发现的一种分析方法。
3．引导学生将椭圆运动近似看作圆周运动，使学生领悟物理学合理近似，建立简化模型的科学方法。
情感态度与价值观：
通过对托勒密、哥白尼、第谷、开普勒等科学家关于行星运动规律研究的介绍，使学生体会科学家们实事求是、尊重客观事实、不迷信权威、敢于坚持真理和勇于探索的科学态度和科学精神，体会对描述自然追求简单和谐是科学研究的动力之一。
教学重点
知道开普勒行星运动定律；体会物理模型方法及科学规律发现、发展的科学方法。
教学难点
教师提问：行星在近日点和远日点的速度一样吗？在那里更快一些？
引导学生进行总结，对于代表人物和观点按照时间顺序进行排序。
一、地心和日心说
1．地心说
古希腊的天文学家和哲学家发现太阳从东边升起，从西边落下。他们就认为地球是不动的，是宇宙的中心，一切天体——太阳、月亮、行星围绕着地球在天空做简单的完美的圆周运动。地心说的代表人物是亚里士多德。
教师引导：更加仔细的观察结果表明，行星并非总向一个方向移动，具有逆行现象。当理论与事实不符合时，需要对已有理论进行修正和补充。
教学目标
知识与技能：
1．了解人类对行星运动规律的认识历程。
2．了解观察的方法在认识行星运动规律中的作用。
3． 知道开普勒对行星运动的描述——开普勒三定律，知道其科学价值。
4．通过对行星运动规律的认识过程，培养学生的理解能力和推理能力。
过程与方法：
1．通过作椭圆图，使学生认识椭圆的基本特征，为理解开普勒第一定律作准备。
第一节行星的运动
设计思想
本节内容安排在学习曲线运动之后，得出万有引力定律之前，其目的是为了还原万有引力定律建立的历史，通过对行星运动规律的认识，对学生进行科学思维能力的培养，通过对托勒密、哥白尼、第谷、开普勒等科学家关于行星运动规律研究的介绍，使学生领略科学家的探索精神和对科学研究一丝不苟的态度，对学生进行科学精神和人文精神的教育。因此，本节课的知识内容虽说少，但是科学史料多，是对学生进行科学精神、科学方法和人文精神教育的很好的素材。教学设计上，应该立足于对学生进行科学精神、人文精神和科学思想方法的教育。学生在初中地理课的学习中已经有了关于行星运动的基本认识，在初中历史课的学习中已经初步了解了地心说与日心说，但是他们所知都是零散的，不准确的，因此对于教师来说不能将地心说与日心说之争一带而过，而应指出或让学生得出两种学说的成功与不足之处，这样才能让学生在思辩的过程中提高其理解能力和推理能力。天体的运动，学生没有条件进行观察，也无法利用实验验证，因此，本节内容以启发式讲授为主，辅以信息技术的整合。