資源簡介

課題 7.1行星的運動
教材 章節 高中物理必修二第七章第一節 課型 新授課
授課 時間 授課 地點
教 材 分 析 本節的地位和作用： 本節主要講述了行星的運動規律的探究過程，是學生學習萬有引力定律的基礎，也是學生學習本章知識的基礎。在編寫本節內容時，教材中介紹了許多歷史資料，由此我們可以了解有關科學家的探究經歷。通過閱讀教材我們可以感受到科學家們對于尋求真理，求真求簡的科學精神。尊重客觀事實，堅持實事求是是科學探究的基本態度和社會責任。 教材內容分析： 本節先介紹了古代人們通過對星空的觀察，嘗試對探究日月星辰的奧秘，介紹了人類對天體運動的認識路程。由托勒密的地心說到哥白尼的日心說，而后，開普勒通過大量的數據，分析出了開普勒行星運動定律。學習開普勒行星運動定律后再將行星運動軌道視為圓軌道進行分析，方便中學階段學生對知識的理解與應用按照行星運動的發展歷史來學習本節課的內容比較符合學生的認知發展水平。
學 情 分 析 興趣特點： 本節課通過介紹大量的歷史資料，詳細地描述了行星運動的探索過程，高中學生對星辰日月的奧秘也有強烈的好奇心，根據這一現實情況，有助于教師開展本節課的教學。 知識與能力基礎： 學生通過高一上半學期的學習，已經適應了高中物理的教學方法，對物理的探究特點有了初步認識，學習本節內容相對容易一些。且關于行星運動的知識在很多科學興趣書上都有介紹，有些學生在閱讀課外資料時對本節知識已經有了初步了解。 認知困難： 學生在關于開普勒定律的細節方面沒有感性的認識，有關橢圓的知識尚未進行系統的學習，這將是本節課的介紹難點。
教 學 目 標 物理觀念： 1.了解人類探究行星運動的過程. 2.知道開普勒行星運動定律的內容和科學價值. 3.了解開普勒定律中的k值，只與中心天體有關. 科學思維： 通過閱讀教材，了解托勒密、哥白尼、第谷、開普勒等科學家研究行星運動的過程，培養學生通過觀察實際現象，大膽猜想現象后的真理。 科學態度與責任： 了解科學家們探究物理規律的曲折過程，明白科學家堅持實事求是尊重客觀事實、敢于追求真理的科學態度與科學精神.
重 點 與 難 點 重點： 1.理解開普勒行星運動定律并能夠應用. 利用開普勒第三定律的公式解決實際問題. 難點： 1.培養學生對天體運動的感性認識. 2.開普勒行星運動定律的應用.
教 學 方 法 以講授法為主，系統地講授行本節課內容，再結合問答發與討論法，讓學生體會科學家們探索真理的過程.
教 學 用 具
教 學 過 程
教學 環節 教師活動 學生活動 設計意圖
課前預習 課前安排學生在課下閱讀本節教材，并查閱相關資料，對本節內容進行初步了解。在預習時讓學生注意以下幾個問題： 1.心說和日心說的內容是什么？ 2.開普勒行星運動定律有幾條？分別是什么？有什么物理意義？ 引導學生對課本中的知識產生好奇心，并記下自己不理解的地方，在課堂上著重學習。 提前閱讀教材，了解人類探索行星運動規律的過程，在預習過程中，注意思考老師提出的問題，對于課本中不理解的地方要記錄下來，在課堂上聽老師講解。 1.提前預習可以讓學生初步了解本節知識，還可以引起學生好奇心，在預習的過程中讓學生思考教師提出的問題，可以讓學生把注意力放到本節課的重點內容上，有利于本節課的開展。
課堂講授 1.根據教材內容和科學漫步部分，按講授人類對行星運動規律的認識。介紹三位天文科學家托勒密、哥白尼和開普勒，并介紹他們的學說地心說和日心說的內容。托勒密的地心說認為地球是宇宙的中心，是靜止不動的，太陽、月球以及其他星體都圍繞地球運動。哥白尼的日心說認為太陽是靜止不動的，地球和其他行星都繞著太陽做勻速圓周運動。開普勒的日心說認為太陽是靜止不動的，地球和其他行星都繞著太陽運動，但不是勻速圓周運動（運行軌道是橢圓，而且運行的速度在不斷變化） 2.教師提問學生探究開普勒對行星運動的描述與哥白尼的日心說有何不同？帶著這個問題，教師帶領學生學習開普勒行星運動定律。 （1）開普勒第一定律 1.內容：所有行星繞太陽運動的軌道都是橢圓，太陽處在橢圓的一個焦點上，因此開普勒第一定律又叫軌道定律； 2.補充橢圓的相關知識，介紹畫橢圓的方法，焦點、焦距、長軸、短軸等知識點： 3.行星繞太陽運動的軌道均是橢圓，太陽位于橢圓的其中一個焦點上。 （2）開普勒第二定律 1.內容：對于任意一個行星來說，它與太陽的連線在相等的時間內掃過相等的面積，因此開普勒第二定律又叫面積定律； 2.利用行星在相同時間t內運行過的弧長的大小，推斷出當行星離太陽較近的時候，運行的速度較大，而離太陽較遠的時候速度較小，故近日點速率最大，遠日點速率最小。 3.畫圖介紹春分、夏至、秋分、冬至、近日點、遠日點時刻，地球和太陽的位置關系： （3）開普勒第三定律 ①內容：所有行星的軌道的半長軸的三次方跟它的公轉周期的二次方的比值都相等，因此又叫做周期定律； ②公式a3/T2=k；a代表橢圓軌道的半長軸，T代表公轉周期，k是一個對所有行星都相同的常量。 3.講行星運動的軌道按照圓軌道處理。引入偏心率e的定義：e=c/a，介紹行星的偏心率都非常小，所以在中學階段將行星運動的軌道視為圓軌道。 4.再講開普勒定律進行相應的轉變： （1）行星繞太陽運動的軌道十分接近圓，太陽處在圓心。 （2）對某一行星來說，它繞太陽做圓周運動的角速度（或線速度）不變，即行星做勻速圓周運動。 （3）所以行星軌道半徑r的三次方跟它的公轉周期T的二次方的比值都相等，即r3/T2=k。 1.聽教師講授，了解探究行星運動過程的經歷。 了解托勒密的地心說的主要觀點：地心說認為地球是宇宙的中心，是靜止不動的，太陽、月球以及其他星體都圍繞地球運動。 了解哥白尼的日心說的主要觀點：日心說認為太陽是靜止不動的，地球和其他行星都繞著太陽做勻速圓周運動。開普勒的日心說認為太陽是靜止不動的，地球和其他行星都繞著太陽運動，但不是勻速圓周運動。 跟隨老師，探究開普勒的日心說中，行星運動的軌跡是什么樣的？ 2.理解開普勒行星運動定律的內容，理解橢圓的相關知識。 3.明確行星按照橢圓軌道運行，太陽處在橢圓的一個焦點上；行星運動的速度和它與太陽之間的距離有關；對于一個恒星，它的行星的k值大小相等。 3.明白將行星運動軌道視為圓軌道的原因。學會利用圓軌道近似的方法解答行星運動的問題.將行星運動的橢圓軌道近似成勻速圓周運動，在解答此類問題是就可利用之前學過的勻速圓周運動的知識，更適合高中學生的能力。 1.通過講授法教學，有利于學生系統、充分的了解地心說、日心說的內容。再讓介紹哥白尼與開普勒的日心說是不同的，引起學生對開普勒的日心說產生好奇，帶領學生學習開普勒行星運動定律的內容。 2.對有關的數學知識進行補充。高一下學期的學生還沒有在數學上還沒有學過圓錐曲線的內容，在理解行星運動的橢圓軌道時可能沒有清晰的感受，所以在講授本節課時有必要補充一些關于橢圓的長軸、短軸、焦點、偏心率的概念，更好地幫助學生理解開普勒定律. 3.補充課本上沒有的知識：近日點、遠日點和行星運行速度變化等知識，讓學生更全面地掌握開普勒的行星運動定律。
鞏固與練習 1.在講授完本節內容后，教師帶領學生對課堂的重點知識進行總結： （1）開普勒第一定律（軌道定律）：所有行星繞太陽的運動的軌道都是橢圓，太陽處在橢圓的一個焦點上； （2）開普勒第二定律（面積定律）：對任意一個行星來說，它與太陽的連線在相等的時間內掃過相等的面積； （3）開普勒第三定律（周期定律）：所有行星的橢圓軌道的半長軸的三次方跟公轉周期的平方的比值都相等，即a3/T2= k。 2.課前準備幾道相關的題目，在課上解答，鞏固本節課的知識： 1.在老師的帶領下對本節課的重點內容進行整理總結，明確本節的重點知識是哪些。 2.思考老師布置的課堂問題，鞏固本節知識，能夠利用行星運動定律解決基本問題。 1.通過小結整理，幫助學生掌握本節課的重點內容 2.授課完成后帶領學生做幾道小題，加深學生對本節內容的理解： （1）×，行星運動的軌跡是橢圓，而且速度也在發生變化； （2）√，a3/T2=k，因為一個恒星的所有行星，它們的k都是相同的，所以當a越大時，T也將越大； （3）×，開普勒定律適用于所有行星繞恒星的運動。
課后作業 布置適量的課下作業，并安排學生對不熟悉的知識進行補充。關注學生對本節課知識的理解情況，根據學生的反饋，進一步完善自己的教學方法等。 學生課下完成作業并且查缺補漏，完善本節知識。不會的地方可以問同學或者老師。 利用課下時間，學生自行消化本節課的知識，保證學生真正學會。
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