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2019-2020年人教版必修二6.1《行星的運動》WORD教案1 【教學(xué)流程】 　　【教學(xué)目標(biāo)】 　　一、知識與技能 　　認識橢圓；了解人類對天體運行的研究歷史；理解開普勒三定律。 　　二、過程與方法 　　通過對天體運行研究歷史的了解，體會科學(xué)研究的一般思路與方法──質(zhì)疑、批判、猜測、觀察與實驗。 　　三、情感態(tài)度價值觀 　　通過對天體運行研究歷史的了解，感悟科學(xué)家對科學(xué)的執(zhí)著和獻身精神，培養(yǎng)學(xué)生熱愛科學(xué)、獻身科學(xué)的精神和勇于創(chuàng)新、敢于堅持真理、實事求是的科學(xué)態(tài)度。 　　【教學(xué)重點】 　　開普勒三定律。 　　【教學(xué)難點】 　　行星的橢圓軌道。 　　【教具準備】 　　細線、圖釘、木板、鉛筆、課件等 　　【教學(xué)過程】 　　一、復(fù)習(xí)提問 　　1．曲線運動是變速運動嗎？ 　　2．曲線運動中，質(zhì)點經(jīng)過曲線上某一點時的速度方向如何確定？ 　　3．質(zhì)點做曲線運動的條件是什么？ 　　二、引入課題 　　學(xué)生閱讀──本章“引言”部分。 　　教師講述──本節(jié)課，我們先來了解一下人類對天體運行的研究歷史，回顧一下科學(xué)先賢的工作──學(xué)習(xí)《行星的運動》。 　　三、新課教學(xué) 　　教師講述：人類對天體運行的認識，起源于托勒密的“地心說”，經(jīng)哥白尼發(fā)展到了“日心說”，開普勒的“行星運動定律”第一次為天體的運動立了法。而完全解決天體運動問題的則是“站在巨人肩膀上”的牛頓。 　　探究一：第谷、開普勒的研究 　　1．課件展示“閱讀材料”──學(xué)生閱讀討論 第谷與開普勒 　　第谷（1510──1601）──天體運動的守候者 　　1510年12月14日生于丹麥斯坎尼亞省基烏德斯特普的一個貴族家庭。其父是律師。1601年10月24日，第谷逝世于布拉格，終年57歲。 　　第谷于1559年入哥本哈根大學(xué)讀書。1560年8月，他根據(jù)預(yù)報觀察到一次日食，這使他對天文學(xué)產(chǎn)生了極大的興趣。1562年第谷轉(zhuǎn)到德國萊比錫大學(xué)學(xué)習(xí)法律，但卻利用全部的業(yè)余時間研究天文學(xué)。1563年他寫出了第一份天文觀測資料，記載了木星、土星和太陽在一直線上的情況。1566年第谷開始到各國漫游，并在德國羅斯托克大學(xué)攻讀天文學(xué)。從此他開始了畢生的天文研究工作，取得了重大的成就。 　　第谷的一生在天文觀測方面所取得的成果，為近代天文學(xué)的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。第谷的最重要發(fā)現(xiàn)是1572年11月11日觀測了仙后座的新星爆發(fā)。前后16個月的詳細觀察和記載，取得了驚人的結(jié)果，徹底動搖了亞里士多德的天體不變的學(xué)說，開辟了天文學(xué)發(fā)展的新領(lǐng)域。 　　1576年在丹麥國王弗里德里赫二世的建議下，第谷在丹麥與瑞典間的赫芬島開始建立“觀天堡”。這是世界上最早的大型天文臺，在這里設(shè)置了四個觀象臺、一個圖書館、一個實驗室和一個印刷廠，配備了齊全的儀器，耗資黃金1噸多。直到1579年，第谷一直在這里工作20多年，取得了一系列重要成果，創(chuàng)制了大量的先進天文儀器。其中最著名的有1577年以二顆明亮的彗星的觀察。他通過觀察得出了彗星比月亮遠許多倍的結(jié)論，這一重要結(jié)論對于幫助人們正確認識天文現(xiàn)象，產(chǎn)生了很大影響。 　　1599年丹麥國王弗里德里赫死后，第谷在波希米亞皇帝魯?shù)婪蚴赖膸椭?，移居布拉格，建立了新的天文臺。1600年第谷與開普勒相遇，邀請他作為自己的助手，次年第谷逝世，開普勒接替了他的工作，并繼承了他的宮廷數(shù)學(xué)家的職務(wù)。第谷的大量極為精確的天文觀測資料，為開普勒的工作創(chuàng)造了條件，他所編著經(jīng)開普勒完成，于1627年出版的《魯?shù)婪蛱煳谋怼烦蔀楫?dāng)時最精確的天文表。 　　第谷是一位杰出的觀測家，但他的宇宙觀卻是錯誤的。第谷本人不接受任何地動的思想。他認為所有行星都繞太陽運動，而太陽率領(lǐng)眾行星繞地球運動。他的體系是屬于地心說的?？梢哉f，作為丹麥天文學(xué)家的第谷，是近代天文學(xué)的奠基人。 　　開普勒 (1571-1630) ──天天體運動的立法者 　　開普勒是德國近代著名的天文學(xué)家、數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家和哲學(xué)家。他以數(shù)學(xué)的和諧性探索宇宙，在天文學(xué)方面做出了巨大的貢獻。開普勒是繼哥白尼之后第一個站出來捍衛(wèi)太陽中心說、并在天文學(xué)方面有突破性成就的人物，被后世的科學(xué)史家稱為“天上的立法者”。開普勒出生在德國威爾的一個貧民家庭，開普勒是一個早產(chǎn)兒，體質(zhì)很差。他在童年時代遭遇了很大的不幸，四歲時患上了天花和猩紅熱，雖僥幸死里逃生，身體卻受到了嚴重的摧殘，視力衰弱，一只手半殘。但開普勒身上有一種頑強的進取精神，但一直堅持努力學(xué)習(xí)，成績一直名列前茅。 　　1587年進入蒂賓根大學(xué)，在校中遇到秘密宣傳哥白尼學(xué)說的天文學(xué)教授麥斯特林。在他的影響下，很快成為哥白尼學(xué)說的忠實維護者。大學(xué)畢業(yè)后，開普勒獲得了天文學(xué)碩士的學(xué)位，被聘請到格拉茨新教神學(xué)院擔(dān)任教師。后來，由于學(xué)校被天主教會控制，開普勒離開神學(xué)院前往布拉格，與卓越的天文觀察家第谷一起專心地從事天文觀測工作。正是第谷發(fā)現(xiàn)了開普勒的才能。在第谷的幫助和指導(dǎo)下，開普勒的學(xué)業(yè)有了巨大的進步。第谷死后，開普勒接替了他的職位，被聘為皇帝的數(shù)學(xué)家。然而皇帝對他十分慳吝，給他的薪俸僅僅是第谷的一半，還時常拖欠不給。他的這一點點收入不足以養(yǎng)活年邁的母親和妻兒，因此生活非常困苦。但開普勒卻從未中斷過自己的科學(xué)研究，并且在這種艱苦的環(huán)境下取得了天文學(xué)上的累累成果。早期的開普勒深受柏拉圖和畢達哥拉斯神秘主義宇宙結(jié)構(gòu)論的影響，以數(shù)學(xué)的和諧性去探索宇宙。他用古希臘人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的五個正多面體，跟當(dāng)時已知的六顆行星的軌道套迭，從而解釋了太陽系中包括地球在內(nèi)恰好有六顆行星以及它們的軌道大小的原因。他把這些結(jié)論整理成書發(fā)表，定名為《宇宙的秘密》。這個設(shè)想雖帶有神秘主義色彩，但卻也是一個大膽的探索。第谷最大的天文學(xué)成就就是發(fā)現(xiàn)了開普勒。第谷在臨終前將自己多年積累的天文觀測資料全部交給了開普勒，再三叮囑開普勒要繼續(xù)他的工作，并將觀察結(jié)果出版出來。開普勒接過了第谷尚未完成的研究工作。后來，開普勒在伽利略的影響下，通過對行星運動進行深入的研究，拋棄了柏拉圖和畢達哥拉斯的學(xué)說，逐步走上真理和科學(xué)的軌道。 　　對火星軌道的研究是開普勒重新研究天體運動的起點。因為在第谷遺留下來的數(shù)據(jù)資料中，火星的資料是最豐富的，而哥白尼的理論在火星軌道上的偏離最大。開始，開普勒用正圓編制火星的運行表，發(fā)現(xiàn)火星老是出軌。他便將正圓改為偏心圓。在進行了無數(shù)次的試驗后，他找到了與事實較為符合的方案?？墒?，依照這個方法來預(yù)測衛(wèi)星的位置，卻跟第谷的數(shù)據(jù)不符，產(chǎn)生了8分的誤差。這8分的誤差相當(dāng)于秒針0．02秒瞬間轉(zhuǎn)過的角度。開普勒知道第谷的實驗數(shù)據(jù)是可信的，那錯誤出在什么地方呢？ 正是這個不容忽略的8分使開普勒走上了天文學(xué)改革的道路。他敏感的意識到火星的軌道并不是一個圓周。隨后，在進行了多次實驗后，開普勒將火星軌道確定為橢圓，并用三角定點法測出地球的軌道也是橢圓，斷定它運動的線速度跟它與太陽的距離有關(guān)。這樣就得出了關(guān)于行星運動的第二條定律：“行星的向徑在相等的時間內(nèi)掃過相等的面積?！边@兩條定律，刊登于1609年出版的《新天文學(xué)》一書。書中他還指出，這兩條定律同樣適用于其他行星和月球的運動。 　　1612年，開普勒的保護人魯?shù)婪蚨辣黄韧宋?，因此他也離開布拉格，去奧地利的林茨。當(dāng)?shù)貙ｉT為他設(shè)立了一個數(shù)學(xué)家的職務(wù)。經(jīng)過長期繁復(fù)的計算和無數(shù)次失敗，他終于發(fā)現(xiàn)了行星運動的第三條定律：“行星公轉(zhuǎn)周期的平方等于軌道半長軸的立方?！边@一結(jié)果發(fā)表在1619年出版的《宇宙和諧論》中。行星運動三定律的發(fā)現(xiàn)為經(jīng)典天文學(xué)奠定了基石，并導(dǎo)致數(shù)十年后萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)。 1604年9月30日在蛇夫座附近出現(xiàn)一顆新星，最亮?xí)r比木星還亮。開普勒對這顆新星進行了17個月的觀測并發(fā)表了觀測結(jié)果。歷史上稱它為開普勒新星(這是一顆銀河系內(nèi)的超新星)。1607年，他觀測了一顆大彗星，就是后來的哈雷彗星。不僅在天文學(xué)上，開普勒在在光學(xué)領(lǐng)域的貢獻也是非常卓越的。他是近代光學(xué)的奠基者。他研究了小孔成像，并從幾何光學(xué)的角度加以解釋說明。他指出光的強度和光源的距離的平方成反比。開普勒研究過光的折射問題，認為折射的大小不能單單從物質(zhì)密度的大小來考慮。例如油的密度比水的密度小，而它的折射卻比水的折射大。 　　1611年，開普勒發(fā)表了《折光學(xué)》一書，闡述了光的折射原理，為折射望遠鏡的發(fā)明奠定了基礎(chǔ)。他最早提出了光線和光束的表示法，還成功地改進了望遠鏡。開普勒還對人的視覺進行了研究，糾正了以前人們所認為的視覺是由眼睛的發(fā)射出光的錯誤觀點。他認為人看見物體是因為物體所發(fā)出的光通過眼睛的水晶體投射在視網(wǎng)膜上，并且解釋了產(chǎn)生近視眼和遠視眼的原因。1604年發(fā)表《對威蒂略的補充--天文光學(xué)說明》。1611年出版《光學(xué)》一書，這是一本闡述近代望遠鏡理論的著作。他把伽利略望遠鏡的凹透鏡目鏡改成小凸透鏡，這種望遠鏡被稱為開普勒望遠鏡。開普勒還發(fā)現(xiàn)大氣折射的近似定律，用很簡單的方法計算大氣折射，并且說明在天頂大氣折射為零。他最先認為大氣有重量，并且正確地說明月全食時月亮呈紅色是由于一部分太陽光被地球大氣折射后投射到月亮上而造成的。他出版的《哥白尼天文學(xué)概要》敘述他對宇宙結(jié)構(gòu)和大小的觀點；在《彗星論》中，他指出彗尾總是背著太陽，是因為太陽光排斥彗頭的物質(zhì)所造成；1627年出版的《魯?shù)婪蛐潜怼肥歉鶕?jù)他的行星運動定律和第谷的觀測資料編制的。根據(jù)此表可以知道行星的位置，其精度比以前的任何星表都高，直到十八世紀中葉，它一直被視為天文學(xué)上的標(biāo)準星表。他于1629年出版的《稀奇的1631年天象》中預(yù)言1631年11月7日水星凌日現(xiàn)象，12月6日金星也將凌日，果然如期觀測到了水星凌日，而金星凌日西歐看不到。 　　晚年的開普勒堅持不懈地同唯心主義的宇宙論作斗爭。1625年，他寫了題為《為第谷．布拉赫申辯》的著作，駁訴了烏爾蘇斯對第谷的攻擊，因而受到了天主教會的迫害。天主教會將開普勒的著作列為禁書。1626年，一群天主教徒包圍了開普勒的住所，揚言要處決他。后來，開普勒因為曾擔(dān)任皇帝的數(shù)學(xué)家而幸免遇難。1630年11月，因數(shù)月未得到薪金，生活難以維持，年邁的開普勒不得不親自到雷根斯堡索取。不幸的是，他剛剛到那里就抱病不起。1630年11月15日，開普勒在一家客棧里悄悄地離開了世界。他死時，除一些書籍和手稿之外，身上僅剩下了7分尼（1馬克等于100分尼）。開普勒被葬于拉提斯本圣彼得堡教堂，戰(zhàn)爭過后，他的墳?zāi)挂咽幦粺o存。但他突破性的天文學(xué)理論，以及他不懈探索宇宙的精神卻成為了后人銘記他的最好的豐碑。 　　開普勒所處的年代正值歐洲從封建主義社會向資本主義社會轉(zhuǎn)變的時期。在科學(xué)與神權(quán)的斗爭中，開普勒堅定地站在了科學(xué)的一邊，用自己孱弱的身體、艱苦的勞動和偉大的發(fā)現(xiàn)來挑戰(zhàn)封建傳統(tǒng)觀念，推動了唯物主義世界觀的發(fā)展，使人類科學(xué)向前跨進了一大步。馬克思高度評價了開普勒的品格，稱他是自己所喜愛的英雄。 　　2．課件展示：天體（包括人造天體）運行短片──取自記錄片《宇宙與人》 　　3．做一做：畫橢圓──認識橢圓：兩個焦點、長短半軸，橢圓上的點到兩焦點的距離之和總從什么規(guī)律？ 　　3．組織討論：分組討論──展示結(jié)果──師生評價──教師小結(jié) 　?。?）日心說的基本內(nèi)容是什么？ 　　所有行星都圍繞太陽運動，太陽是行星運動軌道的中心。 　?。?）第谷的主要貢獻是什么？ 　　建立天文臺、創(chuàng)造觀測儀器，一生致力于對天體運動的觀察和數(shù)據(jù)的收集整理，為開普勒的研究提供了有力的事實依據(jù)。 　　（3）開普勒對天體運行規(guī)律研究的成果是什么？ 　　師生總結(jié)──開普勒行星運動定律 　　1．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。 　　2．對任意一個行星來說，他與太陽的連線在相等的時間內(nèi)掃過相等的面積。 　　3．所有行星的軌道半徑的半長軸的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的平方的比值都相等，。 　　教師講述──式中的k是只與太陽有關(guān)，與行星無關(guān)的常數(shù)。所以，也可以說行星繞太陽運動的軌道半徑立方與周期平方成正比。 　　教師講述──開普勒的行星運動定律，奠定了現(xiàn)代天文學(xué)的基礎(chǔ)，牛頓正是在這個基礎(chǔ)上，提出了質(zhì)點模型、發(fā)明使用了微積分，舍棄了其它行星的影響，才發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律，實現(xiàn)了天上、地上運動的統(tǒng)一。 　　案例剖析1：我們知道木星圍繞太陽運行，那么：（1）以木星繞太陽的運行軌道為參考，太陽處在什么位置？木星運行中經(jīng)過軌道上的不同位置時線速度一樣嗎？如何改變？（2）地球、木星公轉(zhuǎn)軌道的半長軸分別是a1．a(chǎn)2，周期分別是T1．T2，則這四個數(shù)據(jù)間有什么關(guān)系？ 　　解析：（1）一個焦點上，離太陽近時線速度大，離太陽遠時線速度小。木星由遠日點向近日點運動時線速度增大，反之減小。（2）或。 　　觀察圖片（課本63頁），教師講述──對天體運行問題的近似處理： 　　1．多數(shù)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．所有行星的軌道半徑的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等。 　　在某種程度上說，科學(xué)就是一種近似，一種舍棄了次要因素，緊緊抓住主要因素的近似，正是這種近似，才有了真正意義上的科學(xué)。 　　其實，做人做事也一樣，要學(xué)會取，更要學(xué)會舍。 　　案例剖析2：若按近似處理辦法，上例中各問題的結(jié)果如何？ 　　解析：（1）圓心，不變。（2）或。 　　思考練習(xí) 　　1．第谷、開普勒是在怎樣的社會環(huán)境和科學(xué)技術(shù)條件下研究天體運行規(guī)律，并得出結(jié)果的？ 　　2．蘇格拉底認為，真理的產(chǎn)生就像嬰兒的出生一樣，是一個痛苦的過程，這個過程需要自己的努力，更需要別人的幫助。從本節(jié)課的學(xué)習(xí)，談?wù)勀銓Υ说睦斫狻? 　　三、新課小結(jié) 　　教師講述──開普勒的行星運動定律，為人們揭開了天體運動的神秘面紗，使人們認識到，天體的運動是可以被認識的不是神秘莫測的，更重要的是動搖了“上帝主宰一切”的神學(xué)思想對人們的束縛，開創(chuàng)了運用科學(xué)方法研究宇宙天體的先河，催生了現(xiàn)代天文學(xué)。 　　四、布置作業(yè) 　　1．復(fù)習(xí)課文，繼續(xù)完成兩個思考題。書面完成課本“問題與練習(xí)”1─4。 　　2．閱讀課本64頁“科學(xué)足跡”，撰寫小論文《艱難的歷程》。 　　3．思考問題：是什么力使一顆星圍繞另一顆星運動？并預(yù)習(xí)下節(jié)學(xué)習(xí)內(nèi)容。 　　五、板書設(shè)計 　　【設(shè)計說明】 　　本節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容，是學(xué)習(xí)萬有引力定律及天體運動問題的基礎(chǔ)和前提。開普勒的行星運動定律是本節(jié)課的中心內(nèi)容，圍繞這個中心內(nèi)容，所展開的是人類對天體運動認識的艱難歷程，這正是對學(xué)生進行物理史、科學(xué)史教育的契機。通過對歷史的了解培養(yǎng)學(xué)生的歷史唯物主義觀點、辯證唯物注意觀點，激發(fā)學(xué)生不迷信權(quán)威，不迷信教條的創(chuàng)新精神，樹立獻身科學(xué)的決心和信心是這節(jié)課的教學(xué)重點。因此，激趣及展現(xiàn)科學(xué)家獨特的思維方式及推理方法是本設(shè)計的中心。