行星、恒星、星系和宇宙.docx

行星、恒星、星系和宇宙行星地球 第一章行星地球1.1宇宙中的地球教案教学目标1.用图例说明天体系统的层次,以及地球在宇宙中的位置2.运用图表资说明地球是太阳系中一颗既一般又特别的行星3.分析地球的宇宙位置及自身条件,理解地球上出现生命的缘由教学重点1、地球在宇宙中的位置2、地球的一般性和特别性教学难点地球上存在生命的缘由教学过程（导入新课）太阳的东升西落、昼夜交替、斗转星移这些现象我们都是很熟识的，你们当中有谁知道在地球上这些现象为什么会产生吗？地球上为什么会有生命？其它星球上有没有生命呢？这就是我们这节课里将要学习的内容。（讲授新课）一、地球在宇宙中的位置1、宇宙是由物质组成的天体类型A、恒星由炙热气体组成，自身能发光发热的球状或类似球状的天体B、星云由气体和尘埃组成的呈云雾状外表的天体C、行星在椭圆形轨道上环绕太阳运行的、近似球形的天体。自身不能发光。D、卫星环绕行星运行的、质量很小的一种天体。月球是地球的惟一的一颗卫星。E、流星体行星际空间的尘粒和固体小块。沿同一轨道绕太阳运行的大群流星体，称为流星群，闯入地球大气层的流星体，因同大气摩擦而产生的光迹，划过长空，似乎从空中的某一点向外散射开，这种现象叫做流星体。F、彗星在扁长轨道上绕太阳运行的一种质量较小的天体，呈云雾状。此外，还有其它的星际物质。其中，恒星和星云是两种最基本的天体 （附：练习巩固对天体特征学问的理解和相识）天体系统的层次任何天体在宇宙中都有自己的位置，各天体之间相互吸引相互绕转，形成天体系统。各级天体系统的组成如下：A、地月系月球绕地球转动形成地月系。地球是中心天体，月球是地球的惟一的自然卫星。B、太阳系太阳、地球和其他行星及其卫星、小行星、彗星、流星体、星际物质构成太阳系。C、银河系太阳系和其他恒星系构成银河系。在银河系以外，还有大约10亿个同其相类似的天体系统，人称河外星系。D、总星系银河系和现阶段所能观测到的河外星系，统称为总星系。天体系统共分为四个等级，根据从低级到高给的依次依次为：行星系恒星系星系总星系二、地球是太阳系中一颗既一般又特别的行星1、地球是一颗一般的行星八大行星的运动特征：同向性、共面性、近圆性八大行星的结构特征划分依据：距日距离、质量、体积分类：类地行星（水金地火）、巨行星（木土）、远日行星（天海）2、地球是一颗特别的行星表现：地球上存在生命缘由：A、日地距离适中适于生命姓的发展的温度条件B、质量和体积适中吸附大气，形成包围地球的大气层C、地球的内部结构和物质运动原始海洋的形成。地球是太阳系中目前已知的惟一一颗适合生物生存和繁衍的行星，究其缘由，除其所处的位置及自身条件外，还和它所处的宇宙环境的很大的关系。在太阳系中，大小行星绕日公转方向一样，而且绕日公转轨道几乎在同一个平面上，大小行星各行其道，互不干扰，使地球处于一种比较平安的宇宙环境之中。课堂小结1.用图例说明天体系统的层次,以及地球在宇宙中的位置2.运用图表资说明地球是太阳系中一颗既一般又特别的行星3.分析地球的宇宙位置及自身条件,理解地球上出现生命的缘由课堂练习针对每个教学目标而选取的题目，有助于学生理解所学学问并对所学学问巩固。 第一章行星地球第一节宇宙中的地球教案第一章行星地球第一节宇宙中的地球教案教学目标1.用图例说明天体系统的层次,以及地球在宇宙中的位置。2.运用图表资说明地球是太阳系中一颗既一般又特别的行星。3.分析地球的宇宙位置及自身条件,理解地球上出现生命的缘由。教学重点1、地球在宇宙中的位置。2、地球的一般性和特别性。教学难点地球上存在生命的缘由教学过程（导入新课）太阳的东升西落、昼夜交替、斗转星移这些现象我们都是很熟识的，你们当中有谁知道在地球上这些现象为什么会产生吗？地球上为什么会有生命？其它星球上有没有生命呢？这就是我们这节课里将要学习的内容。（讲授新课）一、地球在宇宙中的位置1、宇宙是由物质组成的天体类型A、恒星由炙热气体组成，自身能发光发热的球状或类似球状的天体B、星云由气体和尘埃组成的呈云雾状外表的天体C、行星在椭圆形轨道上环绕太阳运行的、近似球形的天体。自身不能发光。D、卫星环绕行星运行的、质量很小的一种天体。月球是地球的惟一的一颗卫星。E、流星体行星际空间的尘粒和固体小块。沿同一轨道绕太阳运行的大群流星体，称为流星群，闯入地球大气层的流星体，因同大气摩擦而产生的光迹，划过长空，似乎从空中的某一点向外散射开，这种现象叫做流星体。F、彗星在扁长轨道上绕太阳运行的一种质量较小的天体，呈云雾状。此外，还有其它的星际物质。其中，恒星和星云是两种最基本的天体（附：练习巩固对天体特征学问的理解和相识）天体系统的层次任何天体在宇宙中都有自己的位置，各天体之间相互吸引相互绕转，形成天体系统。各级天体系统的组成如下：A、地月系月球绕地球转动形成地月系。地球是中心天体，月球是地球的惟一的自然卫星。B、太阳系太阳、地球和其他行星及其卫星、小行星、彗星、流星体、星际物质构成太阳系。C、银河系太阳系和其他恒星系构成银河系。在银河系以外，还有大约10亿个同其相类似的天体系统，人称河外星系。D、总星系银河系和现阶段所能观测到的河外星系，统称为总星系。天体系统共分为四个等级，根据从低级到高给的依次依次为：行星系恒星系星系总星系二、地球是太阳系中一颗既一般又特别的行星1、地球是一颗一般的行星八大行星的运动特征：同向性、共面性、近圆性八大行星的结构特征划分依据：距日距离、质量、体积分类：类地行星（水金地火）、巨行星（木土）、远日行星（天海）2、地球是一颗特别的行星表现：地球上存在生命缘由：A、日地距离适中适于生命姓的发展的温度条件B、质量和体积适中吸附大气，形成包围地球的大气层C、地球的内部结构和物质运动原始海洋的形成。地球是太阳系中目前已知的惟一一颗适合生物生存和繁衍的行星，究其缘由，除其所处的位置及自身条件外，还和它所处的宇宙环境的很大的关系。在太阳系中，大小行星绕日公转方向一样，而且绕日公转轨道几乎在同一个平面上，大小行星各行其道，互不干扰，使地球处于一种比较平安的宇宙环境之中。课堂小结1.用图例说明天体系统的层次,以及地球在宇宙中的位置2.运用图表资说明地球是太阳系中一颗既一般又特别的行星3.分析地球的宇宙位置及自身条件,理解地球上出现生命的缘由课堂练习针对每个教学目标而选取的题目，有助于学生理解所学学问并对所学学问巩固。行星的运动 教学目标 学问目标通过学习物理学史的学问，使学生了解地心说（托勒密）和日心说（哥白尼）分别以不同的参照物视察天体运动的观点；通过学习开普勒对行星运动的描述，了解牛顿是通过总结前人的阅历的基础上提出了万有引力定律 实力目标通过学生的阅读使学生知道开普勒对行星运动的描述； 情感目标使学生在了解地心说和日心说两种不同的观点，也使学生懂得科学的道路并不是平坦的光明大道，也是要通过斗争，甚至会付诞生命的代价； 说明：1、日心、地心学说及两者之间的争辩有很多内容可向学生介绍，教材为了简洁明白地简述开普勒关于行星运动的规律，没有过多地叙述这些内容.教学中可依据学生的实际状况加以补充.2、这一节的教学除向学生介绍日心、地心学说之争外，还要留意向学生说明古时候人们总是认为天体做匀速圆周运动是由于它遵循的运动规律与地面上物体运动的规律不同.3.学习这一节的主要目的是为了下一节推导万有引力定律做铺垫，因此教材中没有过重地讲解并描述开普勒的三大定律，而是将三大定律的内容综合在一起加以说明，节后也没有支配练习.希望老师能合理地支配这一节的教学. 教学建议 教材分析本节教材首先让学生在上课前打算大量的资料并进行阅读，如：第谷在1572年时发觉在仙后座中有一颗很亮的新星，从今连续十几个月视察这颗星从光明到消逝的过程，并用仪器定位确证是恒星（后称第谷星，是银河系一颗超新星），打破了历来“恒星不变”的学说伽利略开创了以试验事实为基础并具有严密逻辑体系和数学表述形式的近代科学为推翻以亚里士多德为旗号的经院哲学对科学的禁锢、变更与加深人类对物质运动和宇宙的科学相识而奋斗了一生，因此被誉为“近代科学之父”开普勒幼年时期的不幸，通过自身不懈的努力完成了第谷未完成的工作这些物理学家的有关资料可以帮助学生在了解万有引力定律发觉的过程中体会科学家们追求真理、实事求是、不畏强权的精神 教法建议详细授课中老师可以用故事的形式讲解并描述也可通过放资料片和图片的形式讲解并描述也可大胆的让学生进行发言在讲授“日心说”和“地心说”时，先不要否定“地心说”，让学生了解托勒密奇妙的说明，同时让学生明白哥白尼的理论推翻了统治人类长达一千余年的地球是宇宙中心的“地心说”理论，为宣扬和捍卫这一学说，意大利的思想家布鲁诺惨遭烧死，伽利略也为此受到残酷迫害不必给结论，让学生自行得出结论 典型例题 关于开普勒的三大定律 例1月球环绕地球运动的轨道半径约为地球半径的60倍，运行周期约为27天。应用开普勒定律计算：在赤道平面内离地面多少高度，人造地球卫星可以随地球一起转动，就像停留在无空中不动一样 分析：月球和人造地球卫星都在环绕地球运动，依据开普勒第三定律，它们运行轨道的半径的三次方跟圆周运动周期的二次方的比值都是相等的 解：设人造地球卫星运行半径为R，周期为T，依据开普勒第三定律有： 同理设月球轨道半径为，周期为，也有： 由以上两式可得： 在赤道平面内离地面高度： km 点评：随地球一起转动，就似乎停留在天空中的卫星，通常称之为定点卫星它们离地面的高度是一个确定的值，不能随意变动。 利用月相求解月球公转周期 例2若近似认为月球绕地球公转与地球绕日公转的轨道在同一平面内，且都为正圆.又知这两种转动同向，如图所示，月相改变的周期为29.5天（图是相继两次满月，月、地、日相对位置示意图） 解：月球公转（2+）用了29.5天 故转过2只用天 由地球公转知 所以=27.3天 例3如图所示，A、B、C是在地球大气层外的圆形轨道上运行的三颗人造地球卫星，下列说法中正确的是哪个？（） AB、C的线速度相等，且大于A的线速度 BB、C的周期相等，且大于A的周期 CB、C的向心加速度相等，且大于A的向心加速度 D若C的速率增大可追上同一轨道上的B 分析：由卫星线速度公式可以推断出，因而选项A是错误的 由卫星运行周期公式，可以推断出，故选项B是正确的 卫星的向心加速度是万有引力作用于卫星上产生的，由，可知，因而选项C是错误的 若使卫星C速率增大，则必定会导致卫星C偏离原轨道，它不行能追上卫星B，故D也是错误的 解：本题正确选项为B。 点评：由于人造地球卫星在轨道上运行时，所须要的向心力是由万有引力供应的，若由于某种缘由，使卫星的速度增大。则所须要的向心力也必定会增加，而万有引力在轨道不变的时候，是不行能增加的，这样卫星由于所须要的向心力大于外界所供应的向心力而会作离心运动。 探究活动1、视察月亮的运动现象.2、视察日出现象. 太阳与行星间的引力 教学环节 1发觉问题； 2确定引力存在； 3探究太阳对行星引力大小； 4探究行星对太阳引力大小； 5探究行星与太阳之间的引力大小； 6总结， 教学的难点 一是如何通过师生互动帮助学生用已有学问自主探究出三种引力的大小，让学生心服口服地接受得出的结论，感受到结论的得出是一种思维的必定，而不是偶然；让学生充分体会逻辑推理的重要作用，享受逻辑推理之美。二是在学生自主探究过程中如何在适当的时候适当介绍前人（当然主要是牛顿）在当时的观点和思维过程，让学生充分体会科学探讨的方法，感受伟人们深邃的洞察力，超前的意识，学习大家的探讨风范。 关于发觉问题环节的教学建议 采纳复习开普勒定律后提问的方法：是什么缘由导致行星绕太阳做如此和谐且有规律的运动呢？这是一种被广泛采纳的引入新课的方法，他符合人们的思维习惯，知其然而问其所以然是人类一种本能，因此建议采纳此法引入新课。另外为了增加感性相识，也可以播放行星椭圆运动的动画。 关于确定引力存在环节的教学建议 老师让学生猜想是什么缘由，并依据自己已有的学问和阅历初步说出理由。由于天体之间存在引力基本上已经成为一种大众化的常识，因此学生基本上都可以回答出是引力，甚至说出是万有引力，因此重点不在这个结果上，而在学生能否说出他的依据，而且是有严密逻辑依次的依据。经过若干个学生的发言、补充后，老师组织学生理出逻辑依次：椭圆运动（至少速度变方向）变速运动加速度（由牛顿其次定律）合外力引力（这个逻辑依次可以由投影出示） 老师评价：大家之所以能顺当地确定引力存在是由于我们所处的时代，是由于上一章我们学过的圆周运动的学问，你知道几百年前科学刚刚萌芽发展的时代科学家们（不是一般民众）怎样回答的这个问题吗？ 老师简洁介绍开普勒、笛卡儿、胡克、哈雷、牛顿等人的观点，其中开普勒认为是太阳发出的磁力；笛卡儿认为是流质涡旋带动；胡克、哈雷认为是太阳引力，甚至证明白假如行星轨道是圆形的，引力大小跟轨道半径的平方成反比（但对于椭圆轨道他们无法证明）；牛顿支持胡克、哈雷的观点，而且对椭圆轨道也做了严格的证明。（有条件可以做成一个短片播放，流质涡旋带动可以以一个水的漩涡形象替代） 老师评价：由于流质涡旋带动符合人们的生活阅历，所以当时被广泛接受，甚至牛顿都是在信仰这种学说中长大的，因此牛顿敢于坚持引力说是须要很大的志气的。当然这种志气也来自他广泛吸取的别人的成就，包括欧几里得数学，阿基米德静力学，开普勒定律，伽利略运动理论和试验结果，惯性概念，惠更斯的向心力等，来自于他的探讨思索成果：后来出版的自然哲学的数学原理的初步理论。 （介绍这样一个历史背景的目的一是让学生体会现在我们认为很简洁的学问，在历史上的发觉过程不是一蹴而就的，是经过长时间甚至几代人的努力的，可以说它不是一个人的功绩。二是让学生体会牛顿之宏大来自于其天才，更来自于他广泛吸取别人的成就的勤奋。对学生进行励志教化。假如时间紧迫，此部分内容可略去） 关于探究太阳对行星引力大小环节的教学建议 老师先让学生猜一猜这个引力大小跟什么有关？不说依据。 学生能猜出距离、二者质量，但很可能也会说出行星周期、线速度、角速度等。老师不做点评，只说我们须要用理论验证。（学生可能知道万有引力，但知道万有引力大小与什么有关的应当很少，因此此处的揣测有意义） 老师提问：请用我们学过的学问供应一种验证思路： 让学生探讨出：由运动状况（通过运动学公式）加速度（通过牛顿其次定律）受力状况 （以上可以投影出） 老师介绍：在牛顿所处时代，行星的运动状况观测资料已经相当丰富，因此得出行星受到的引力的表达式是可能的，但是运动轨迹椭圆难倒了胡克、哈雷等，也使牛顿困惑了很多年，直到他用自己独创的微积分解决了问题（历史上是否如此呢？缺乏考证）。我们不会微积分，因此我们探讨不了椭圆，但是多数行星的轨道非常接近圆，因此我们现在就通过圆轨道用刚才的思路导出太阳对行星引力的表达式，验证我们的揣测，同时再现牛顿当时的思维过程。 老师提问：行星轨道按圆处理，开普勒定律怎样表述？ （投影出答案） 提问：若已知某行星匀速圆周运动轨道半径为r，线速度为v，质量为m行，则它须要的向心力多大？ F需向=m行 引导：天文观测能干脆得到行星的线速度吗？能干脆观测出什么？怎样改变刚才的公式？ 将代入得F需向= 引导：这是行星须要的向心力，我们要求的是太阳对行星的引力，这两个力有关系吗？ F太阳对行星=F需向= 引导：从上一章我们就知道，须要的向心力和供应的力是不肯定相等的，否则也就不会有离心运动、向心运动了，因此太阳对行星的引力大小应当与行星的周期是无关的，仅与两个星球本身状况有关，即以上得到的仅是太阳对行星的引力计算式，而不是确定式（正象密度的计算式一样），（或举例：光滑水平面上用轻弹簧拴住一个质量为m的小球做匀速圆周运动，轨道半径为r，周期为T，则，这只是用周期T来计算拉力F，因为恰好须要的向心力等于拉力，但事实上拉力F仅由劲度系数k和伸长量x有关，跟作圆周运动的物体的运动学量无关。）为找到引力的确定式，我们必需将周期T去掉？怎么办呢？ 引导：由开普勒第三定律得，代入得F太阳对行星= 再共同分析出公式中除了m行、r2以外，其余都是常量，对任何行星都相同，这才是只跟距离以及天体本身有关的表达式，即太阳对行星引力的确定式。 总结上式的物理意义，并给出简化式：F太阳对行星 （可将以上关键步骤列出投影出示） 关于探究行星对太阳引力大小环节的建议： 老师提出问题：刚才我们揣测到太阳对行星的引力应当与双方的质量均有关，直觉告知我们这个揣测是正确的，可是我们得出的结论似乎只与行星质量有关，莫非我们揣测错了吗？你认为如何？ 引导学生视察等式F太阳对行星=探讨出结论：公式中的常数k是开普勒第三定律中的常数，此常数是一个与行星无关而与太阳有关的量（一般在讲第一节内容时都要补充说明这个结论），与太阳的什么有关，最可能就是质量，因此说太阳对行星的引力与双方的质量均有关。 老师提问：那么与太阳质量究竟有什么关系呢？怎样探讨这一问题呢？ 引导学生探讨得出探讨思路：假如还是探讨太阳对行星的引力，只能到上式为止，不行能再有什么突破，何不探讨行星对太阳的引力呢？因为太阳对行星的引力和行星对太阳的引力是一对作用力与反作用力，二者同性质且等大。 （以上这两个问题的设计目的就是为了由探讨太阳对行星的引力向探讨行星对太阳引力进行过渡，让学生理解这种探讨方向的转变是一种思维的必定，同时也让学生体会到牛顿能够转变这种探讨方向，其思维技巧多么超群。） 老师提问：行星对太阳的引力跟太阳的质量有什么关系呢？ 引导学生探讨。我认为得出结论的方法有两种：一种是课本上利用施力物与受力物互换的方法得出F行星对太阳。另一种应当利用运动相对性的方法，行星围绕太阳做匀速圆周运动，若以行星为参考系，太阳也在绕行星做匀速圆周运动，即若行星绕太阳转了一周，以行星为参考系，太阳也绕行星转了一周。可以采纳以下方法帮助学生理解。 图-1到图-5表示蓝色的行星绕红色的太阳旋转半周的几个关键位置，若将图-2到图-5依次重叠在图-1上，重叠时让蓝色的行星位置重合，我们发觉红色太阳绕蓝色行星也转了半周。（可以用光学投影片重叠的方法或flash课件） 这样根据太阳做匀速圆周运动的事实仿照前面的思路也可以得出F行星对太阳。 （我认为这种变换参照系的方法更简单为学生所接受） （可将以上关键步骤列出投影出示） 关于行星与太阳之间的引力大小环节的建议 老师提问：既然太阳对行星的引力与行星对太阳的引力是一对作用力与反作用力，二者同性质且等大，那么它们的大小应当是相同的表达式，因此F太阳对行星与F行星对太阳应当能合二为一，你能办到吗？ 组织探讨得出F太阳与行星之间 （学生可能得出r4，组织学生评价是否正确） 提问：该式的物理意义，问能否写成等式？ F太阳与行星之间 G是比例系数，与行星和太阳质量均无关。 （可将以上关键步骤列出投影出示） （以上各公式的脚标只是为了强调物理意义，本节课是必需的，以后不是必需的） 关于总结环节的建议 （一）将本节课的探究过程的幻灯片最终重新播放一遍，替代总结。 内容如下： 一、确定引力存在： 椭圆运动（速度变方向）变速运动加速度（由牛顿其次定律）合外力引力 二、探究太阳对行星引力大小 1、猜想：太阳对行星的引力应当与行星到太阳的距离r有关，还与太阳、行星质量有关。 2、依据牛顿其次定律和开普勒一、二定律得：F需向=m行 3、v难以观测，但可以观测出行星的周期T，将代入得F需向=。 4、依据行星圆周运动的向心力由太阳对行星的引力供应，则F太阳对行星=F需向=。 5、太阳对行星的引力应当是与行星运动无关的力，要消去T，由开普勒第三定律得，代入得F太阳对行星=。 6、结论：F太阳对行星。 三、探究行星对太阳引力的大小 由牛顿第三定律得：F行星对太阳 四、探究太阳与行星之间的引力大小： （二）点评逻辑思维的严谨与奇妙，提示学生感悟、学习这种思维。 作业：思索都受到太阳供应的引力作用，为什么有的行星轨道是圆，而有的是椭圆呢？ 第18页 共18页第 18 页 共 18 页第 18 页 共 18 页第 18 页 共 18 页第 18 页 共 18 页第 18 页 共 18 页第 18 页 共 18 页第 18 页 共 18 页第 18 页 共 18 页第 18 页 共 18 页第 18 页 共 18 页