沪粤版物理八年级下册 10.4. 飞出地球 教案（表格式）

沪粤版 八年级物理 下册 10.4 飞出地球
一、教学目标
知识与技能 通过素材展示与讨论分析了解人类对宇宙的认识进程，并了解地心说、日心说的主要思想内容与代表人物； 通过小实验了解引力场中天体运行规律； 理解通过速度达到挣脱引力束缚的方法
过程与方法 通过追随古代科学家探索宇宙奥秘的脚步，学会从现象中提炼模型并给出解释的科学研究方法； 通过小实验理解万有引力与时空弯曲两种学说的解释思维；
情感态度与价值观 感受不断探索及思考的魅力，体会科学精神； 通过课前准备与课上展示，加深对学习的理解，体会学有所得的快乐，； 通过了解中国航天事业的发展，产生民族自豪，并愿意为中国科学事业的发展贡献力量。
二、教学重、难点
重点：地心说、日心说的主要内容及演变意义；对万有引力和时空弯曲的理解 难点：对时空弯曲的理解；挣脱引力束缚的方法
三、学情分析
沪粤版八年级教材第十章内容为从粒子到宇宙，前三节10.1至10.3节为微观分子原子知识，后两节10.4与10.5节为宏观宇宙，二者看似无联系却又极其相似。微观世界与宏观世界都是无法用肉眼直接观测的，学生必须利用想象力才能理解；二者世界规律都无法用身边规律套用，故而需要从现象推导出规律，并能由新现象修正旧规律，就要求学生能有辨析的思维与概括总结的能力。 八年级的学生经过近两个学期的物理学系，已经初步具备了从现象总结规律的能力，且正是精力旺盛，好奇心强烈的年纪，本节课的内容又多与科幻文学作品、影视作品有关联，极易引起学生的好奇与求知。但八年级学生的基础知识相对薄弱，在进行猜想与讨论时容易信马由缰，做出无来由的想象，所以在本节的教学过程中，教师应当注意引导学生从实际出发，做出合理的想象与推理。
四、教学方法
讲授法：历代人类对宇宙认识过程 讨论法：日心说创立的意义 直观演示法：行星运行规律 自主学习法：了解万有引力
五、教学工具
黑板、多媒体一体机、投影仪、宇宙演示模型、弹性布、钩码、小球若干
六、教学过程
环节 教师活动 学生活动 设计意图 备注
引入 宇宙（universe）
【ppt1】【ppt2】飞出地球 【ppt3】自古以来，人类对我们所生存的这个世界充满好奇，也一直向往着飞向太空，探寻宇宙的秘密。 【ppt4】嫦娥奔月是中华民族的一个浪漫的传说，也代表了人类对未知世界的美好幻想。 今天，我们一起来学习如何像神话中的嫦娥一样实现“飞出地球”这一美好的愿望。 。
（一） 【ppt5】人类对宇宙认识的进程
【ppt6】不论哪一个民族，从上古时代起，就有关于宇宙的种种传说。 中国的盘古开天地解释宇宙如何诞生， 【ppt7】古希腊神话用太阳神阿波罗的马车解释每天太阳的升起。 【ppt8】这些故事都是人类依靠丰富而浪漫的想象力，用来解释自然现象的，人类把自己无法解释的现象交给神。 但是，一些拥有智慧的人们并不满足于此。他们在思考。
作为具有科学探索精神的我们，当然也不仅仅满足于神话传说了。 请各位同学先抛开地理课教给你们的所有知识，将自己从现代社会拉回到五千年前的远古时期，想一想，如果你是远古时代的人，你将如何去了解我们所生活的世界？ 生：通过看身边的现象。 是的，从上一节“解剖原子”中，对于无法直接看到的物质结构，我们学会了通过观察实验现象，提出猜想模型。有新的现象能够支持原来的模型，那么模型将会更加完善；如果新的现象无法用旧模型解释，我们将会否定旧模型中不合适的部分，用新模型取代。那么这节课让我们一起来从现象中探索宇宙的奥秘吧！ 物理研究过程离不开从现象提炼模型，从新现象补充、修正模型的过程。所以在本节课上，也让学生通过“观察→提取模型→再观察→新模型”的过程，重温历代人们天文学研究历程。
1 远古时期
首先我们来观察人们最容易注意到的现象 【ppt9】【ppt10】日月 东升西落 大家看到什么现象？ 生：太阳/月亮升起来 大家可以想出怎样的模型解释这个现象呢？ 生：我们生活在大地上，天空罩着大地，日月星辰绕着大地转。 【ppt11】这就是盖天说：大地如棋盘，天穹如锅盖。 接下来请继续观察 【ppt12】远航归来的航船先露出桅杆 【ppt13】发生月食时，地球的影子是圆形的 【ppt14】麦哲伦船队始终向西航行，能够到达东方，并最终回到原地 这些现象都让人们意识到，我们生活的大地是球形的。 【ppt15】于是人们提出了浑天说：大地是球形，漂浮在大海上，日月星辰在天穹内环绕地球旋转。 可是这个模型有个很明显的问题 生：大海是垂直于地面的 【ppt16】所以浑天说很快演变为宣夜说，海洋是大地上的一部分，整个地球没有支撑，在一片虚无中飘着。没有支撑，在当时人们是很难理解的，因为我们周围的东西都需要支撑才不会掉下去。这个模型已经开始跳出生活固有经验，能从更高的角度看问题了。 【ppt17】人类对宇宙的认识，已经有了较大的进步。接下来我们继续观察 【ppt18】星空 延时摄影 大家看到天上的星星都在移动，但是星星之间的相对位置是固定的。 如果你是地球，你的同学们是星星，你将看到同学们绕着你转，但是他们之间的相对位置却不发生变化。你觉得这样做的难度大不大？更简单的方法却能看到同样的现象，可以怎样？ 生：我自己转。 所以当时的人们对于天体运行持有两种观点 【ppt19】天动说和地动说。 【ppt20】天动说与地动说互不相让，谁都找不到关键证据说服对方。从我们已经学过的的运动相对性来看，其实这两个观点都没有错，只是选择的参照物不同。 1.观察太阳月亮的升起，提出日月绕地球转 2.观察现象，发现地球是球形 3.观察星空，感觉运动，天动？地动？ 通过一系列的观察与提炼模型，学生对宇宙结构的认识也逐步清楚，也在这个过程中潜移默化学会科学分析总结的方法。
2 托勒密与地心说
【ppt21】当时的天文学已经发展到一定程度，天文学家将已观测到的天体命名。 【ppt22】古希腊柏拉图提出了他的宇宙体系。类似我们的宣夜说。 大地是个球体在中心，恒星壳上镶嵌着恒星包裹在最外层，从地球到恒星壳，依次分布着月球、太阳、金星、水星、火星、木星、土星，环绕地球运行。 （在黑板摆出顺序） 但是人们观测到行星逆行现象，他的模型无法解释。 【ppt23】古希腊托勒密就用他的模型很好地解释了这个现象。 请柯成凯同学和他的小组成员来介绍托勒密和他的地心说。 下图是柯成凯同学自制的均轮本轮演示仪。蓝色球是地球，红色球是火星。利用这个仪器，可以观察从地球角度看到的火星逆行。 【ppt24】地心说能够很好地解释行星逆行等现象，且能够较准确预言日食月食的发生时间，行星的位置也能精准对应。 【ppt25】这是地心说模型。 【ppt26】地心说模型恰好满足了一些宗教统治者的虚荣心，为了证明人类是上帝的选民，西方教会将地心说规定为教条：地球是宇宙中心，天体及其轨道都是完美的正球、正圆。任何人都不可以违背教条。 但是科学本就是不断纠错的过程，所以有新现象的发现，就要不断补充纠正甚至推翻旧模型。可是，一旦有人对地心说提出问题，宗教统治者不会解决问题，而是解决提出问题的人。这样的学术不自由环境持续了一千多年 由学生课前查资料，解释托勒密的地心说。 柯成凯同学为了解释均轮本轮的运行机制，从校本课中拿来零件制作了演示仪器。并用这个装置为同学们解释行星逆行的原理。 对于地心说，教材并不要求学生掌握太深的内容。但因为地心说日心说原本只是参照物不同，地心说中解释看到的现象也有其道理。所以我安排学生自己查阅资料，深入了解。 没想到学生自己动脑，在文字资料基础上，利用手工制作向同学们演示地心说的理论，让语言难以描述清楚的问题瞬间变得值观明晰。其他同学就算没有查阅大量资料没有深入思考，也能知道均轮本轮是怎么一回事了。
3 哥白尼与日心说
【ppt27】地心说提出近两千年后，人们发现观察与模型偏差越来越大，人们不断在本轮上再加本轮，直至加到四五重本轮，使得模型变得极为复杂。 【ppt28】直到观测达人第谷通过精密的观测与大胆的思考后，提出了新的地心说。 【ppt29】他仍然承认地球是宇宙的中心，但是只有太阳与月亮是围绕地球转动，其他行星全都是围绕太阳转到。这一改动，让观测结果与理论模型吻合多了。 【ppt30】在天文学家不断观测过程中，人们有发现了一些新的天体。 【ppt31】哥白尼大胆冲破教会的教条束缚，颠覆“地球是宇宙中心”这一观点，将太阳作为宇宙中心，地球降格一个普通行星。 【ppt32】日心说 【ppt33】不去管教会的教条，单就地心说与日心说本身而言，他们的区别就如天动说与地动说的区别一样，选择了不同的参照物，并没有谁对谁错，但是相对来说，日心说模型更简洁方便，所以人们逐渐接收日心说。 从教会对地心说的支持及对日心说的打压，学习宗教统治对科学进程的影响，知道科学这一客观规律是不能由人为意志决定。 地心说到日心说是科学的进程，本应是随着科学进步自然而然发生的，但由于统治者的掣肘，让科学的发展受到遏制，阻碍了科学进步。但一代又一代科学家坚守科学的良知，努力冲破统治者人为的枷锁，解放了人们的思想，推动了科学的进步。 从另一方面，也可以印证，科学的发展有利于思想认识的提高；科学素养有利于人格的健全。
4 第谷、开普勒与三大定律
【ppt34】伽利略作为实验的鼻祖，发明了天文望远镜，更加方便他对天体的观测。 【ppt35】他观察到木星有四个卫星 【ppt36】他还观察到太阳有黑子，月球有凹凸不平的环形山。 这些都与教会的教条不相符。伽利略变得坚决拥护日心说。为此，他写了《两大世界体系的对话》，为了获得教会出版许可，这本书明面上支持地心说，但实际上是将各种证据摆出来啪啪打教会的脸。 【ppt37】可是不久又有一个人人发现了一些问题 有请李学政同学来为我们介绍一下。 李学政来介绍《计算能手开普勒》 【ppt38】于是哥白尼的正圆轨道日心说改进为开普勒的椭圆轨道日心说。 【ppt39】自此，教会的两个教条全都被否定，神的存在也彻底被颠覆。 【ppt40】天文学的这一发展也是欧洲文艺复兴现象在科学界的必然结果。 【ppt41】开普勒的模型解释了天体如何运行，但是没有解释为何会这样运行。 牛顿的万有引力定律帮助人们理解天体间的相互作用，并帮助发现了天王星和海王星 【ppt42】人们对太阳系的结构，认识得更加清楚了。人类对宇宙的认识经历了幻想、观察、观察与数学相结合的方法，科学的发展也从不停步。
（二） 【ppt43】飞出地球去
1 【ppt44】认识万有引力
万有引力 牛顿认为，所有物体之间都有看不见的作用，正是这种作用将人们束缚在大地上，让熟透的苹果落向地面，让月球围绕地球旋转。这个作用叫做万有引力。 两个物体质量越大，相互之间的万有引力也越大，万有引力随着距离变远而变小。
【活动】 【ppt45】我们可以利用弹性布面上放重物模拟万有引力作用下的天体的运行规律 【ppt46】在弹性布上放上一个物体，弹性布会发生弯曲。 【ppt47】弹性布上放上两个小球，两个有质量的物体会相互靠近 【ppt48】你还可以在上面模拟绕太阳旋转的地月系统。
2 【ppt49】挣脱引力束缚
如果想要摆脱地球引力的束缚，飞到天上去，离开地球，应该怎样做呢？ 牛顿的设想：扔出物体时，初速度越大，扔出的距离越远；而地球是球面的，如果物体速度足够大，物体是不是就不会落到地面呢？ 【ppt50】利用奶茶纸杯底部和可乐瓶上剪下的塑料片做成一个可以弹射小球的圆形装置模拟从地球发射物体。 发射出去，落点较远 【ppt51】若以更大的速度发射，小球将会绕地球旋转，最终落向地面。 【ppt52】这样，我们就发射出一个人造卫星啦。 【ppt53】飞出地球。如果达到更大的速度，将不会再落回地面。 【ppt54】以更大的速度发射小球，小球将不会落向地面。虽然不会落回地面，但是它奔向了太阳，它被太阳吸引了。 【ppt55】如果想要逃出太阳系，就需要更大的速度。
3 【ppt56】中国航天
【ppt57】现代科技让人类拥有了获得大速度的能力，利用向后喷射气体，能够让火箭升空，将卫星、太空飞船、宇航员送上高空。 中国航天局是我国航天机构， 【ppt58】已经拥有独立自主的航天科技，并已跻身世界前列。东方红、长征系列运载火箭、载人航空、探月、空间站等。 【ppt59】梦缘 中国航天 中国天宫空间站 【pp60】在这里，借用中国航天日的海报，让我们一起努力学习，逐梦航天！
七、板书设计
10.4 飞出地球 一、认识宇宙 1、远古 2、地心说 3、日心说 二、飞出地球 1、环绕速度 2、脱离速度 3、逃逸速度 三、中国航空
八、教学反思
本节课在备课过程中遇到了许多困难。一方面是教学内容的安排，一方面是实验的设置与呈现。 本节的教学内容分为两部分，前面一半为人类对宇宙认识的进程，重点为地心说与日心说及其代表人物；后一半为介绍万有引力、飞出地球。前一半内容为物理学史介绍，很容易形成老师一言堂的效果，讲成了文科课，也无法体现物理学的学科特征。而后一半万有引力部分并不要求掌握太深，但是学生难以理解万有引力作用，并且很难在课堂上找到合适的实验让学生感受万有引力的作用。教材中提供的演示实验是用绳拴住石头转圈，不仅绳子给的拉力大小和万有引力大小规律不同，而且利用增大速度使石头挣断绳子后，将瞬间不再受到拉力，也与万有引力效果不同。不正确理解万有引力效果，就很难理解天体运行规律，就更难以利用速度飞出地球的要求。 经过研读前一半物理学史的内容，并且在广泛搜集扩展教学资料时，我感受到科学发展的脚步，在发展的过程中其实是有一条逻辑线的。历代科学家都是在不断的观察与思考中，提出模型、修正模型，整个物理学的研究都是在不断寻找答案的过程。这个过程已经在上一节“10.3 解剖原子”中让学生经过“阴极射线管实验→枣糕模型→α粒子散射实验→行星模型”的过程体会到了，那么，这一节课为何不让同学们用学到的手段，经历一遍天文学研究过程呢？所以这节课的第一部分，我改变了之前收集各种学说的思路，转为收集各种现象，并且模仿人类对自然的了解进程，将现象按观察的难易程度从易到难整理出来，将现象一步一步展现给学生，由学生观察现象，并思考，进而提出模型。这一方法不仅让课堂变得活跃，而且让学生在潜移默化中将上一节听到的技能运用一遍，将观察与思考内化为自己的科学素养。 实验的设置应根据教学内容来安排，又要兼顾实验呈现的效果。在备课期间，我重点关注的实验是“如何呈现万有引力规律”和“如何离开地球”。因为生活中物品间的万有引力太微弱，在课堂上实在找不出直接呈现的方式，所以只能用其他器材与现象模拟。我第一个想到实验的是利用橡皮筋绑石头，由橡皮筋提供万有引力。当石头围绕圆心旋转的速度变快，橡皮筋将会被拉得越长，如果石头速度快到一定程度，橡皮筋将会绷断，达到“离开地球”的效果。但是这个实验一方面难以稳定控制石块旋转速度，并逐步加快旋转速度；另一方面，橡皮筋给石块的力是拉得越远力越大，与万有引力距离越远力越小相反；再有一点，当石块绷断橡皮筋后，瞬间不再受拉力，石块将会沿直线飞出，与在万有引力作用下，物体飞出轨迹呈抛物线不一样。所以这个实验被我放弃。联想到万有引力的理论近年来有被“时空弯曲”理论取代的趋势，我想将“介绍万有引力”内容改为“介绍时空弯曲理论”，并且利用一张大弹性布和大圆框模拟时空弯曲时物体运行规律。但在备课过程中又感觉时空弯曲理论牵涉太多，难度非常点大，在短时间内学生很难理解。所以我仅保留弹性布上模拟运行规律部分，并强调，这仅仅是模拟。由于本节课并不要求学生掌握万有引力的公式，只要知道它存在即可。所以我先利用弹性布和大圆框加上重物与小玻璃球呈现了小型的太阳-地月系统，这样就能让学生瞬间感受到引力场对天体影响下的物体运行规律与此相同。在感受到这一吻合之后，再利用安装了“弹射装置”的地球和小弹珠寻找飞出地球的方法。我原本只是想这套装置展示通过速度可以离开地面，但在使用这个装置时让我意外发现，它不仅可以演示环绕地球现象，在加上另一质量更大物体模拟太阳后，还可以演示物体离开地球后被太阳捕获的现象，即演示脱离速度，而且物体呈现出的抛物线轨迹和探测器在宇宙中运行的抛物线轨迹如出一辙，实在是难得贴合的演示。既然并不要求学生掌握万有引力，那么这套装置物体运动本质原因与万有引力不同也并不会影响课堂效果，只要现象都能对应上，便是很好的实验了。而且，学生自己在家也可以同样利用普通的围巾布和大脸盆模拟这个实验，继续他们的课外研究。装置用到的东西都是家里随手可以找到的，也可以算一个生活实验了。 最初准备时也想过让学生来角色扮演介绍物理学史内容，但角色扮演需要表情到位、台词熟练、语言情感到位，对学生表演能力要求高，而且排演会占用学生太多时间。但人物角色表演与物理学并不相关，就算演得再好，也只是熟悉了台词，不会领悟台词内容蕴含的科学思想，也不会对学习产生促进，于是我也放弃了这一想法。在课前给学生布置预习任务时，随口问了一句有没有学生愿意到讲台上向同学们介绍查阅的内容，有几个学生表示想要上前介绍。我就将内容切分成“远古宇宙观”、“地心说”、“日心说”、“第谷、开普勒研究”、“牛顿和万有引力”四个部分，让学生挑选，最终确定由柯成凯同学介绍“地心说”，李学政同学介绍”第谷、开普勒研究“，我也将我的课件作了相应调整，为他们的内容留出位置。原本我以为他们的准备是查阅资料写出发言稿，然后在班上念出来，最多不过在美术课上通过画图的方式将要介绍的内容形象地画出来。但在第二天他们提交展示内容时，我惊喜地发现，他们不仅查阅了大量资料将自己负责的内容深深理解，还各自做了上课讲解需要用到的教具模型和PPT课件！柯成凯同学将介绍重点落在托勒密的地心说如何解释行星逆行的问题，并利用他校本课上的机器人零件做成了一个”均轮-本轮运行仪“，通过投影，能够让同学们很值观地观察到从地球角度看到的火星逆行的现象，而且仪器中用不同颜色和横梁区分了均轮与本轮，也让同学们知道均轮本轮在地心说中是怎样安排的两个正圆。而李学政同学不仅介绍了第谷与开普勒的师承关系，更是将开普勒三大定律的公式与注释图形利用PPT清晰地展现出来，并且在最后将开普勒的贡献升华，阐述了开普勒的发现与他提炼的三大定律对牛顿发现万有引力定律的启发作用。 这两位同学介绍的内容在教材中都没有提及，但他们运用自己的方式向同学们做了很好的介绍，同学们也被他们的精彩讲解震撼，自发地鼓掌表示赞赏。我相信，这一节课的准备过程也让这两位同学感受颇深。 本节课的最后一个内容是我在教材之外另加上的：“中国航天“。在之前的教学过程中，我会利用一些闲暇课时向同学们介绍科技新动向。比如”2018年科技十大新闻“、”太阳与太阳系“、”嫦娥四号与玉兔2号的月背软着陆“等等，用来提升学生对物理学的兴趣，也督促学生关注科学的新动向，关心科技的发展，培养学生的民族认同感与自豪感。教材在这一节内容中介绍了中国古代的万户，也配了一张现代中国航天科技的插图，所以我将这节课的第三个内容确定为”中国航天“。让学生更全面地了解中国航天事业，并对中国航天的未来充满憧憬。恰逢今年四月24日为第三个中国航天日，这一次的航天日的主题海报是嫦娥与中国航天员指尖相碰和画面，是一张非常精美绚丽的海报，高科技现实与美丽的神话的对接，让人心潮激荡，所以我将刘但宅的国画《嫦娥奔月》作为课前的引入，将《嫦娥与宇航员》的海报作为最后的收尾，体现中华民族既有丰富浪漫的想象力，又有坚韧不屈的战斗力，中国人民在不断将曾经的幻想逐步变为现实。 这一节课的内容虽然是中考不做要求的内容，但我想，越是这种“无用功“处的巧妙着力，越能体现教师教学的态度，越能影响学生的学习态度，也越是让学生记忆深远的部分。所以教材中这些”边边角角“的内容我也不会因为考试不考而随意跳过，反而更加用心收集各种资料，留心最新发现与进展，找闲暇课时向学生详细介绍。虽然从不考试，但有很多同学却会追问出很多问题，虽然有很多问题是我无法回答上来的，但也正因为作为老师的我回答不出来，他们才会记住这些问题，会多方寻找答案。这不就是学习的要义么。