自科教案1

第一章 自然的探索

【章引言】自然科学是科学的一个重要分支，它是以自然为研究对象的科学。从原始社会至今，它经历了漫长的萌芽、发育和发展时期，已经由最初单一原始的体系发展成为基物理、化学、生物、地理、天文、地质等各学科为主并逐步趋向于更多应用广泛具有重要用途的交叉学科、边缘学科发展的综合的学科体系。伴随着自然科学的发展，人类的生产力和社会发展也逐步的加快，尤其进入现代，科技成为第一生产力，成为直接推动社会进步的动力。

【节引言】本节课我们将共同来重温一下自然科学发展的历史。 【板书】 第一节 自然科学发展的历史轨迹

古代自然科学（始于原始社会）—萌芽阶段 三个阶段

{ 近代自然科学（18-19世纪）—发育阶段

现代自然科学（20世纪至今）—迅速发展阶段

【导入】在原始社会里，人类在劳动中逐步积累起关于自然界的知识，这些在劳动中产生并以经验形式存在于技术之中的自然知识，构成了自然科学萌芽的最早形式。

【板书】一、古代自然科学 1、古希腊的科学

特点：自然科学与哲学融为一体—自然哲学

自然哲学派别林立，主要争论点是：世界的本源 主要观点：万物本源是火——赫拉克利特派 万物本源是原子——德谟克利特 2、古代中国的科技

四大发明：造纸术、印刷术、指南针、火药

飞跃时期：春秋战国时期，在相当多的领域占据世界领先地位长达2000多年之久。 衰落时期：明代中期

【导入】到14、15世纪伴随着文艺复新，近代自然科学也进入发展的时期。 【板书】二、近代自然科学的发展

（一）近代自然科学诞生阶段的三件大事 1、太阳中心说 哥白尼（波兰）《天体运行论》向神学信奉的地心说提出了严峻的挑战。 核心：日心 地动 布鲁诺（意）被火刑 伽利略（意）被终生监禁 2、血液循环说

由三位伟大科学家先后建立：

（1）比利时医生维萨里——《人体构造》指出心脏有四个房室

（2）塞尔维特于十年后发现小循环即肺循环（肺循环是指血液由右心室进入肺动

脉，流经肺部的毛细管网，再由肺静脉流回左心房的循环。）

（3）英国医生哈维揭示人体大循环（体循环是指血液由左心室进入主动脉，再流经全身的各级动脉、毛细血管网、各级静脉，最后汇集到上、下腔静脉，流回右心房的循环。）

3、伽利略为近代自然科学开辟道路

主要成就：把自然科学从自然哲学中分离出来成为独立的科学。（两方面） 科学成果：自制天文望远镜观察天体为哥白尼日心说提供有利证据 落体定律、抛物体的运动规律、摆的运动规律 为经典力学奠基

研究方法：实验方法的提高：把实验方法和数学方法结合

【导入】进入18世纪以来自然科学得到了全面的发展，不但自然科学的基础理论得以确立，而且带动了技术革命的兴起极大的推动了社会生产力的发展。 【板书】（二）、近代自然科学的发展（18——19世纪） 1、物理学理论的综合

（1）天上力学和地上力学的综合

牛顿（英）提出了力学三定律——惯性定律、加速度定律、作用力与反作用力以及万有引力定律，建立起经典力学体系，把人们过去普遍认为互不相干的地上物体运动和天体运动规律概括在统一的理论之中，完成了近代科学史上的首次大综合。 （2）不同运动形式的综合统一

德国医生迈尔第一次发表论文讨论运动形式转化规律。 焦耳（英）第一次用实验验证能量守恒。

赫尔姆霍兹第一次全面阐述能量守恒定律并指出其具有普遍意义。

19世纪70年代恩格斯突出强调“转化”并改称其为“能量转化和守恒定律”，其意义在于把人们认为互不相干的、割裂的物理现象——力学、热学、磁学、电学的联系在一起，统一在一起。 （3）光、电、磁的统一

奥斯特（丹麦）发现了电流的磁效应现象 法拉第（英）发现了电磁感应现象

1864年，麦克斯韦（英）提出了麦克斯韦方程，提出了电磁波的概念，预言光也是一种电磁波。

1877年，赫兹（德）用实验验证了麦克斯韦关于电磁波的预言。 麦克斯韦在电磁学理论中的地位就像牛顿在力学中的地位一样。 【板书】2、近代化学基础理论的建立（17世纪中期-19世纪末） （1）化学学科的建立

波义耳（英）提出了“元素”的概念，使化学成为一门独立的学科，同时提出化学是“实验科学”。

（2）燃烧的氧化学说的确立

拉瓦锡（法）提出了燃烧的氧化学说，真正揭开了燃烧的秘密。 （3）科学原子理论的建立

道尔顿(英)提出原子理论。之后，阿伏加德罗提出了分子理论，完善了科学原子理论。

（4）化学元素周期律的发现

门捷列夫（俄）于1869年2月，迈尔（德）于同年10月各自独立的提出了化学元素周期律。

（5）有机化学的建立

较无机化学出现较晚，受活力论的束缚；到1824年维勒（德）首次用无机物合成了有机物尿素，给神秘的活力论以沉重的打击，同时也打破了无机物与有机物的界限，无机领域的规律开始向有机领域渗透。

【导入】恩格斯所说的19世纪自然科学的三大发现有两项出自生物学即细胞学说和科学进化论。

【板书】3、生物学理论的新建树 （1）细胞学说

第一个观察到细胞的是胡克（英）；

1838年施来登（德）提出细胞是一切植物结构的基本单位；

1839年施旺（德）把这一学说扩大到动物界 （2）生物进化论的建立

达尔文1859年11月24日正式出版《物种起源》提出生物进化论，主要的核心思想是：生物变异是普遍存在的，生存竞争，优胜劣汰，适者生存

【导入】20世纪以来，现代自然科学进入一个迅速发展的阶段，以现代自然科学理论为基础陆续诞生了一批高新技术，人类社会继工业革命和电力革命之后，进入了第三次技术革命时代。

【板书】三、现代科学技术发展趋势 （一）科学技术经历了空前的革命 1、物理学革命

（1）量子力学的创立和发展

普朗克（德）——黑体辐射的研究宣告了量子论的诞生 爱因斯坦提出了光量子的概念 玻尔提出量子化的原子结构理论 （2）相对论的创立及发展 “以太危机”

1905年爱因斯坦提出狭义相对论，指出时间和空间都不是绝对的，而是相对的，时间和空间不是孤立的而是互相联系的，时间尺度的变化必然引起空间尺度的变化。

1961年爱因斯坦又创立了广义相对论

【讲述】量子理论和相对论的诞生突破了经典物理学的框架不仅成为了现代物理学的基石，而且为其他自然科学提供了全新的理念、理论和方法。 【板书】2、分子工程学

就是人们通过理论计算，像设计房屋一样设计新分子、新材料、新品种。比如药物设计、高分子设计、合金设计等。 3、生物分子学

遗传工程已能生产出人工胰岛素、干扰素和生长素等。

【讲述】20世纪以来，人类的视野在微观和宏观领域都扩大了十万倍以上，从肉眼看不到的基本粒子到地壳、天体、宇宙都有了比较深入的了解。学科之间逐步走向了新的综合 。 【板书】（二）科学技术走向新的综合 1、化学领域

1961年柯塞尔（德）提出离子键理论；同年刘易斯（美）提出了共价键理论，但是不能解释为什么共用电子对会静止在两原子之间。根据量子力学理论几乎同时诞生了共价键理论和分子轨道理论，解释了关于共用电子对的问题。 2、生物学领域

分子生物学的诞生是20世纪生物学界最重要的事件，它是生物学与化学及物理学交叉的产物。它的诞生是一些传统的生物学概念在生物分子大水平上得到阐明。 3、天文学领域

在现代宇宙学的基础之上，借助广义相对论开始形成新的宇宙观。伽莫夫提出宇宙大爆炸理论。 4、地学领域

1915年魏格纳（德）提出大陆漂移说； 1928年霍夫曼（英）提出地幔对流说；

20世纪60年代赫斯（美）提出海底扩张说； 1967年在此基础上提出了板块构造理论。

【讲述】进入20世纪以来，科学对社会发展的推动作用日益明显，科学已经成为决定国家和民族兴衰成败的决定性力量。 【板书】（三）科学技术发挥的巨大作用 1、科学技术成为第一生产力

科学对生产力的各要素都有重大的影响：对产业结构产生了重大影响；是世界经济的运行进入了知识经济时代。知识将成为高于物质和能源的主要财富。 2、科学技术的发展改变了社会的面貌

信息技术、新材料技术、空间技术和海洋技术等。 3、科学技术的进步影响人类的生活方式

现代交通工具、现代传媒手段、机械化、自动化和产业化、家庭电气化等。 危害：生态环境的恶化，自然资源和能源的过度消耗，核灾难等。

【讲述】科学技术是第一生产力，创新是一个民族进步的灵魂，是国家兴旺发达的

不竭动力。要使科学技术在知识经济社会成为主要推动力，必须切实推进科技创新，树立以人为本的科技发展观。 【板书】（四）创新是科技进步的核心 1、确定以创新为价值取向的观念 2、确定以人为本的科技发展观

3、完善适应知识经济和21世纪社会发展的科技进步体系 4、建立与创新要求相适应的国家创新体系结构 5、全面提高创新科技人才的素质

6、发展创新文化，努力培育全社会的创新精神

2、动能定律

表述：合外力对物体做的功等于物体动能的改变量。 表达式：W=Ekt-Eko=?mvt2-?mvo2

规律：物体对外做功，消耗自身的动能；外力对物体做功，物体的动能就会增加。

（三）重力势能和引力势能

势能：由相互作用的物体或物体内部相对位置决定所具有的能。是能量的另一种形式。

1、重力势能：物体因为相对于地球的位置而具有的能。 表达式：Ep=Gh=mgh

2、引力势能：适用于距离地球遥远的物体。 万有引力：F=Gm1m2/r2

引力势能：Ep=FS=Gm1m2/r2×r=Gm1m2/r

【导入】碰撞也是力学种常见的问题，接下来我们来了解一下。 【板书】四、碰撞 （一）冲量

表达式：I=FΔt=mvt-mvo

矢量：有大小也有方向，方向就是作用力的方向。 单位：N?s(牛顿秒) （二）动量 表达式：P=mv

矢量：方向和运动方向一致。 单位：Kg?m/s

(三)动量定律：物体动量的改变等于物体所受到的冲量。 表达式：I=mvt-mvo=ΔP

(四)动量守恒定律：如果系统内各物体所受合外力为零，那么系统的总动量保持不变。

表达式：m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2' 例如：两球的对心碰撞（P135）

第二节 天体的运行

【导入】天地万物无一不是运动着的，天体也是如此。宇宙中大大小小的天

体包括恒星、行星、卫星等都在按照一定的规律运行。这节课我们将来研究地球的运行规律及其与季节、历法、天气、气候之间的关系。 【板书】一、地球的运行 地球的自转

【讲述】首次发现地球自转的是法国物理学家傅科，1851年在法国巴黎傅科做了一个单摆实验，摆长67米，重28千克。发现单摆平面沿顺时针方向缓慢转动，分析原因是因为地球的自转造成单摆平面相对于地球的转动。 【导入】地球的自转为地球的地理坐标的确立奠定了基础。 【板书】1、地球的地理坐标

（1）自转轴：地轴-通过地心和地面相交与南北两极的假象轴。

（2）纬圈：一切与地心垂直的平面与球面相割而成的圆。最大的纬圈是赤道，赤道也是唯一通过地心的纬圈平面，把地球分为南、北半球，越往两极方向的纬圈越小，到两极成为两点。

纬线：一个纬圈就是一条纬线，纬线互相平行，指示地球上的东西方向，南北方向可以无限的走下去。

纬度：地球上某点到地心的连线与赤道平面的夹角。 南纬：N(0°-90°) 北纬：S（0°-90°）

（3）经圈：一切通过地轴的平面而与地面相割而成的圆。

经线：经圈被南北两极分割而成的两个半圆，一个经圈由两条经线组成。指示地球上的南北方向，南北方向是有限的。

0度经线：人为的规定通过英国格林尼治天文台的经线为0度经线。 经度：某地的经线平面与本初子午线的夹角。 东经：E（0°-180°） 西经：W（0°-180°）

（4）地理坐标：一个地点的经度和纬度就是该地的地理坐标。 例如：北京：北纬40° 东经120° 2、地球自转的特征：

（1）方向：自西向东（北极俯瞰逆时针，南极俯瞰顺时针） （2）周期：

恒星日：以遥远的恒星为参照，自转360°需要23时56分4秒。

太阳日：以太阳为参照，自转360°59′需要24时。实际应用的正是太阳日。 （3）速度：

角速度：全球都一样，15°/时，两极无角速度。

线速度：各不相同。规律：赤道向两极递减，两极无线速度；高度不同线速度也不同，高度高线速度大，高度低线速度小。

（4）趋势：长期变慢，并非一成不变。 3、地球自转的影响：

（1）由于自转而使地球成为一个扁球体，赤道略微突出。

（2）天体的周日运动：如太阳的东升西落，导致地球的昼夜更替，同时使地表热量均衡，有利于生物生长。

（3）地转偏向力：是一种假想力，是指地球上一切水平运动着的物体因地球自转而产生的使运动方向发生偏离的力。它不改变物体运动的速率，只改变物体运动的方向。

规律：南半球向左偏，北半球向右偏，赤道无地转偏向力，静止的物体也没有地转偏向力。

举例：我们的鞋底是右侧磨得比左侧快。

我国的许多河流（如三峡）右侧常有悬崖，船在悬崖下走是常有的事，这就是因为在地转偏向力的作用下水流磨蚀右岸而形成的。

在北半球，右轨磨损得总是比左轨要厉害那么一点点，原因就是火车在行走的时候会受到向右的地转偏向力的作用，这样的话右轨要承担的压力就比左轨要大那么一点，于是磨损当然也就更厉害了。

【导入】地球除了自转之外还有公转，下面我们来了解一下公转。 【板书】(二)地球的公转：地球沿一定轨道环绕太阳做旋转运动。 1、地球公转的特点

（1）轨道：椭圆（接近正圆）地球于1月初经过近日点，7月初经过远日点。 （2）方向：自西向东

（3）周期：恒星年（真正周期）——365日6时9分10秒（转360°所需时间） 回归年（实际常用）——365日5时48分46秒（稍短）

回归年：地球连续两次经过春分点的时间间隔

（4）速度：角速度：360°/年 、59`/日

线速度：平均29.78千米/秒。近日点引力大，线速度较快；远日点引力小，线速度较慢。

（5）黄赤交角：黄道面和赤道面的交角-23°26` 黄道面：地球公转的轨道面。

天球：假象的球体，通常以地心为球心，以无穷大为半径的一个球体，就是我们抬头看到的近似球面状的天空。 黄道：黄道面与天球相交的大圆。 天赤道：赤道面与天球相交的大圆。

黄道与天赤道有两个交点：春分点和秋分点，两者之间中点分别是夏至点和冬至点。（见下图）

2、地球公转的影响

（1）正午太阳高度角：对于地球上的某个地点，太阳高度是指太阳光的入射方向和地平面之间的夹角,专业上讲太阳高度角是指某地太阳光线与该地作垂直于地心的地表切线的夹角。太阳高度角越大辐射越强。

A.某地而言，一天中正午太阳高度角最大，日出日落时最小都为零度。 B.由于地球的公转，使太阳的直射点在南北回归线之间移动。 C.南北回归线之间，太阳高度角最大可达90°，同一地点一年有两次太阳直射。 D.南北回归线之外，太阳高度角小于90°，且随纬度和季节不同而改变。由南北回归线向两极递减，随季节不同而不同，以北半球为例：夏至日（6月22日）太阳高度角最大；冬至日（12月22日）太阳高度角最小。

（2）昼夜长短：由于太阳直射点在南北回归线之间移动，引起晨昏圈的移动。 规律：

A.当太阳直射点落在北回归线上时，为夏至日，北半球为夏季，昼长夜短，白昼最长，北极出现极昼，南极出现极夜；当太阳直射点经赤道南移时，昼变短夜变长；当太阳直射点落在南回归线上时为冬至日，北半球为冬季，昼短夜长夜晚最长，南极出现极昼，北极出现极夜。 B.赤道和春分秋分全球昼夜等长。

【板书】地球的自转和公转使得太阳辐射能量随季节和纬度不同而不同，因此出现了四季和五带；又由于地球的自转和公转的周期性合规律性很强，人们创造了历法。 【板书】二、季节和历法 （一）四季和五带

1、四季的产生：首先是一种天文现象，其次才有一定气候意义。 相关规律：

A.一年有四季，每季为3个月，太阳在黄道上运行90°.

B.春分点到秋分点：太阳直射北半球，北半球为夏半球，昼长夜短，南半球为冬半球，情况相反。其中夏至点时，北极极昼南极极夜。

秋分点到春分点：太阳直射南半球，南半球为夏半球，昼长夜短，北半球为冬半球，情况相反。其中冬至点时，北极极夜南极极昼。 C.四季：

春季：太阳直射赤道，这一天为春分日（3月21日），为本季的中点，前后各一个月为终始点。整个春季太阳直射点由赤道向北半球移动。我国为暖春季节，太阳高度值居中，春分日昼夜等长。

夏季：太阳直射北回归线，这一天为夏至日（6月21日），为本季中点，前后各一个月为终始点。此时北极极昼南极极夜。整个夏季太阳直射点由南向北移动到北回归线后又转向南移动。我国为炎热季节，太阳高度值最大，昼长夜短。

秋季：太阳直射赤道，这一天为秋分日（9月23日），为本季的中点，前后各一个月为终始点。整个秋季太阳直射点由赤道向南半球移动。我国为秋季，逐渐转冷，太阳高度值居中，秋分日昼夜等长。

冬季：太阳直射南回归线，这一天为冬至日（12月22日），为本季中点，前后各一个月为终始点。此时北极极夜南极极昼。整个冬季太阳直射点由北向南移动到南回归线后又转向北移动。我国为寒冷冬季，太阳高度值最小，昼短夜长。

2、五带的划分

（1）标准：以太阳高度和昼夜长短为标准定出的纬度地带。只强调太阳的光照情况，不考虑地表差异。 （2）五带： 北极圈（N66°34`)以内：北寒带(寒带共占8.3%） 南极圈 (S66°34`) 以内：南寒带

北极圈和北回归线之间：北温带（温带共占51.9%） 南极圈和南回归线之间：南温带

北回归线和南回归线之间：热带。(占39.8%) （3）特征：

热带：太阳每年直射两次（春分和秋分），太阳高度角最大（90°-43.8°），昼夜长短变化不大（10时35分-13时25分）。赤道上两次太阳直射时间相隔最长达半年之久，且昼夜终年等长。

温带：太阳终年不会直射，正午太阳高度角随纬度的增加而降低（最大46°52`），昼夜长短随唯独增加变化幅度显著增大，南北回归线上的是2时50分，南北极圈可扩大到24小时。

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