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2019-2020年人教版必修二6.2《太陽與行星間的引力》WORD教案7 一、設計思想： 從行星運動規(guī)律到萬有引力定律的簡歷過程，是本章的重要內(nèi)容，是極好的科學探究過程及對學生進行人文教育的教育素材。在行星運動規(guī)律與萬有引力定律兩節(jié)內(nèi)容之間安排本節(jié)內(nèi)容，是為了更突出發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的這個科學過程。如果說上一節(jié)內(nèi)容是從運動學角度描述行星運動的話，那么，本節(jié)內(nèi)容是從動力學角度來研究行星運動的，研究過程是依據(jù)已有規(guī)律進行的演繹推理過程。本節(jié)內(nèi)容與下一節(jié)內(nèi)容結合起來應該說是一個比較完成的探究過程，從問題的提出、猜想與假設、演繹與推理、結論的得出、檢驗論證等，是一次很好的探究性學習的過程。 從學生已有的知識結構來看，學生在學習萬有引力之前，應該對力、質量、速度、加速度、向心力、向心加速度等概念有較好的理解，并且掌握自由落體、拋體和勻速圓周運動的運動學規(guī)律，能熟練運用牛頓運動定律解決動力學問題。所以在推導太陽與行星運動規(guī)律時，教師可以要求學生自主地運用原有已經(jīng)習得的知識進行推導，并要求說明每一步推理的理論依據(jù)是什么，教師僅在難點問題上做適當?shù)狞c撥。 二、教學設計流程圖： 教師 流程 學生 誘發(fā) 行動 引導產(chǎn)生問題 → 問題提出 → 新舊結合提出問題 ↓ ↓ ↓ 引導利用已有規(guī)律、概念 → 猜想與假設 → 作出合理猜想與假設 ↓ ↓ ↓ 引導近似處理 → 簡化模型 → 根據(jù)開普勒行星運動規(guī)律簡化模型 ↓ ↓ ↓ 適時的難點點撥 引發(fā)深入探索 → 演繹推理 → 利用牛頓第二定律，圓周運動規(guī)律，開普勒第三定律，分別推導太陽對行星的引力和行星對太陽的引力 ↓ ↓ ↓ 可能的數(shù)學加工指導 → 得出結論 → 綜合得出結論 ↓ ↓ ↓ 發(fā)問 → 意義延伸 → 留下疑惑和進步一發(fā)展空間 三、教學目標： 1．知識與技能： （1）知道行星繞太陽運動的原因，知道太陽與行星間存在著引力作用。 （2）知道行星繞太陽做勻速圓周運動的向心力的來源。 （3）知道太陽與行星間引力的方向和表達式，知道牛頓運動定律在推導太陽與行星間引力時的作用。 （4）領會將不易測量的物理量轉化為易測量物理量的方法。 2．過程與方法： （1）經(jīng)歷科學探究的過程，強化“猜想與假設”的情感認識（學史教育），經(jīng)歷自主學習的“演繹推理”過程。 （2）利用現(xiàn)有知識、方法解決實際問題，培養(yǎng)應用知識解決問題的能力。 （3）通過建立太陽和行星運動的簡化模型，培養(yǎng)抓住“主要矛盾”，建立物理模型的意識。 （4）初步體會對稱變換。 3．情感態(tài)度與價值觀： （1）通過講述牛頓之前科學家的猜想與推測，理解牛頓所說的：“如果我曾看得更遠些，那是因為我站在巨人們的肩上”的時代背景，知道努力學習過程，就是為了站上巨人們的肩上，“看得更遠”——使自己更富創(chuàng)造性。 （2）通過對研究太陽與行星的相互吸引力過程中參照系的轉換，認識在規(guī)律面前各星體之間沒有特殊性，培養(yǎng)學生要尊重規(guī)律的價值觀。 四、教學過程 教學過程 教師活動 學生活動 設計意圖 1．引入新課 師：在上一節(jié)的學習中，我們知道開普勒在前人的基礎上，充分挖掘第谷的觀測數(shù)據(jù)，為我們勾畫出太陽系星體運動的完美圖像。讓我們再次體會這種完美性…… 師：開普勒行星運動定律是開普勒基于對行星運動的觀測得出的，是對行星運動特點的現(xiàn)象的描述，為我們解決了行星做什么運動的問題。從現(xiàn)象到本質是物理學研究的必然過程，接下來我們需要研究什么樣的問題呢？ 生：回答開普勒行星運動定律的內(nèi)容。 【復習鞏固，引出問題】 2.新課教學 師：請同學們來說一說你的猜想與假設。 【過程中要注意引導學生利用已有知識做推理】 師：接下來我們共同來研究這個吸引力和哪些因素有關？在這一節(jié)和下一節(jié)我們將追尋牛頓的足跡，用自己的手和腦，重新“發(fā)現(xiàn)”萬有引力定律。 師：我們在開普勒的基礎上，以行星的運動為基礎，建立一個簡化的物理模型：你將如何處理？ 師：有了物理模型，太陽對行星的引力，就應該是行星做勻速圓周運動的向心力。請同學們自己嘗試推導：向心力與哪些因素有關？ 【適時引導：測量周期取代測量速度】 板書 師：同學們作出很好的推導。我們的工作完成了嗎？ 根據(jù)牛頓第三定律，知道行星肯定也吸引了太陽，力的大小應該相等。這個力是否應該也和太陽有關呢？怎么能得到F和太陽的關系呢？ 【適時提示思考：以太陽為參照物行星做圓周運動，那么以行星為參照物，太陽做什么運動？】 板書 師：現(xiàn)在請同學們綜合上面所做的工作，關于太陽與行星間的引力與哪些因素有關，能有一個更加準確、全面的結論了嗎？ 板書 師：天體的運動圖像如此優(yōu)美，天體如此運動的原因，你不覺得也很簡潔完美嗎？ 文藝復興時美學對簡潔、和諧的美學追求，影響著人們對科學的簡潔、和諧美的追求。 師：同學們剛才經(jīng)過幾十分鐘的演繹推導，相互交流，充分利用了現(xiàn)有知識，得到了這樣的結論，非常不錯。同學們知道在歷史上經(jīng)歷怎樣的艱辛過程呢？ 多媒體展示簡史材料。 在歷史上，古希臘開始就在進行不斷的猜想、推測。在那時候還沒有圓周運動的規(guī)律，沒有向心力的概念，沒有相互作用的觀念，也沒有剛才用到的牛頓運動定律……伽利略、開普勒、笛卡爾，胡克，哈雷等都對此提出了自己的解釋。伽利略曾經(jīng)考慮過地球和天體的重力有統(tǒng)一性，并說：“如果他能夠教給我什么使地上萬物下落的原因，我就可以告訴他地球運動的原因”，還說：“……在圓周運動中，既然運動物體不斷地離開并在接近它的自然終點，那么接近的傾向和抗拒的傾向在力量上就永遠相等了”，這可以看到“向心力”概念的雛形，笛卡爾認為單獨考慮一個物體時不存在重量，已是“相互作用”的觀念。胡克等人認為，行星繞太陽運動是因為受到了太陽對它的引力，甚至證明了如果行星的軌道是圓形的，它受到引力的大小跟行星到太陽距離的二次方成反比。牛頓在前人的研究基礎了，形成對運動及相互作用的深刻理解，用邏輯嚴密的體系，以驚人的開拓精神把天體運動、宇宙結構納入自己的力學體系，得到運動的三定律，發(fā)現(xiàn)萬有引力定律，并經(jīng)實踐檢驗確立下來。牛頓有一句名言：“如果我曾看得更遠些，那是因為我站在巨人們的肩上”。 同學們剛才應該已經(jīng)體驗站在巨人們的肩上，的確可以使自己看得更遠。如何才能站上巨人的肩？我想在每個同學心中都有了答案。 同學們，如此優(yōu)美的公式的意義，難道僅僅體現(xiàn)在太陽和行星之間嗎？ 生：為什么行星能繞太陽運動？ 生：討論……發(fā)表各自觀點。根據(jù)牛頓運動定律知道一定是受到了向心力，且這個力是太陽對行星的引力。 得到初步結論： 生：討論……近似認為行星圍繞太陽做勻速圓周運動，太陽處于圓心。（行星軌道半徑的三次方跟它的公轉周期的二次方的比值都相等【課本P30】）。 生：根據(jù)勻速圓周運動的規(guī)律和開普勒第三定律進行嘗試推導。 …… 展示推導過程，體現(xiàn)出測量周期取代測量速度。 …… 結論： ，【需要指出k與行星無關】 即：F∝ ……(1) 表明：…… 生：引發(fā)思考 生：【思考】 討論……也應該做圓周運動，根據(jù)剛才的推導過程同樣可以得到行星對太陽的吸引力： F’∝ ……(2) 生：討論…… 根據(jù)牛三：F＝F’，所以由（1）、（2）可得：太陽與行星間引力與太陽質量、行星質量成正比，與兩者距離而二次方成反比。即： F∝ 寫成等式： F＝ ……（3） 此時式中的G是比例系數(shù)，與太陽、行星都沒有關系。 太陽與行星間的引力的方向沿二者的連線指向對方。 生：感受結果的簡潔優(yōu)美。 生：看簡史材料。 感受巨人是大量人工作的成果。 感悟巨人的肩對科學發(fā)現(xiàn)的重要性。 生：有所思。 提出問題 猜想與假設 簡化模型 自主演繹推理 體會將不易測量的物理量轉化為易測量物理量 運動的描述是相對的，天體在規(guī)律面前是平等的，尊重規(guī)律。 初步體會對稱變換 理解牛頓所說的：“如果我曾看得更遠些，那是因為我站在巨人們的肩上”的時代背景，知道努力學習過程，就是為了站上巨人們的肩上，“看得更遠”——使自己更富創(chuàng)造性。 向邁向萬有引力做發(fā)問。 3．總結： （1）總結知識、方法收獲； 情感體驗 （2）你認為科學的發(fā)現(xiàn)（創(chuàng)新性結論的提出）需要具備哪些因素？ 生：再次體會演繹推導的過程。 情感體驗 生：談自己的認識。 ……前人研究的基礎及成果，社會價值的追求，個人的努力等 落實基礎知識和技能，感受科學發(fā)展的過程，科學發(fā)展中的文化。 4．作業(yè) 課后問題與練習。 課后解答 強調(diào)基本觀點，重視思維方法，符合邏輯關系。 五、板書設計 6－2 太陽與行星的引力 太陽對行星的引力： 公式：F＝ 方向：沿二者的連線指向對方 太陽與行星間的引力： 行星對太陽的引力： 來源：