高中物理人教版第六章萬有引力與航天太陽與行星間的引力（省一等獎）

第二節(jié)太陽與行星間的引力教學(xué)設(shè)計設(shè)計思想本節(jié)的主要內(nèi)容是學(xué)生體會從行星運(yùn)動規(guī)律到發(fā)現(xiàn)引力定律，親自推導(dǎo)并建立完整的太陽與行星間引力定律。本節(jié)在本章中處于核心地位，是第一節(jié)內(nèi)容的發(fā)展，是后幾節(jié)的基礎(chǔ)。同時極好的科學(xué)探究過程教育素材.本節(jié)教材選用的是討論法與講授法結(jié)合的教學(xué)方法。教學(xué)中幾個環(huán)節(jié)說明如下：討論交流：將三個問題分為兩個層次給學(xué)生。因為考慮到問題的性質(zhì)不一樣，前兩個問題是學(xué)生熟知的事實(shí)，后一個問題重在推理。而且與牛頓的思路直接相關(guān)，可作為后一環(huán)節(jié)的引入。推導(dǎo)定律的公式：主要考慮學(xué)生獨(dú)立思考，分析，并且作出解釋，比老師帶著推導(dǎo)更能調(diào)動學(xué)生思維，更方便發(fā)現(xiàn)學(xué)生的問題。對相關(guān)學(xué)史的介紹，舊教材是在推導(dǎo)之前，新教材安排在推導(dǎo)之后。安排在后，更能突出本節(jié)的重點(diǎn)。教學(xué)目標(biāo)知識與技能：（1）知道行星與太陽運(yùn)動它們之間存在引力。（2）了解的思路和推導(dǎo)過程。（3）理解行星與太陽運(yùn)動引力公式數(shù)學(xué)表達(dá)式物理意義，知道牛頓發(fā)現(xiàn)行星與太陽運(yùn)動引力公式的意義。（2．過程與方法：通過發(fā)現(xiàn)行星與太陽運(yùn)動引力公式的思路和推理過程。使學(xué)生體驗完整的研究過程，從問題提出，猜想于假設(shè)，演義和推理，得出結(jié)論，并檢驗論證。3．情感態(tài)度與價值觀：了解科學(xué)發(fā)展的艱巨性和必然性，培養(yǎng)對科學(xué)家崇敬的情感，增強(qiáng)學(xué)科學(xué)、用科學(xué)的意識。教學(xué)重點(diǎn)行星與太陽運(yùn)動引力公式的內(nèi)容及數(shù)學(xué)表達(dá)式教學(xué)難點(diǎn)行星與太陽運(yùn)動引力公式發(fā)現(xiàn)的思路教學(xué)資源圖片：亞里士多德、開普勒、胡克、哈雷、牛頓的圖片及其對人類的貢獻(xiàn).動畫：地球圍繞太陽轉(zhuǎn)、月亮圍繞地球轉(zhuǎn)。行星繞太陽運(yùn)動.演示實(shí)驗：圓周運(yùn)動。學(xué)生預(yù)習(xí)：通讀全文，重點(diǎn)閱讀引力推導(dǎo)部分。教法設(shè)計本節(jié)教材選用的是討論法與講授法結(jié)合的教學(xué)方法。教學(xué)中幾個環(huán)節(jié)說明如下：討論交流：將三個問題分為兩個層次給學(xué)生。因為考慮到問題的性質(zhì)不一樣，前兩個問題是學(xué)生熟知的事實(shí)，后一個問題重在推理。而且與牛頓的思路直接相關(guān)，可作為后一環(huán)節(jié)的引入。推導(dǎo)定律的公式：主要考慮學(xué)生獨(dú)立思考，分析，并且作出解釋，比老師帶著推導(dǎo)更能調(diào)動學(xué)生思維，更方便發(fā)現(xiàn)學(xué)生的問題。對相關(guān)學(xué)史的介紹，舊教材是在推導(dǎo)之前，新教材安排在推導(dǎo)之后。安排在后，更能突出本節(jié)的重點(diǎn)。教學(xué)過程教師活動學(xué)生活動設(shè)計意圖1.復(fù)習(xí)提問:展示行星繞太陽運(yùn)行軌道.同時提問.(1)開普勒發(fā)現(xiàn)行星運(yùn)動規(guī)律的內(nèi)容?電腦投影(2)為什么行星圍繞太陽運(yùn)動?教師邊演示邊提問：實(shí)驗演示：細(xì)線拉小球在水平面做圓周運(yùn)動.提問：為什么球作圓周運(yùn)動?如果細(xì)線突然斷了，小球?qū)⑷绾芜\(yùn)動？教師講解:牛頓思考物體怎樣才不會沿直線運(yùn)動,必需需要力.既然行星一直做圓周運(yùn)動，那是不是也有一種力來實(shí)現(xiàn)呢？而這種力不同于繩子的拉力，它是無形的，是神秘的引力.牛頓的猜想:這些問題其實(shí)也是牛頓從猜測開始思考的關(guān)于引力的問題。從牛頓的名著《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中可以看到他是這樣思考的：在地面上很高的地方，重力并沒有明顯地減弱，那么把重力作用的高度逐漸延伸到月球軌道上，月球仍受重力的作用，可能就是這個重力使月亮保持圍繞地球的軌道運(yùn)動。牛頓的結(jié)論是：月亮圍繞地球運(yùn)動，受到的是地球?qū)λ囊Α６疫@個力和下落的蘋果受到的力是同種性質(zhì)的力，都是地球?qū)λ鼈兊囊?，并進(jìn)一步證明了行星圍繞太陽運(yùn)動的向心力也是太陽對行星的引力。2.推導(dǎo)太陽對行星的有引力(1)一個簡化：把行星圍繞太陽的運(yùn)動軌道近似看成是圓。（推導(dǎo)的立足點(diǎn)）(2)設(shè)行星的質(zhì)量m,行星圍繞太陽運(yùn)行,行星到太陽距離為r,行星向心力表達(dá)式?式中的v用天文觀測很難直接得到，但行星公轉(zhuǎn)周期容易測量，（新教材的說法很好）它們之間的關(guān)系是：，代入上式可得到：(3)教師提問:由開普勒第三定律可知，是個常量，則得出結(jié)論什么樣的結(jié)論?.3.行星對太陽的引力教師提問:行星對太陽的引力與什么有關(guān)?牛頓認(rèn)為，這個引力與行星的質(zhì)量成正比，也應(yīng)和太陽的質(zhì)量成正比和距離成反比。（牛頓認(rèn)為應(yīng)該如此，而不是牛頓第三定律的必然結(jié)果，所以這是個合理推論，其正確性需要驗證）.如果用表示太陽的質(zhì)量有教師提問:太陽與行星間的引力綜合以上兩個結(jié)論那么有：，寫成等式有，G是一個常量，對任何行星都是相同的。引力的方向沿二者的連線.4.結(jié)論:太陽與行星間的引力（1）公式表示：（2）引力常量G,與太陽行星無關(guān).4.回顧人們探索的歷史歷史人們長期探索的問題．在開普勒的時代，出現(xiàn)了對天體運(yùn)動的動力學(xué)解釋。如：伽利略認(rèn)為一切物體都有合并的趨勢，這種趨勢導(dǎo)致物體做圓周運(yùn)動；開普勒認(rèn)為，行星繞太陽運(yùn)動，一定是受到來自太陽的類似于磁力的作用；笛卡兒又認(rèn)為行星運(yùn)動是因為在行星周圍有旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)作用在行星上，在牛頓時代，對天體運(yùn)動的認(rèn)識更進(jìn)一步。胡克、哈雷認(rèn)為行星繞太陽運(yùn)動是因為受到了太陽對它的引力，甚至證明了行星的軌道是圓形的。行星受到的引力大小跟它到太陽的距離的二次方成反比。但是這種力為什么會形成橢圓軌道，卻沒能從理論上得到證明。在前人研究的基礎(chǔ)上，牛頓站在巨人的肩膀上，提出了行星運(yùn)動規(guī)律的根本原因——引力5.課堂小結(jié)請同學(xué)們思考，今天我們通過什么方法、得到了什么定律？有什么收獲？（學(xué)生回答）課外拓展：教師播放：“模擬地球圍繞太陽轉(zhuǎn)、月亮圍繞地球轉(zhuǎn)”的動畫教師提問：看完之后，能提出什么問題？學(xué)生討論：充分發(fā)散思考，提出問題和猜想，答案不一定統(tǒng)一，引發(fā)學(xué)生在課后繼續(xù)自行探究。思考回答.繩拉球拉力充當(dāng)向心力..小球做勻速直線運(yùn)動.學(xué)生板演：其他學(xué)生獨(dú)立推導(dǎo)。.因為行星繞太陽的運(yùn)動是勻速圓周運(yùn)動，所以太陽對行星的引力F是提供行星做圓周運(yùn)動的向心力，即：．太陽對行星的引力跟行星的質(zhì)量成正比，跟行星到太陽的距離的二次方成反比。學(xué)生思考根據(jù)牛頓第三定律，行星與太陽間的吸引力是相互作用的，是大小相等、性質(zhì)相同的力（一對反作用力）。討論設(shè)計驗證方案承前啟后由圓周運(yùn)動得出行星與太陽之間存在引力.萬有引力的推導(dǎo).學(xué)生探究發(fā)現(xiàn)過程.學(xué)