《萬有引力理論的成就》教學(xué)設(shè)計(jì)

《萬有引力理論的成就》教學(xué)設(shè)計(jì)寧夏六盤山高級(jí)中學(xué)設(shè)計(jì)者：趙保利《萬有引力理論的成就》教學(xué)設(shè)計(jì)一、本節(jié)教學(xué)內(nèi)容分析1、教材地位分析本節(jié)介紹了萬有引力定律在天文學(xué)上應(yīng)用的成功范例。它是本章的重點(diǎn)內(nèi)容之一，也是高考的必考內(nèi)容之一。是在學(xué)生學(xué)習(xí)了圓周運(yùn)動(dòng)，天體的運(yùn)動(dòng)，萬有引力定律等知識(shí)之后安排的一節(jié)聯(lián)系實(shí)際的應(yīng)用課。其研究目的是讓學(xué)生對(duì)圓周運(yùn)動(dòng)和萬有引力定律知識(shí)的進(jìn)一步鞏固和加深，并通過把復(fù)雜的天體運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化為學(xué)生所熟知的勻速圓周運(yùn)動(dòng)的這種方法，培養(yǎng)學(xué)生的建模能力，推理能力，歸納能力和發(fā)散思維意識(shí)。通過介紹近現(xiàn)代我國(guó)及世界各國(guó)在這一領(lǐng)域所取得的成就，激發(fā)學(xué)生愛國(guó)熱情和民族自豪感，對(duì)于學(xué)生初步了解宇宙，探索宇宙奧秘，學(xué)習(xí)天文學(xué)知識(shí)具有現(xiàn)實(shí)而深遠(yuǎn)的意義。2、教學(xué)目標(biāo)設(shè)定知識(shí)目標(biāo)：了解萬有引力定律在天文學(xué)上的重要應(yīng)用；掌握綜合運(yùn)用萬有引力定律和圓周運(yùn)動(dòng)等知識(shí)分析天體運(yùn)動(dòng)問題的基本方法。能力目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生的建模能力，推理能力，歸納能力和發(fā)散思維能力，學(xué)生體會(huì)研究天體運(yùn)動(dòng)問題的科學(xué)方法；培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。情感、態(tài)度、價(jià)值觀目標(biāo)：激發(fā)學(xué)生的愛國(guó)熱情和民族自豪感，體驗(yàn)科學(xué)的魅力，感受收獲的喜悅，激發(fā)他們的求知欲望和探索科學(xué)真理的激情。3、教材的重點(diǎn)、難點(diǎn)及確定的依據(jù)綜合應(yīng)用萬有引力定律和圓周運(yùn)動(dòng)等知識(shí)分析具體問題的基本方法，以及把具體天體問題推廣到一般天體，是本節(jié)課的知識(shí)重點(diǎn)和難點(diǎn)。培養(yǎng)學(xué)生的推理能力，歸納能力、創(chuàng)新能力和直覺思維能力，使學(xué)生逐步掌握研究物理問題的科學(xué)方法是本節(jié)課的能力重點(diǎn)。對(duì)教師而言物理方法的選擇及挖掘，對(duì)學(xué)生而言由實(shí)際問題抽象物理模型的建模能力，再由具體到一般的發(fā)散思維方法是本節(jié)課的難點(diǎn)。由于學(xué)生對(duì)天體運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)缺少直覺經(jīng)驗(yàn)，加之宏觀天體的運(yùn)動(dòng)又不能直接用實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證，高中階段又對(duì)這一問題的處理做了許多簡(jiǎn)化處理，所以，學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容對(duì)學(xué)生的抽象思維能力提出了很高要求，初學(xué)者普遍感到枯燥、繁雜、難于理解。教學(xué)時(shí)要注意緊密聯(lián)系學(xué)生已有知識(shí)，從新問題，新情景中提取信息和建立物理模型，引導(dǎo)學(xué)生去探究具體天體運(yùn)動(dòng)中所隱藏的共性的東西，通過討論、歸納把結(jié)論推向一般天體。在把握住重點(diǎn)和突破難點(diǎn)的過程中培養(yǎng)學(xué)生的建模能力、分析推理能力、歸納能力和創(chuàng)新意識(shí)，讓學(xué)生去體驗(yàn)科學(xué)的魅力，感受收獲的喜悅，激發(fā)他們的求知欲望和探索科學(xué)真理的激情。4、教學(xué)方法的選擇本節(jié)課是習(xí)題課，也可看作是勻速圓周運(yùn)動(dòng)在新情景、新問題中的具體應(yīng)用。教學(xué)中要遵循教師主導(dǎo)，學(xué)生主體的原則，努力活躍師生的雙邊活動(dòng)，以巧妙設(shè)置問題為誘導(dǎo)，組織學(xué)生圍繞“天體質(zhì)量的計(jì)算”這一問題展開分析、歸納、推廣（創(chuàng)新）5、措施及實(shí)施情況設(shè)計(jì)（1）導(dǎo)入新課教師出示實(shí)際天體運(yùn)動(dòng)的情景錄像資料，從中抽象概括出天體運(yùn)動(dòng)的簡(jiǎn)化模型為勻速圓周運(yùn)動(dòng)（建模），歸納整理F萬=F向的常見變形公式作為新課導(dǎo)入，其目的在于讓學(xué)生進(jìn)一步領(lǐng)會(huì)到理想化模型在物理學(xué)研究中的重要作用，理解新知與舊知之間的具體聯(lián)系，讓學(xué)生的思維順利進(jìn)入新課的軌道。（2）新課教學(xué)對(duì)天體質(zhì)量的計(jì)算采取先由學(xué)生自己推導(dǎo)計(jì)算中心天體質(zhì)量的表達(dá)式，再去和教材中的解法對(duì)照，分析幾種解法的優(yōu)劣，讓學(xué)生在探究、推理的過程中加深對(duì)結(jié)論的理解，體驗(yàn)理論結(jié)果和實(shí)際測(cè)量之間的差異，學(xué)會(huì)恰當(dāng)?shù)匕牙碚搼?yīng)用到實(shí)際，重點(diǎn)放在結(jié)論的分析上。在由具體天體向一般天體推廣的過程中，要緊抓結(jié)論中各物理量的物理意義。通過讓學(xué)生設(shè)計(jì)計(jì)算地球以及月球質(zhì)量的方法，體會(huì)從具體天體向一般天體過渡中抽象模型的思想和方法。設(shè)計(jì)了發(fā)散性問題：如果知道了天體的質(zhì)量和天體的半徑，把天體看作球體，你還能推出天體上的那些物理量的計(jì)算式？通過師生共同分析、總結(jié)出兩個(gè)結(jié)論（1、計(jì)算天體密度ρ；2、計(jì)算天體表面的重力加速度g），使得學(xué)生的思維不再限制在教材的范圍內(nèi)，提高學(xué)生處理新情景、新問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和發(fā)散思維能力。設(shè)計(jì)讓學(xué)生證明開普勒第三定律，目的在于使得學(xué)生對(duì)前后知識(shí)的來龍去脈更加清晰，有利于學(xué)生知識(shí)框架的構(gòu)建。在分析過程中，學(xué)生的思維主要存在兩大障礙，一是公式選擇的盲目性，學(xué)生只關(guān)注結(jié)論而忽視結(jié)論的實(shí)際可行性；二是學(xué)生分析單個(gè)物理量時(shí)比較清楚，考慮綜合問題時(shí)就會(huì)出現(xiàn)混亂。因此，在這里要引導(dǎo)學(xué)生抓住本質(zhì)的東西，每一步的討論，分析有根有據(jù)，使學(xué)生分析討論復(fù)雜問題的能力得以培養(yǎng)和提高。（3）鞏固練習(xí)為使學(xué)生所學(xué)知識(shí)具有穩(wěn)定性，并使知識(shí)順利遷移，本節(jié)課安排了15分鐘左右的時(shí)間進(jìn)行鞏固練習(xí)。具體做法是：（1）留出5分鐘左右時(shí)間讓學(xué)生回顧一下課本上和黑板上的知識(shí)內(nèi)容；（2）完成學(xué)案練習(xí)。（3）教師根據(jù)學(xué)生實(shí)際情況選擇部分練習(xí)題精講，查漏補(bǔ)缺，小結(jié)本節(jié)課。4、作業(yè)布置《物理必修2》第74頁(yè)問題與練習(xí)/(3)、(4)，目的在于鞏固本節(jié)課相關(guān)內(nèi)容【調(diào)查報(bào)告】上網(wǎng)查找資料，收集我國(guó)和世界航天事業(yè)發(fā)展歷史、現(xiàn)狀以及前景，寫一篇調(diào)查報(bào)告。二、教學(xué)設(shè)計(jì)課題：萬有引力理論的成就【教學(xué)目標(biāo)】1、知識(shí)目標(biāo)：了解萬有引力定律在天文學(xué)上的重要應(yīng)用；通過分析、推導(dǎo)公式，掌握綜合運(yùn)用萬有引力定律和圓周運(yùn)動(dòng)等知識(shí)分析天體運(yùn)動(dòng)問題的基本方法。2、能力目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生的建模能力，推理能力，歸納能力和發(fā)散思維能力，學(xué)生體會(huì)研究天體運(yùn)動(dòng)問題的科學(xué)方法；培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。3、情感、態(tài)度、價(jià)值觀目標(biāo)：激發(fā)學(xué)生的愛國(guó)熱情和民族自豪感，體驗(yàn)科學(xué)的魅力，感受收獲的喜悅，激發(fā)他們的求知欲望和探索科學(xué)真理的激情?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】綜合運(yùn)用萬有引力定律和圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí)分析天體運(yùn)動(dòng)問題的基本方法；【教學(xué)難點(diǎn)】（對(duì)教師而言）天體運(yùn)動(dòng)問題解決方法的選擇及推廣，（對(duì)學(xué)生而言）對(duì)學(xué)生而言由實(shí)際問題抽象物理模型的建模能力，再由具體到一般的發(fā)散思維方法【教學(xué)方法】引導(dǎo)、探究、歸納、發(fā)散（創(chuàng)新）【教學(xué)流程】一、導(dǎo)入觀看《天體的運(yùn)動(dòng)》錄像片段后，學(xué)生回答下列問題：1、你看到了那幾種天體的運(yùn)動(dòng)？2、天體的運(yùn)動(dòng)軌跡是什么樣子？可以簡(jiǎn)化為那種運(yùn)動(dòng)形式？。3、為什么這樣運(yùn)動(dòng)？試一試，分析出它們的受力。二、新課教學(xué)天體運(yùn)動(dòng)的簡(jiǎn)化模型：中心天體M處于圓心，環(huán)繞天體m處于圓周，圍繞中心天體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。動(dòng)力學(xué)關(guān)系：F萬=F向3、常見變形：mrω22學(xué)生整理、簡(jiǎn)化公式，分析式中各量的具體所指。4、萬有引力定律在天文學(xué)上應(yīng)用舉例(1)中心天體質(zhì)量的計(jì)算學(xué)生推導(dǎo)計(jì)算中心天體質(zhì)量的表達(dá)式。與教材P73頁(yè)的結(jié)論對(duì)照，思考討論，那個(gè)結(jié)論更容易測(cè)量。為什么？【思考與討論1】a、如果要計(jì)算地球的質(zhì)量，請(qǐng)你設(shè)計(jì)方案？如何構(gòu)建模型？需測(cè)量那些數(shù)據(jù)?b、如果計(jì)算月球的質(zhì)量呢?你可以設(shè)計(jì)那些方案？需測(cè)量那些數(shù)據(jù)?小結(jié)：將待測(cè)質(zhì)量的星球放在中心天體的地位，給其尋找一個(gè)環(huán)繞天體（天然的衛(wèi)星或人造衛(wèi)星），測(cè)的衛(wèi)星繞其運(yùn)行的軌道半徑r和運(yùn)行周期T即可。【思考與討論2】如果知道了天體的質(zhì)量和天體的半徑，把天體看作球體，你還能推出天體上的那些物理量的計(jì)算式？（師生共同分析、總結(jié)結(jié)論）結(jié)論一：計(jì)算天體密度ρ結(jié)論二：計(jì)算天體表面的重力加速度g證明開普勒第三定律師生共同推導(dǎo)，分析結(jié)果，了解開普勒三大定律在天文學(xué)上的重要地位。發(fā)現(xiàn)未知天體學(xué)生閱讀教材P73頁(yè)“發(fā)現(xiàn)未知天體”，看《天體的運(yùn)動(dòng)》錄像片段。（學(xué)生代表點(diǎn)評(píng)發(fā)言）三、鞏固小結(jié)火星和地球都是球體，火星的質(zhì)量和地球的質(zhì)量之比M火：M地=P，火星的半徑和地球的半徑之比R火：R地=q，那么兩者表面處的重力加速度之比g火:g地等于()A、B、pq2C、D、pq若有一星球密度與地球密度相同，它表面的重力加速度是地球表面重力加速度的2倍，則該星球質(zhì)量是地球質(zhì)量的()A、0.5倍B、2倍C、4倍D、8倍兩個(gè)靠近的天體成為雙子星，它們以兩者連線上某點(diǎn)為圓心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其質(zhì)量分別m1、m2，下列說法正確的是()A、其角速度相同B、向心力與兩質(zhì)量的乘積成正比C、線速度與其質(zhì)量成反比D、軌道半徑與其質(zhì)量成反比為了計(jì)算一個(gè)天體的質(zhì)量，需要知道繞該天體做勻速