高中物理：6.2《太阳与行星间的引力》教案（2）（新人教版必修2）

6 2 太阳和行星间的引力太阳和行星间的引力 教学设计教学设计 一 设计思想 一 设计思想 从行星运动规律到万有引力定律的简历过程 是本章的重要内容 是极好的科学探究过 程及对学生进行人文教育的教育素材 在行星运动规律与万有引力定律两节内容之间安排本 节内容 是为了更突出发现万有引力定律的这个科学过程 如果说上一节内容是从运动学角 度描述行星运动的话 那么 本节内容是从动力学角度来研究行星运动的 研究过程是依据 已有规律进行的演绎推理过程 本节内容与下一节内容结合起来应该说是一个比较完成的探 究过程 从问题的提出 猜想与假设 演绎与推理 结论的得出 检验论证等 是一次很好 的探究性学习的过程 从学生已有的知识结构来看 学生在学习万有引力之前 应该对力 质量 速度 加速 度 向心力 向心加速度等概念有较好的理解 并且掌握自由落体 抛体和匀速圆周运动的 运动学规律 能熟练运用牛顿运动定律解决动力学问题 所以在推导太阳与行星运动规律时 教师可以要求学生自主地运用原有已经习得的知识进行推导 并要求说明每一步推理的理论 依据是什么 教师仅在难点问题上做适当的点拨 二 教学设计流程图 二 教学设计流程图 教师教师流程流程学生学生 诱发诱发行动行动 引导产生问题 问题提出问题提出 新旧结合提出问题 引导利用已有规律 概念 猜想与假设猜想与假设 作出合理猜想与假设 引导近似处理 简化模型简化模型 根据开普勒行星运动规 律简化模型 适时的难点点拨 引发深入探索 演绎推理演绎推理 利用牛顿第二定律 圆 周运动规律 开普勒第 三定律 分别推导太阳 对行星的引力和行星对 太阳的引力 可能的数学加工指导 得出结论得出结论 综合得出结论 发问 意义延伸意义延伸 留下疑惑和进步一发展 空间 三 教学目标 三 教学目标 1 知识与技能 1 知道行星绕太阳运动的原因 知道太阳与行星间存在着引力作用 2 知道行星绕太阳做匀速圆周运动的向心力的来源 3 知道太阳与行星间引力的方向和表达式 知道牛顿运动定律在推导太阳与行星间引 力时的作用 4 领会将不易测量的物理量转化为易测量物理量的方法 2 过程与方法 1 经历科学探究的过程 强化 猜想与假设 的情感认识 学史教育 经历自主学 习的 演绎推理 过程 2 利用现有知识 方法解决实际问题 培养应用知识解决问题的能力 3 通过建立太阳和行星运动的简化模型 培养抓住 主要矛盾 建立物理模型的意 识 4 初步体会对称变换 3 情感态度与价值观 1 通过讲述牛顿之前科学家的猜想与推测 理解牛顿所说的 如果我曾看得更远些 那是因为我站在巨人们的肩上 的时代背景 知道努力学习过程 就是为了站上巨人们的肩 上 看得更远 使自己更富创造性 2 通过对研究太阳与行星的相互吸引力过程中参照系的转换 认识在规律面前各星体 之间没有特殊性 培养学生要尊重规律的价值观 四 教学过程四 教学过程 教学 过程 教师活动学生活动设计意图 1 引 入新 课 师 在上一节的学习中 我们知道开 普勒在前人的基础上 充分挖掘第谷 的观测数据 为我们勾画出太阳系星 体运动的完美图像 让我们再次体会 这种完美性 师 开普勒行星运动定律是开普勒基 于对行星运动的观测得出的 是对行 星运动特点的现象的描述 为我们解 决了行星做什么运动的问题 从现象 到本质是物理学研究的必然过程 接 下来我们需要研究什么样的问题呢 生 回答开普勒行星运动 定律的内容 复习巩固 引出问题 2 新 课教 学 师 请同学们来说一说你的猜想与假 设 过程中要注意引导学生利用已有知 识做推理 生 为什么行星能绕太阳 运动 生 讨论 发表各自观 点 根据牛顿运动定律知 道一定是受到了向心力 且这个力是太阳对行星的 引力 提出问题 猜想与假设 师 接下来我们共同来研究这个吸 引力和哪些因素有关 在这一节和下 一节我们将追寻牛顿的足迹 用自己 的手和脑 重新 发现 万有引力定 律 师 我们在开普勒的基础上 以行 星的运动为基础 建立一个简化的物 理模型 你将如何处理 师 有了物理模型 太阳对行星的 引力 就应该是行星做匀速圆周运动 的向心力 请同学们自己尝试推导 向心力与哪些因素有关 适时引导 测量周期取代测量速度 板书 师 同学们作出很好的推导 我们的 工作完成了吗 根据牛顿第三定律 知道行星肯定也 吸引了太阳 力的大小应该相等 这 个力是否应该也和太阳有关呢 怎么 能得到 F 和太阳的关系呢 适时提示思考 以太阳为参照物行 星做圆周运动 那么以行星为参照物 太阳做什么运动 板书 师 现在请同学们综合上面所做的工 作 关于太阳与行星间的引力与哪些 因素有关 能有一个更加准确 全面 的结论了吗 得到初步结论 生 讨论 近似认为行 星围绕太阳做匀速圆周运 动 太阳处于圆心 行星 轨道半径的三次方跟它的 公转周期的二次方的比值 都相等 课本 P30 生 根据匀速圆周运动的 规律和开普勒第三定律进 行尝试推导 展示推导过程 体现出 测量周期取代测量速度 结论 2 2 4 r m kF 需要指出 k 与行星无关 即 F 2 r m 1 表明 生 引发思考 生 思考 讨论 也应该做圆周运 动 根据刚才的推导过程 同样可以得到行星对太阳 的吸引力 F 2 r M 2 生 讨论 根据牛三 F F 所以由 1 2 可得 太阳与 行星间引力与太阳质量 行星质量成正比 与两者 简化模型 自主演绎推 理 体会将不易 测量的物理 量转化为易 测量物理量 运动的描述 是相对的 天体在规律 面前是平等 的 尊重规 律 初步体会对 称变换 板书 师 天体的运动图像如此优美 天体 如此运动的原因 你不觉得也很简洁 完美吗 文艺复兴时美学对简洁 和谐的美学 追求 影响着人们对科学的简洁 和 谐美的追求 师 同学们刚才经过几十分钟的演绎 推导 相互交流 充分利用了现有知 识 得到了这样的结论 非常不错 同学们知道在历史上经历怎样的艰辛 过程呢 多媒体展示简史材料 在历史上 古希腊开始就在进行 不断的猜想 推测 在那时候还没有 圆周运动的规律 没有向心力的概念 没有相互作用的观念 也没有刚才用 到的牛顿运动定律 伽利略 开普 勒 笛卡尔 胡克 哈雷等都对此提 出了自己的解释 伽利略曾经考虑过 地球和天体的重力有统一性 并说 如果他能够教给我什么使地上万物 下落的原因 我就可以告诉他地球运 动的原因 还说 在圆周运动 中 既然运动物体不断地离开并在接 近它的自然终点 那么接近的倾向和 抗拒的倾向在力量上就永远相等了 这可以看到 向心力 概念的雏形 笛卡尔认为单独考虑一个物体时不存 在重量 已是 相互作用 的观念 胡克等人认为 行星绕太阳运动是因 为受到了太阳对它的引力 甚至证明 了如果行星的轨道是圆形的 它受到 引力的大小跟行星到太阳距离的二次 距离而二次方成反比 即 F 2 r Mm 写成等式 F 2 r Mm G 3 此时式中的 G 是比例系数 与太阳 行星都没有关系 太阳与行星间的引力的方 向沿二者的连线指向对方 生 感受结果的简洁优美 生 看简史材料 感受巨人是大量人工作的 成果 感悟巨人的肩对科学发现 的重要性 理解牛顿所 说的 如 果我曾看得 更远些 那 是因为我站 在巨人们的 肩上 的时 代背景 知 道努力学习 过程 就是 为了站上巨 人们的肩上 看得更远 使自己 更富创造性 方成反比 牛顿在前人的研究基础了 形成对运动及相互作用的深刻理解 用逻辑严密的体系 以惊人的开拓精 神把天体运动 宇宙结构纳入自己的 力学体系 得到运动的三定律 发现 万有引力定律 并经实践检验确立下 来 牛顿有一句名言 如果我曾看 得更远些 那是因为我站在巨人们的 肩上 同学们刚才应该已经体验站在巨人们 的肩上 的确可以使自己看得更远 如何才能站上巨人的肩 我想在每个 同学心中都有了答案 同学们 如此优美的公式的意义 难 道仅仅体现在太阳和行星之间吗 生 有所思 向迈向万有 引力做发问 3 总 结 1 总结知识 方法收获 情感体验 2 你认为科学的发现 创新性结论 的提出 需要具备哪些因素 生 再次体会演绎推导的 过程 情感体验 生 谈自己的认识 前人研究的基础及成 果 社会价值的追求 个 人的努力等 落实基础知 识和技能 感受科学发 展的过