人教版必修二--第六章-万有引力与航天-第2节-太阳与行星间的引力-教案高品质版

第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天 第第 2 节节 太阳与行星间的引力太阳与行星间的引力 教案教案 设计思想设计思想 为了让学生了解建立物理模型 运用数学工具进行数学推导 发现物理规律的研究方法 这需要学生的参与 教师的引导和指 导 另外 可以把学生分析和解决问题的过程与科学家的探索工 作比较 可以培育学生的科学情感 领悟研究方法 在 1665 1679 和 1687 年 牛顿先后三次研究了太阳与行星间引力 推导得到关于太阳与行星间引力的数学关系式 认识到引力的普 遍性 在本节教科书内容的基础上可以补充牛顿吸收前人和同时 代他人成果 以及自己创造性地推导得到关于太阳与行星间引力 的椭圆轨道的数学关系式等细节 而认识到引力的普遍性 是下 一节的内容 本节课的教学活动和学生活动的安排 力求按两条线索展开 明线是引导学生在解决了行星运动的运动学问题的基础上探索解 决行星运动的动力学问题 促使学生拓展性地运用前面已学的经 典力学知识 此前用于解决地球上的问题 解决天体运动 暗线 是再现历史上牛顿完成这些探索性工作的细节和历史意义 教学目标教学目标 一 知识与技能 1 了解关于行星绕太阳运动的不同观点和引力思想形成的历程 2 在开普勒行星运动定律 匀速圆周运动知识和牛顿运动定律的 基础上 推导得到太阳与行星间的引力 促进学生对此规律有初 步理解 3 了解牛顿得到太阳与行星间的引力与其它学科之间的联系 二 过程与方法 1 追寻得出太阳与行星间引力的科学探究过程 认识科学探究中 交流和独创的意义 2 了解物理学的研究方法 认识物理模型和数学工具在物理学发 展过程中的作用 三 情感态度与价值观 1 领略自然界的奇妙与和谐 蕴涵其中的规律之简洁 发展对科 学的好奇心与求知欲 乐于探究自然界的奥秘 体验探索自然规 律的艰辛与喜悦 2 培育与他人合作的精神 将自己的见解与他人交流的愿望 和 勇于修正错误的科学精神 教学重点教学重点太阳与行星间引力的推导 教学难点教学难点太阳与行星间引力的推导 教学资源教学资源 1 历史上关于行星运动原因的猜想 文本 2 太阳对行星的引力与行星对太阳的引力大小相等 动画 3 前人和牛顿关于太阳与行星间引力问题的思考及贡献 文本 4 牛顿在乡间的苹果树下沉思 1 图片 文本 5 多媒体教学设备 教法设计教法设计探究法 讨论法 讲述法 教学过程教学过程 教师活动教师活动学生活动学生活动设计意设计意 图图 提出问题 引入新课引入新课 提问 请同学们从运动的 描述角度思考 开普勒行星运 动定律的物理意义 演讲 开普勒在 1609 和 1619 年发表了行星运动的三个 定律 解决了描述行星运动的 问题 但好奇的人们 面向天 穹 深情地叩问 是什么力量 支配着行星绕着太阳做如此和 谐而有规律的运动呢 呈现 板书 2 太阳与行星 间的引力 思考 回答 交流 第一定律揭示了描 述行星运动的参考 系 及其运动轨迹 第二定律揭示了行 星在椭圆轨道上运 动经过不同位置的 快慢情况 近日点 附近速度大 远日 点附近速度小 第 三定律 揭示了不 同行星虽然椭圆轨 道和环绕周期不同 但由于中心天体相 同 所以共同遵循 轨道半长轴的三次 方与周期的二次方 比值相同的规律 思考 回答 是太阳对行星的引 力 复习 提问 为 学习新课 提供知识 背景 为 提出解决 行星动力 学问题创 设情境 学生的回 答可能抓 不住要点 或缺乏逻 辑 教师 要引导学 生表达 指导生生 交流 提供材 料 创设 问题情境 阅读提取 信息 明 确问题 猜想与假 设 简化模型 演绎和推 理 讲授新课讲授新课 呈现 提问 对话 历史上关 于行星运动原因的猜想 文本 历史上的这些猜想所针对的问 题是什么 如果我们根据自 己已有知识和经验 会作出怎 样的猜想呢 能解释自己的猜 想吗 讲解 质疑 提问 这些 问题的实质是什么呢 就是我 们在学习牛顿运动定律的时候 运用牛顿运动定律解决问题的 两类基本问题中的一类 是哪 一类问题 如何解决这类问题 同学们能解决这些问题吗 启发 引导 对话 行星 的实际运动是椭圆运动 但我 们还不知道求出椭圆运动加速 度的运动学公式 我们现在怎 么办 把它简化为什么运动呢 引导 指导 对话 既然 把行星绕太阳的运动简化为圆 周运动 那么行星绕太阳的运 动可进一步简化为匀速圆周运 动吗 为什么 引导 指导 对话 行星 绕太阳做匀速圆周运动需要力 阅读 对话 交流 行星在椭圆轨道上 运动是否需要力 如果需要力 这个 力是什么力提供的 这个力是多大 太 阳对行星的引力 椭圆运动是曲线运 动 是变速运动 根据牛顿第一定律 要受到外力 大小 跟太阳与行星间的 距离有关 听讲 议论 回 答 已知运动情况 求解受力问题 根 据运动学公式求出 加速度 根据牛顿 第二定律求出力 听讲 议论 简 化问题 先解决简 单问题 圆周运动 讨论 回答 交 流 可以 根据开 普勒行星运动第一 定律和第二定律并 做解释 了解关于 行星绕太 阳运动的 不同观点 和引力思 想形成的 历程 提 取相关知 识 促进 意义学习 如果学生 回答不全 面 教师 要补充和 小结 副 板书 引 力大小 F 跟太 阳与行星 间的距离 r 有关 质疑 激励 明 确问题实 质 探求 解决问题 的思路 对话 交流 探 求解决问 题的方法 引导 学生清楚 知道推理 的每一步 证据 结 论及其逻 吗 为什么 需要的向心力由 什么力提供呢 引导 指导 对话 如何求太 阳对行星的引力 如何求需要 的向心力 选择什么公式 请 同学们在草稿本上列式解答 讲解 呈现 板书 1 太阳对行星的引力 行星绕太阳的椭圆运动 简化为圆周运动 根据开普勒 第一 第二定律 行星以太阳 为圆心做匀速圆周运动 行星 绕太阳做匀速圆周运动需要的 向心力由太阳对行星的引力提 供 则 F r v m 2 引导 指导 对话 一般 的 天文观测能直接得到行星 运动的线速度吗 选择什么公 式实现数学代换 请同学们在 草稿本上列式解答 讨论 回答 需 要 匀速圆周运动 是速度方向时刻在 变化的变速运动 需要有向心力 需 要的向心力由太阳 对行星的引力提供 思考 对话 解答 根据牛顿第 二定律 太阳对行 星的引力提供行星 绕太阳做匀速圆周 运动需要的向心力 向 maF r v m 2 记笔记 思考 对话 解 答 不是 一般的 辑关系 学生一般 都能回答 但对速度 方向变化 需要向心 力的对应 关系和向 心力的供 需关系不 够明确 引导 学生清楚 知道推理 的每一步 证据 结 论及其逻 辑关系 学生一般 都能回答 但对公式 的选择各 不同 教 师巡回指 导 给出示范 引导 学生清楚 知道推理 的每一步 证据 结 论及其逻 讲解 呈现 板书 一般的 天文观测得到行星公 转的周期 则 T r v 2 得 2 2 4 T mr F 引导 指导 对话 就供 需关系来说 引力跟太阳与F 行星间的距离 关系中是否应r 该出现行星的公转周期 选T 择什么公式实现数学代换 请 同学们在草稿本上列式解答 讲解 呈现 板书 不同 行星的公转周期是不同的 引 力跟太阳F 与行星间的距离 关系的r 表达式中不应出现周期 根T 据开普勒第三定律 得k T R 2 3 2 2 4 r m kF 引导 指导 对话 上式 有何物理意义呢 如何对上式 做物理简化 天文观测直接得到 的是行星运动的周 期 T r v 2 2 2 4 T mr F 记笔记 思考 对话 解答 不应该 需要的向 心力与行星公转的 周期有关 提供的 向心力应该与天体 本身的因素有关 k T R 2 3 记笔记 思考 对话 解答 等号右边除 了 以外 其余mr 辑关系 学生一般 都能回答 教师巡回 指导 给出示范 对话 交流 促 使学生清 楚知道推 理的每一 步证据 结论及其 逻辑关系 学生一般 不能回答 需要教师 引导 教 师巡回指 导 引导学生 反思数学 结论的物 理意义及 其反思方 法 学生 一般不习 惯 需要 教师反复 引导 讲解 呈现 板书 在上式中 等号右边除了 m 以外 其余都是常量 对任r 何行星来说都是相同的 则 2 r m F 物理意义 太阳对不同行 星的引力 与行星的质量成正 比 与行星和太阳间距离的二 次方成反比 引导 指导 对话 太阳 对行星的引力的施力物体和受 力物体各是什么 根据牛顿第 三定律 类比上式 如何写出 行星对太阳的引力的表达式 要反映什么样的物理意义 讲解 呈现 板书 2 行星对太阳的引力 就太阳对行星的引力来说 行星是受力物体 因而可以说 上式引力与受力星体的质量成 正比 根据牛顿第三定律 就 行星对太阳的引力来说 太 F 阳是受力星体 则 2 r M F 物理意义 不同行星对太 阳的引力 与太阳的质量成正 比 与行星和太阳间距离的二 次方成反比 引导 指导 对话 根据 牛顿第三定律 作用力与反作 都是常量 对任何 行星来说都是相同 的 物理意义 太 阳对不同行星的引 力 与行星的质量 成正比 与行星和 太阳间距离的二次 方成反比 2 r m F 记笔记 思考 对话 解 答 太阳和行星 2 r M F 物理意义 不同行 星对太阳的引力 与太阳的质量成正 比 与行星和太阳 间距离的二次方成 反比 记笔记 引导学生 类比写出 行星对太 阳的引力 的表达式 学生一般 不习惯 需要教师 反复引导 并指出这 个式子不 是牛顿第 三定律的 必然结论 领略自然 界的奇妙 与和谐 蕴涵其中 的规律之 简洁 得出结论 总结和拓 展 用力有哪些关系 对两个式子 如何做出物理的综合概括 要 反映哪些物理意义 能改写成 等式吗 讲解 呈现 板书 3 太阳与行星间的引力 根据牛顿第三定律 和F 性质相同 大小相等 可以 F 概括为 2 r Mm F 物理意义 太阳与行星间 引力的大小 与太阳的质量 行星的质量成正比 与两者距 离的二次方成反比 写成等式为 2 r Mm GF 式中是比例系数 与太G 阳 行星都没有关系 太阳与行星间引力的方向 沿着二者的连线 太阳对行星的引力与行星 对太阳的引力大小相等 动画 小结 对话 上面 我们用自 己的手和脑 得到了太阳与行 星间的引力公式 我们回顾一 下我们解决的问题和预期目标 以及达成预期目标过程中的每 一步的研究对象 物理模型 物理规律和数学工具 首先 我们把行星绕太阳的椭圆运动 思考 对话 解答 性质 大小 方向 作用线等 2 r Mm F 物理意义 太阳与 行星间引力的大小 与太阳的质量 行 星的质量成正比 与两者距离的二次 方成反比 2 r Mm GF 记笔记 起到示范 作用 对话交流 促使学生 类比写出 太阳与行 星间引力 的表达式 学生一般 能说出一 些关系 但不全面 需要教师 补充 给出示范 简化为匀速圆周运动 其 次 我们一致认为行星绕太阳 做匀速圆周运动需要向心力 这个向心力是由太阳对行星的 引力提供的 其三 我们 预期太阳对行星的引力与太阳 到行星的距离有关 希望通过 行星绕太阳做匀速圆周运动需 要的向心力求出这个引力 通 过两次数学代换得到了太阳对 行星的引力与太阳到行星的距 离相关的数学表达式 其 四 通过类比得到了行星对太 阳的引力与太阳到行星的距离 相关的数学表达式 其五 综合概括得到了太阳与行星间 引力的数学表达式 呈现 讲解 比较 在历史上 牛顿说他是站在巨人的肩膀上 发现了这个公式 下面我们来 看一看牛顿发现这个公式的几 个重要的历史片段 我们的工 作与牛顿的工作有什么相同和 不同 牛顿在乡间的苹果树下 沉思 1 图片 文本 前人和 牛顿关于太阳与行星间引力问 题的思考及贡献 文本 在 1665 年 具有高明的数学才能 的牛顿 根据自己独特的思路 推导得出了含糊不清的行星绕 太阳做圆周运动时 太阳对行 星的引力与距离平方成反比的 数学关系式 但没有弄清圆周 运动一定需要这种力 也没有 推导得出了行星绕太阳做椭圆 运动时 太阳对行星的引力也 存在距离平方成反比的数学关 系式 更没有认识到引力的普 遍性 在 1679 年 牛顿在与 胡克等人的交流中 逐渐清楚 圆周运动一定需要太阳对行星 的与距离平方成反比的引力 听讲 议论 交流 观看 议论 交流 总结 推导步骤 对话中要 反思研究 对象 物 理模型和 数学工具 承上启下 了解牛顿 得到太阳 与行星间 的引力与 其它学科 之间的联 系 认识 科学探究 中交流和 独创的意 义 认识 物理模型 和数学工 具在物理 学发展过 程中的作 用 体验 探索自然 规律的艰 辛与喜悦 培育与他 人合作的 并在自己创立的微积分的基础 上 推导得出了行星绕太阳做 椭圆运动时 太阳对行星的引 力也存在距离平方成反比的数 学关系式 但还没有认识到引 力的普遍性 在 1687 年 在 哈雷的鼓励和资助下 发表了 传世之作 自然哲学的数 学原理 终于领悟了万有引 力的真谛 把地面上的力学和 天上的力学统一在一起 形成 了以牛顿三大运动定律为基础 的经典力学体系 精神 将 自己的见 解与他人 交流的愿 望 和勇 于修正错 误的科学 精神 板书设计板书设计 2 太阳与行星间的引力 1 太阳对行星的引力 2 r m F 物理意义 太阳对不同行星的引力 与行星的质量成正比 与行 星和太阳间距离的二次方成反比 2 行星对太阳的引力 2 r M F 物理意义 不同行星对太阳的引力 与太阳的质量成正比 与行星和太阳间距离的二次方成反比 3 太阳与行星间的引力 2 r Mm F 物理意义 太阳与行星间引力的大小 与太阳的质量 行星 的质量成正比 与两者距离的二次方成反比 写成等式为 2 r Mm GF 式中是比例系数 与太阳 行星都没有关系 G 太阳与行星间引力的方向沿着二者的连线 对爸爸的印象 从记事的时候 就有了 他留给我的印象就是沉默少言的 但是脸上却始终有微笑 不管家里遇到了什么样的困难 只要有爸爸在 一切都能够雨过天晴的 小时候 家里很 穷 可是作为孩子的我们 我和哥哥 却很幸福 爸爸从来不会因为缺钱 而让我们感觉得些许的拮据和紧张 哪怕的低三下气的问人借钱 爸爸都会按时给我们交了学费 从来都不会给 我们兄妹俩拖欠学费 爸爸闲下来的时候 就会给我和哥哥讲他们生活的那个年代 很苦很累 还经历过自然灾害 穷的时候 连饭都吃不饱 在我的印象里 最深的一件事情就是过年的时 候 不管这一年钱赚的多还是少 爸爸总会让妈妈带着我和哥哥去买新衣服 当然了 妈妈也必须买新的 唯有爸爸 他是家里面唯一一个可以穿旧衣服过新年的人 这就是我关于爸爸的儿 时的印象 他爱家人 从来不肯委屈自己的妻子和孩子 成长岁月里的爸爸在我们渐渐成长的的岁月里 作为孩子 我们都有了自己的认知和想法 青春期的叛逆 我们也给爸爸惹了不少祸 但是 不管我们闯的祸有多大 最后都是爸爸出面 来摆平解决一切 在这个渐渐懂事的过程中 爸爸扮演着一位良师的角色 事情过后 爸爸也会趁机好好的教育我们 让我们懂得 我们 做的是对的 值得鼓励的 还是不对的 今后需要去改正的 爸爸在社会上经历的多了 懂得的道理也比我们多很多 我们是在跌跌撞撞的认知中去探索这个社会 而爸爸就是这条探索道路 的指明灯 在我们长大的青春光阴里 我们在爸爸身上看到了责任 懂得了承担的重要性 爸爸 在我们的生活中 必不可少 他让我们 大哥和我 拥有了正确的人生观和价值观 他教会 了我们如何看待这个世界 如何去更好的创造自己想要的生活 渐渐上了年纪的爸爸 我只想用 渐渐上了年纪 来形容现在的爸爸 不想要用已经 老去 来形容爸爸 没错 岁月是真的 很无情的 不知不觉间 爸爸的眼角多了些许的皱纹 额头的皱纹也不自觉的来向他报到了 爸爸再伟大 也终究抵不过岁月的蹉跎 两角鬓白的爸爸 让我们看着多了很多的心疼 一向雷 厉风行 无所不能的爸爸 渐渐地 变得老了 特别是当我们都成家以后 爸爸也算是把他一生最重要的任务也都完成了 上了年纪的爸爸 更多的心思 留在了妈妈的身上 一路走来 是 妈妈的陪伴和默默的奉献 才让爸爸能够在外工作的时候 毫无杂念 妈妈 就是爸爸最为坚强的后盾 而我们 是爸爸努力奋斗的最大动力 如今 爸爸渐渐地老了 作为儿女 我们无法 让时光倒流 能做的就是多陪伴他们 让他们的晚年生活能够幸福 爸爸的一生 都在付出 为了家和家人而付出 如今的我们 都已经成家 更加体会到了为人父母的心酸苦楚 我们能做 的就是常回家看看 让父母不感到孤独 我们都是母亲身上掉下来的一块肉 我们跟母亲之间的关系 血浓于水 彼此间的那种爱 是神圣而又不可侵犯的 是妈妈给了我们生命 也是妈 妈无怨无悔的把我们抚养成人 在我们成长的过程中 不管是好还是不好 妈妈都一味的去包容 去引领着我们我和妈妈的温情小生活 母爱 总是那么的伟大 都说慈母多败儿 其实啊 母亲在我们的生活着 扮演着不可或缺的角色 没有母亲的无私奉献 又怎会有我们的今天呢 更多的时候 是我们忽略了母亲的重要性 甚至是把母亲对我们的关心和爱护变成了理所当然 其实啊 也是因为我们从出生的时候 就拥有了母亲的爱 也就变得不那么的珍惜了 我觉得 我们生活在这个世上 更要好好地对待我们的母亲 在我的记忆深处 母亲总是很慈祥的 她 也有属于她自己的小忧愁 但是 却从来都不会让我们知道 不管生活中 遇到了什么困难或者坎坷 她总是自己一个人想办法面对和解决 以至于曾经的我一直觉得母亲是万能的 没有什 么困难事情是母亲不能解决的 儿时记忆中 最深刻的一件事情就是那年的的大冬天 下了很厚很厚的雪 我跟哥哥上学的地方是需要骑着自行车去的 妈妈早早的叫醒了我和哥哥 并且告 诉我们下大雪了 路上滑 要早点出发 路上慢一点走 当我们吃了早饭准备出发的时候 妈妈也跟着一起出发了 大冬天的 天黑黑的 母亲拿着手电筒 给我和哥哥照明 因为下了雪 有的路段不好走 我们就推着自行车 一路上有说有笑的 时不时的哥哥还会调皮一下 就这样 母亲拿着照明灯 一路护送我和哥哥到了学校 现在回想起来曾经的岁月 满满的回忆 满 满的温暖 不知不觉间 我们就都长大了 哥哥也成家了 有自己的孩子 妈妈看着我们生活幸福 她也就是开心满足了 可是 岁月却是那么的无情 不知不觉间 妈妈的眼角就多了些许 的皱纹 她在岁月的淘洗中 渐渐地老去了 她没有多么伟大的理想 唯一的希望 就是我们都能够生活的健康 平安 快乐 幸福 母亲 从来都不曾奢望我们能够有多么大的丰功伟绩 最大的心愿就是我们平安快乐 她的一生心血 都在我们这些孩子身上 而对于她自己 似乎总是少了很多的关心 作为儿女 长大后的忙碌 确实忽略了对母亲的爱 当我们真正的意识到 母亲老去的时候 岁月一晃已经过去了几十年 母爱 虽然平凡 但是却很伟大 我跟妈妈的温情小生活 那些记忆中的点滴 一直萦绕在脑海中 让我感受到幸福 感受到温暖 爱你 亲 爱的妈妈 愿你生活幸福 健康平安 其实也就是平凡的一年 和往常相比较 也没有太多的区别 唯一的不同就是自己就业了 不再是学生了 也不再是那个向父母伸手就要钱的小姑娘了 步入社会的自己 很开心 同时也很紧张 毕竟社会才是一个真正的大染缸 才能让一个人真正的成长和坚强 父母的爱 平凡中渗透着伟大 这一年 感恩父母 在初入社会的这一年里 是要感恩很多的朋友同事领导 但是 我最想要感恩的两个人 其实就是我的爸爸妈妈 也许 你会觉得很奇怪 步入社