高中物理人教版必修二第六章 太阳与行星间的引力1教案

优选 - 1 - / 7 太阳与行星间引力 【教学内容分析】从行星运动规律到万有引力定律的经历过程，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。 【学情分析】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。 【教学目标】 1．知识与技能： （1）知道行星绕太阳运动的原因 （2）能运用开普勒三定律、匀速圆周运动规律和牛顿运动定律推导出太阳与行星间引力的表 达式 2．过程与方法： （1）在推导引力表达式的过程中领会将不易测量的物理量转化为易测量物理量的方法。 （2）通过建立行星运动的简化模型(椭圆---圆），培养建立物理模型解决实际问题方法。 （3）体会“对称”思想在物理研究中的妙用。 优选 - 2 - / 7 3．情感态度与价值观： （1）通过了解历代科学家们对行星运动问题的研究，体会传承、创新及综合在科研活动中的 重要作用。 （2）在研究太阳与行星间引力的过程中提高小组团队探究的效率 【教学重难点】 教学重点：据开普勒行星运动定律和牛顿第三定律推导出太阳与行星间的引力公式，记住推 导出的引力公式。 教学难点：太阳与行星间的引力公式的推导过程，学生对它的理解会有一定的问题。 【教学方法与策略】讲授法、引导学生自己动手推理 【教学准备】多媒体 教学过程 教学 步骤 教师活动 学生活动 教学意图 复 习 开 普 勒 行 星 运 动 定 律 同学们，上节课我们学习 了行星运动的规律，请大 家回忆一下开普勒行星运 动定律的主要内容。 开普勒第一定律：所有行星绕太阳运动的轨道 都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上。 开普勒第二定律：对于任意一个行星来说，他 与太阳的连线在相等时间内扫过相等的面积。 开普勒第三定律：所有行星的轨道的半长轴的 三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相 等，即 3 2 a KT  。 复习巩固， 引出问题 优选 - 3 - / 7 猜 想 行 星 绕 太 阳 运 动 的 原因 参考曲线运动相关 知识，思考为什么行星不 是沿直线运动，而是绕太 阳运动？ 思考，小组讨论后得出： 行星受到了指向圆心或焦点的引力 提出问题 猜想与 假 设 前 人 对 行 星 运 动 原 因 的 探索 伽利略、开普勒及笛卡尔都提出过自己的解释，胡克和哈雷的观点更进 一步，他们认为行星绕太阳运动是由于受到了太阳对它的引力作用，胡 克证明了如果行星轨道是圆形的，它所受的引力跟行星到太阳距离的二 次方成反比。由于关于运动和力的清晰概念是在他们之后的牛顿建立的， 他们无法深入研究。牛顿在总结前人成果的基础上提出：所有物体间都 存在相互作用的引力，行星在太阳对其引力作用下做椭圆运动 跟 随 前 人 的足迹 提 出 探 究 主题 这一节和下一节，我们将 追寻牛顿的足迹，重新“发 现”万有引力定律。本节 课我们主要来探究太阳与 行星间引力与那些因素有 关 聆听，思考 简 化 模型 可是，由于受到数学知识 的限制我们无法解决椭圆 问题，该怎么办？ 由于行星绕太阳运动的轨道较接近圆， 我们可以将行星运动的椭圆轨道近似看 成圆轨道，来大致了解牛顿的探索之旅 优选 - 4 - / 7 探 究 知 识 储备 将行星绕太阳的运动简化 为匀速圆周运动，我们有 哪些规律可用？学生回答 后将结论置于投影，为进 一步探究提供辅助。 1.匀速圆周运动的规律 2 2 2 2 4vF m mr mrr T    2. 开普勒行星运动定律（简化） 3 2 r KT 行星绕太阳做匀速圆周运动，且 分 步 探究 物理研究首先要确定研究 对象，本次探究涉及太阳 和行星两个角色，请大家 思考，可以分几大部分研 究该问题。 学生思考，小组讨论，主动发言：可以分一 下三部分研究该问题。 1.太阳对行星引力 2.行星对太阳的引力 3.太阳与行星间的引力 找准突破口是解决问题的 关键，那我们应该如何安 排 1、2 两部的探究顺序？ 行星绕太阳做匀速圆周运动，规律明显， 易于解决，应该先以行星为研究对象分析， 即先探究太阳对行星的引力 优选 - 5 - / 7 太 阳 对 行 星 的 引力 根据所学知识探讨，太阳 对行星的引力与那些因素 有 关？ 注意 推理 的逻 辑 性。 F 的表达式中不该含 T，想 想为什么 行星绕太阳做匀速圆周运动的向心力由 太阳对行星的引力提供： 2 2 2 2 4vF m mr mrr T    ，其中，T 比 v、r 易观测，故选择公式 2 2 4F mr T  ，而力 的表达式中不该含有周期，故应消去 T 又由开普勒第三定律得： 3 2 r KT  两式联立 2 24 k r mF  太阳对行星引力 2 mF r  自 主 演 绎 推理 行 星 对 太 阳 的 引力 事实上，太阳和行星之间 并不是主从关系，而是对 等关系，请大家思考如何 从上一步结论得到行星对 太阳引力的影响因素 在上一步探究中，行星是受力天体， 2 mF r  可以理解为引力与受力天体的质量成正比， 故.行星对太阳的引力 2 MF r   自 主 演 绎 推理 太 阳 与 行 星 间 的 引 力 太阳对行星的引力与行星 对 太阳 的引 力是 什么 关 系？我们因此可以结合前 两步探究得出太阳与行星 间引力的表达式吗? 太阳对行星的引力与行星对太阳的引力是一 对作用力与反作用力，我们可以得出，太阳 与行星间的引力与二者距离的平方成反比， 即与太阳质量成正比，又与行星质量成正比， 因此可以结合前两步探究得出太阳与行星间 引力 2 MmF r  体 会 将 不 易 测 量 的 物 理 量 转 化 为 易 测 量物理量 探究 结论 我们把探究结论写成等式，即 2 m r MF G ，其中，G 是与太阳与行星 都无关的常量；引力的方向在太阳与行星的连线上。该结论来自太阳系， 落 实 基 础 知 识 和 技 优选 - 6 - / 7 但牛顿将它推广到了更大的 X 围。 能。 作业 课后问题与练习 强 调 基 本 观点，重视 思维方法。 板 书 设 计 太阳与行星间的引力 一、太阳对行星的引力 2 2 3 2 2 r mF kT r T rv r vmF               二、行星对太阳的引力 2 / r MF  三、太阳与行星间的引力 F 2r Mm 总结规律：F＝ 2r MmG ， G 是比例系数 课 后 本课的三维基本上达到了预定程度，但在教学组织上还有问题。由于是一节探究 课，知识含量小，但对学生情感态度价值观以及科学素养的培养很重要。为此，我重 在帮学生建立科学的探究方法，并适当的讲授一些物理思想如简化和将不易测量的物 理量换成易测量的转化思想。还有就是通过对科学家们的介绍，让学生感受伟人们深 邃的洞察力，超前的意识，学习大家的研究风 X。因此，我认为本课的这几个重要环 节还是得到突出了。但还是有一些教学组织上存在问题，比如板书滞后。又如学生由 优选 - 7 - / 7 反 思 独立的思考之后没有转向交流合作，时间也只多一分钟。另外，学生提出的观点，应 该尝试让学生评价。如太阳对行星的引力，让学生评价此观点，或提出不同观点，而 不应该由老师默认学生们都知道。 其次励志教育不够成功，没有煽情，无感染力。应该边介绍，边与学生交流。如 讲完勇气来源之后，问学生牛顿的名言是什么：站在巨人肩上。在这种背景下深化学 生对牛顿名言的理解。同时起到励志教育的目的。 再就是有些问题可以换成让学生讨论，如：为什么 F 与 T 是无关的，然后，再来 讲例子。也许有的学生就能够讲得自己更好，更能充分体现学生主体地位。 还有就是在得出本节课的重要知识时，没有及时的进行方法教育，如：既然太阳对行 星的引力和行星对太阳的引力是一对作用力与反作用力，二者同性质且等大，那么它 们大小应该是相同的表达式，因此，二者可以合二为一，怎么合？学生讨论得出，没 有总结出是类比的方法，少了一次思维的结晶。 然后就是得出了太阳与行星间引力表达式后没有让学生对此进行评价，其实可以 让学生评价，加深学生的理解的同时，让学生真正自发地体悟物理的简洁美与深刻。 本堂课最大的失误在于估计学生探究能力不够，导致主体知识显得有些薄弱。另外一 个就是时间把握不准，没有让学生自行总结本课重点，形成自己的知识网络图。