第2节-太阳与行星间的引力-教案设计.doc

第六章 万有引力与航天 第2节 太阳与行星间的引力 教案 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 （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 太阳与行星间引力的推导。 教学难点 太阳与行星间引力的推导。 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 探究法 讨论法 讲述法 教学过程 教师活动 学生活动 设计意图 提出问题 猜想与假设 简化模型 演绎和推理 得出结论 总结和拓展 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 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 ①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 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。 讲解、呈现（板书）：②一般的，天文观测得到行星公转的周期，则 得 引导、指导、对话：就供需关系来说，引力跟太阳与行星间的距离关系中是否应该出现行星的公转周期？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。 讲解、呈现（板书）：③不同行星的公转周期是不同的，引力跟太阳 与行星间的距离关系的表达式中不应出现周期，根据开普勒第三定律，得 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？ 讲解、呈现（板书）：④在上式中，等号右边除了、以外，其余都是常量，对任何行星来说都是相同的。则 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