人教版 (新课标)必修22.太阳与行星间的引力教学设计

这是一份人教版 (新课标)必修22.太阳与行星间的引力教学设计，共4页。教案主要包含了设计思想，教学设计流程图，教学目标，教学过程，板书设计等内容，欢迎下载使用。

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：
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
五、板书设计
6－2 太阳与行星的引力
太阳对行星的引力：
公式：F＝
方向：沿二者的连线指向对方
太阳与行星间的引力：
行星对太阳的引力：教师
流程
学生
诱发
行动
引导产生问题
→
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
→
作出合理猜想与假设
↓
↓
↓
引导近似处理
→
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
→
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
→
综合得出结论
↓
↓
↓
发问
→
意义延伸
→
留下疑惑和进步一发展空间
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】
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？
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：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。
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： ，【需要指出k与行星无关】
即：F∝ ……(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)
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，与两者距离而二次方成反比。即：
F∝
写成等式：
F＝ ……（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。
生：有所思。
提出问题
猜想与假设
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
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。
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，感受科学发展的过程，科学发展中的文化。
4．作业
课后问题与练习。
课后解答
强调基本观点，重视思维方法，符合逻辑关系。