云南省峨山彝族自治縣高中物理第六章萬有引力與航天教案（打包7套）新人教版必修2.zip

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二、學情分析教學對象分析：本節(jié)課的教學對象為高一年級學生。本節(jié)課使用的教材是人民教育出版社出版的普通高中課程標準實驗教科書物理（必修），第六章第二、第三節(jié)的相關內容。將這兩節(jié)內容進行整合，有利于學生經歷完整的探究過程。這兩節(jié)內容準備兩課時完成，本節(jié)課主要是引領學生，用自己的手和腦，重新“發(fā)現(xiàn)”萬有引力定律。經歷將近兩個學期的高中學習，學生已經基本掌握了高中物理的學習方法，具有一定的抽象思維能力和概括能力。另外，處于十七、八歲的他們，人生觀、世界觀正逐步形成，需要教師正確引導。教學任務分析：本節(jié)課以天體運動為線索，通過猜想、建模、歸納、演繹、理想實驗、檢驗等方法、運用牛頓運動定律、勻速圓周運動及向心力的知識，揭示萬有引力定律。通過對科學簡史和科學人物的介紹，突出了萬有引力的發(fā)現(xiàn)過程，體現(xiàn)了科學精神和人文精神的結合?？ㄎ牡显S實驗的介紹，說明任何科學發(fā)現(xiàn)都必須接受實驗的驗證。教學設計思路：學生普遍感覺“萬有引力”部分知識的學習為他們打開了探索宇宙的一扇天窗。但是，這部分知識的學習過程可以用：“難”、“繁”兩字來概括。因此本節(jié)課采取了與以往不同的教授過程，在以往的接受式學習中融入了探究的學習方式，利用各種媒體的整合，使得課堂與課外，傳統(tǒng)媒體與現(xiàn)代媒體、獨立學習與協(xié)作學習結合在一起。學生成為了課堂的主體。啟發(fā)學生，激發(fā)學生的興趣，在完成教材要求的同時，充分展現(xiàn)學生的活力，體現(xiàn)出他們的獨立思考和團隊互助與合作的能力。教師在教學中力爭做到：“以學生為本”，依據知識結構，依據學生認識規(guī)律的順序，把握住教學過程，讓學生在快樂、興奮的狀態(tài)下，完成教學目標。 三、教學重點和難點 教學重點：萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)。 教學難點：學生在參與重新“發(fā)現(xiàn)”萬有引力定律的過程中，利用自身的物理知識體系架起溝通天體運動和萬有引力定律的橋梁；學生將搜集到的有效信息及自己的思考歸納整理并向他人表述。四、學習資源和器材設備電腦，實物投影儀，激光筆，平面鏡，相關課件。五、教學過程 教 學 過 程 備課札記引入新課： 新浪科技訊：北京時間2012年09月24日消息，據每日郵報報道， 2012年8月30日發(fā)射升空的美國宇航局的姊妹衛(wèi)星輻射帶風暴探測器捕捉到地球發(fā)出的啁啾聲和口哨聲，這是地球傳入深空的歌聲。（播放視頻動畫，讓學生聆聽地球歌聲的同時，觀察地球繞太陽的運動。）當代科技已經能夠使人類走向太空，但是，其依據的基本原理卻是在牛頓時代奠定的。新課教學：一：歷史的回顧 （板書） 開普勒發(fā)表了行星運動的三個定律，解決了描述行星運動的問題，但好奇的人們，面向天穹，深情地叩問：是什么力支配著行星繞著太陽做和諧而有規(guī)律的運動呢？伽利略：一切物體都有合并的趨勢，這種趨勢導致物體做圓周運動；開普勒：受到了來自太陽的類似于磁力的作用。 笛卡兒：在行星的周圍有旋轉的物質作用在行星上，使得行星繞太陽運動。牛頓時代的科學家，如胡克、哈雷等對這個問題有了更進一步的認識，胡克等人認為行星繞太陽運動是因為受到了太陽對它的引力，甚至證明了行星軌道如果為圓形，它所受到引力的大小跟行星到太陽距離的二次方成反比。但是由于關于運動和力的清晰的概念是在他們以后由牛頓建立的，當時沒有這些概念，因此他們無法深入研究。牛頓利用他的運動定律把行星的向心加速度與太陽對它的引力聯(lián)系起來了。不僅如此，牛頓還認為，這種引力存在于所有物體之間，從而闡述了普遍意義下的萬有引力定律。本節(jié)課，我們將追尋牛頓的足跡，用自己的手和腦，重新“發(fā)現(xiàn)”萬有引力定律。二、太陽與行星間引力 （板書）（一）行星繞太陽運動的原因 （板書） 大陽系的八大行星：水，金，地球，火，木、土，天王星、海王星。這八大行星都是以橢圓軌道繞著太陽轉，這是德國天文學家。物理學家開普勒經過二十多年的研究發(fā)現(xiàn)的。問題：行星在橢圓軌道上運動是否需要力？這個力是什么力提供的？學生：行星在橢圓軌道上運動需要力，這個力可能是太陽與行星之間引力提供的。問題：行星的實際運動是橢圓運動，但我們還不知道求出橢圓運動加速度的運動學公式，我們現(xiàn)在怎么辦？學生：可以簡化為圓周運動。（猜測）教師：多媒體展示八大行星的軌道數(shù)據：行星軌道半長軸（106km）軌道半短軸（106km）水星57.956.7金星108.2108.1地球149.6149.5火星227.9226.9木星778.3777.4土星1427.01424.8天王星2882.32879.1海王星4523.94523.8觀察八大行星的軌道半長軸與半短軸的區(qū)別并結合開普勒第二定律的內容得到結論：行星繞太陽的運動可以看作是勻速圓周運動。（簡化模型）太陽與行星之間引力提供其做圓周運動的向心力。（板書）（二）太陽對行星的引力 （板書）1猜想：F與r的定量關系。 2建模:簡化模型，按“圓”處理。 3演繹與推理 設行星的質量為m，速度為，行星到太陽的距離為r，則行星繞太陽做勻速圓周運動的向心力F天文觀測中難以直接得到行星運動的速度，但可以得到行星公轉的周期T，它們之間的關系為把這個結果代入上面的向心力的表達式，整理后得到F教師：要尋找F跟r的關系，那么表達式中就不應該出現(xiàn)周期T，所以要設法消去上式中的T，應該怎么消呢？學生：可以把開普勒第三定律變形為，代入上式得到： F （1） （板書）在這個式子中，等號右邊除了m、r以外，其余都是常量，對于任何行星來說都是相同的。因此，上面表達式可以寫成F （板書）教師：如果中心天體的質量發(fā)生變化，引力F變不變呢？理想實驗1：太陽質量為M時，其對行星的引力為F,如果太陽的質量增加為2M時，其對行星的引力為2F，顯然，F(xiàn)還應與中心天體的質量M有關，它們之間有什么關系呢？怎樣研究F與M的關系呢？（三）行星對太陽的引力 （板書）上面我們選擇行星為研究對象，研究的結果中并沒有出現(xiàn)太陽質量M。下面我們不妨嘗試以太陽為研究對象，看看行星對太陽的引力什么特征？對于太陽對行星的引力，太陽是施力物，而根據牛頓第三定律，太陽也要受到行星大小相等，方向相反的引力作用，對于這個引力，太陽又是受力物。對稱性是許多物理規(guī)律的一個重要特性。如果太陽與行星，行星與衛(wèi)星間的引力是同種性質的力，那么行星對太陽的引力是不是也應該與太陽的質量成正比呢？如果這個猜想是正確的，那么行星對太陽的引力又可以表示成什么呢？ （2） （板書） 由牛頓第三定律得出（大膽假設） （板書）（四）太陽與行星間的引力 （板書）根據牛頓第三定律可知，F(xiàn)和的大小相等，由（1）、（2）可以得到km=即=C （3） 將（3）代入（1）、（2）可以得到F （4）可以用令G=（4）式的結論也可以寫成F （5） （板書）式中G是比例系數(shù)，與太陽、行星都沒有關系。太陽與行星間引力的方向沿著二者的連線。三、月地檢驗 （板書） （一）萬有引力的猜想 （板書）問題：“天上”的引力與“人間”的重力是否可能為同一性質的力？理想實驗2：設想有一個蘋果大小的月球非常接近地球，以至于幾乎觸及地球上的最高的山頂，那么使這個小月球保持軌道的向心力當然就應該等于它在山頂處所受的的重力。如果小月球突然停止做軌道運動，它就應該山頂處的物體一樣以相同的速度下落。如果它所受的向心力不是重力，那么它就將在這兩種力的共同作用下以更大的速度下落，這與我們的經驗不符?？梢姡亓驮虑蛩艿南蛐牧κ峭恍再|的力。（二）月地檢驗 （板書）學生1：計算月球繞地球做勻速運動圓周運動的向心加速度a=g。分析并綜合：地面物體所受地球的引力與月球所受地球的引力，確實是同一種力。 學生2：向全班同學講述牛頓、蘋果和萬有引力的的故事。要點：蘋果在地面上加速下落是由于受重力的原因：月亮繞球地球作圓周運動是由于受地球引力的原因，行星繞太陽作圓月運動是由于受太陽引力的原因。 牛頓從一只蘋果領悟到了自然界中有萬有引力存在，從伽利略的慣性理論和拋物運動理論得到了月球繞地球運動的原理，將此理論推及整個太陽系。 討論：在太陽與行星系統(tǒng)中F；在地球與月球系統(tǒng)中F，如何檢驗兩種力是同一種性質的力？四、萬有引力定律 （板書）內容：自然界中任何兩個物體都相互吸引，引力的方向在它們的連線上，引力的大小與物質的質量M和m的乘積成正比，與它們之間距離r的二次方成反比。 （板書）方向：沿著兩個物體的連線的方向。 大?。焊鷥蓚€物體的質量M和m的乘積成正比，與它們之間的距離r的二次方成反比。 表達式：F （板書） 適用條件：兩個質點之間的相互作用。但當兩個物體間的距離遠大于物體本身的大小時，物體可以視為質點，同樣適用。（板書）意義：（1）第一次揭示了自然界中的一種基本相互作用規(guī)律（2）使人們建立了信心：人類有能力理解天地間各種事物。 討論：如何使兩物體間的萬有引力減小為原來的 ？ 學生發(fā)揮想象，各抒己見。 雖然牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律，卻沒能在實驗室直接驗證出萬有引力的存在及其規(guī)律，人們也沒有辦法計算出兩個物體閩萬有引力的大小。萬有引力定律正確性受到了懷疑。五、引力常量 （板書） 牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律之后100多年，即1798年，終于由卡文迪許第一個精確測量得到了上述表達式中缺少的比例系數(shù)萬有引力常量。 學生：向全班同學講述卡文迪許是如何利用他巧妙的裝置扭秤測出萬有引力常量。要點：卡文迪許實驗的原理，扭秤的巧妙構思(利用動畫與實驗說明。)實驗：利用激光筆和平面鏡演示光杠桿的放大原理。G為萬有引力常量，G=6.6710-11N.m2kg2。 （板書） 意義：兩個質量各為一千克的物體相距一米，它們間的萬有引力為6.6710-11N。 G的測量證明了萬有引力的存在，“開創(chuàng)了測量弱力的新時代”，使得萬有引力定律有了真正的實用價值。 練習：估算同桌之間的萬有引力大小。 萬有引力對于科學文化發(fā)展起到了積極的推動作用，給人們探索自然的奧秘建立了極大的信心，人類有能力揭開宇宙神秘面紗的一角。 牛頓的著作自然哲學的數(shù)學原理是科學發(fā)展歷史過程中一個重要的里程碑，它不僅奠定了天體力學的基礎，而且使經典力學形成一個體系完整、結構嚴謹?shù)钠毡榈睦碚擉w系，被稱之為17世紀的物理、數(shù)學百科全書。 但是，絕對的真理是不存在的。在牛頓的時代，偉大的科學家不知原子、分子論，不知中子星、白矮星這樣大的物體，也不知元素周期表。 因此，牛頓力學在高速度，大尺寸，強引力情況下不適用。小結： 經過這節(jié)課的學習，我們了解了萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)過程，知道了什么是萬有引力定律，想要進一步應用萬有引力定律來解決天體運動的問題，且聽下回分解。 作業(yè): P41 2,3 創(chuàng)設情景，引起學生學習新知識的興趣。 提出問題，引導學生閱讀、討論，發(fā)表見解。由問題引導學生探究行星的運動所需要的向心力的來源，為萬有引力的教學做好鋪墊。引導學生在做出符合實際的理想化假設基礎上，應用學過的牛頓定律、圓周運動知識進行演繹推理，得出太陽與行星間的引力。猜想建模理論分析與推導。 學生自主推導，梳理推理的思路。思考及推導的過程中你覺得有什么精妙的地方？思考及推導的過程中你覺得有什么疑問？理想實驗定性分析，月地檢驗定量驗證。 提出引力減小為原來的的問題，進一步幫助學生認識平方反比關系，加深對定律的理解。且本題不設定確定的答案，讓學生列舉各種方法，一方面體會控制變量的思想，另一方面培養(yǎng)學生開放的解題思堆。做一個小實驗，演示平面鏡的光杠桿放大原理，使學生對這一原理的理解更加清晰。 通過介招牛頓力學的局限性，懂得真理的相對性，“終極真理”是不存在的，培養(yǎng)學生辯證唯物主義觀點。六、板書設計3、萬有引力定律一：歷史的回顧二、太陽與行星間引力（一）行星繞太陽運動的原因太陽與行星之間引力提供其做圓周運動的向心力。（二）太陽對行星的引力F F （三）行星對太陽的引力 （四）太陽與行星間的引力F三、月地檢驗 （一）萬有引力的猜想重力和月球所受的向心力是同一性質的力。（二）月地檢驗四、萬有引力定律內容：自然界中任何兩個物體都相互吸引，引力的方向在它們的連線上，引力的大小與物質的質量M和m的乘積成正比，與它們之間距離r的二次方成反比。 表達式：F 適用條件：兩個質點之間的相互作用。五、引力常量G=6.6710-11N.m2kg2。- 10 -