2019-2020年人教版必修二6.2《太陽與行星間的引力》WORD教案3.doc

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2019-2020年人教版必修二6.2《太陽與行星間的引力》WORD教案3 一、教學(xué)目標(biāo) 1.知識與技能 （1）了解關(guān)于行星繞太陽運(yùn)動的不同觀點(diǎn)和引力思想形成的歷程。 （2）在開普勒行星運(yùn)動定律、勻速圓周運(yùn)動知識和牛頓運(yùn)動定律的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)得到太陽與行星間的引力，促進(jìn)學(xué)生對此規(guī)律有初步理解。 （3）了解牛頓得到太陽與行星間的引力與其它學(xué)科之間的聯(lián)系。 2.過程與方法 （1）追尋得出太陽與行星間引力的科學(xué)探究過程，認(rèn)識科學(xué)探究中交流和獨(dú)創(chuàng)的意義。 （2）了解物理學(xué)的研究方法，認(rèn)識物理模型和數(shù)學(xué)工具在物理學(xué)發(fā)展過程中的作用。 3.情感態(tài)度與價值觀 （1）領(lǐng)略自然界的奇妙與和諧，蘊(yùn)涵其中的規(guī)律之簡潔，發(fā)展對科學(xué)的好奇心與求知欲，樂于探究自然界的奧秘，體驗(yàn)探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅。 （2）培育與他人合作的精神，將自己的見解與他人交流的愿望，和勇于修正錯誤的科學(xué)精神。 二、設(shè)計思路 為了讓學(xué)生了解建立物理模型、運(yùn)用數(shù)學(xué)工具進(jìn)行數(shù)學(xué)推導(dǎo)發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律的研究方法，這需要學(xué)生的參與、教師的引導(dǎo)和指導(dǎo)。另外，可以把學(xué)生分析和解決問題的過程與科學(xué)家的探索工作比較，可以培育學(xué)生的科學(xué)情感，領(lǐng)悟研究方法。在1665、1679和1687年，牛頓先后三次研究了太陽與行星間引力，推導(dǎo)得到關(guān)于太陽與行星間引力的數(shù)學(xué)關(guān)系式，認(rèn)識到引力的普遍性。在本節(jié)教科書內(nèi)容的基礎(chǔ)上可以補(bǔ)充牛頓吸收前人和同時代他人成果，以及自己創(chuàng)造性地推導(dǎo)得到關(guān)于太陽與行星間引力的橢圓軌道的數(shù)學(xué)關(guān)系式等細(xì)節(jié)。而認(rèn)識到引力的普遍性，是下一節(jié)的內(nèi)容。 本節(jié)課的教學(xué)活動和學(xué)生活動的安排，力求按兩條線索展開，明線是引導(dǎo)學(xué)生在解決了行星運(yùn)動的運(yùn)動學(xué)問題的基礎(chǔ)上探索解決行星運(yùn)動的動力學(xué)問題，促使學(xué)生拓展性地運(yùn)用前面已學(xué)的經(jīng)典力學(xué)知識（此前用于解決地球上的問題）解決天體運(yùn)動，暗線是再現(xiàn)歷史上牛頓完成這些探索性工作的細(xì)節(jié)和歷史意義。 三、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn) 1.教學(xué)重點(diǎn)及其教學(xué)策略： 重點(diǎn)：太陽與行星間引力的推導(dǎo)。 教學(xué)策略：引導(dǎo)學(xué)生動手參與推導(dǎo)過程，關(guān)注學(xué)生推導(dǎo)細(xì)節(jié)并及時交流和反饋，總結(jié)推導(dǎo)步驟；教師呈現(xiàn)推導(dǎo)過程要層次分明，突出關(guān)鍵。 2.教學(xué)難點(diǎn)及其教學(xué)策略： 難點(diǎn)：太陽與行星間引力的推導(dǎo)。 教學(xué)策略：啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生思考并界定問題、預(yù)定目標(biāo)，明確達(dá)成目標(biāo)過程中的每一步的研究對象、物理模型、物理規(guī)律和數(shù)學(xué)工具。 四、教學(xué)資源 1.歷史上關(guān)于行星運(yùn)動原因的猜想（文本）。 2.太陽對行星的引力與行星對太陽的引力大小相等（動畫）。 3.前人和牛頓關(guān)于太陽與行星間引力問題的思考及貢獻(xiàn)（文本）。 4.牛頓在鄉(xiāng)間的蘋果樹下沉思1（圖片、文本）。 5.多媒體教學(xué)設(shè)備。 五、教學(xué)設(shè)計 教師活動 學(xué)生活動 點(diǎn)評 引入新課 提問：請同學(xué)們從運(yùn)動的描述角度思考，開普勒行星運(yùn)動定律的物理意義？ 演講：開普勒在1609和1619年發(fā)表了行星運(yùn)動的三個定律，解決了描述行星運(yùn)動的問題，但好奇的人們，面向天穹，深情地叩問：是什么力量支配著行星繞著太陽做如此和諧而有規(guī)律的運(yùn)動呢？ 呈現(xiàn)（板書）：2太陽與行星間的引力 思考、回答、交流：第一定律揭示了描述行星運(yùn)動的參考系、及其運(yùn)動軌跡；第二定律揭示了行星在橢圓軌道上運(yùn)動經(jīng)過不同位置的快慢情況，近日點(diǎn)附近速度大，遠(yuǎn)日點(diǎn)附近速度小；第三定律：揭示了不同行星雖然橢圓軌道和環(huán)繞周期不同，但由于中心天體相同，所以共同遵循軌道半長軸的三次方與周期的二次方比值相同的規(guī)律。 聽講、議論。 做筆記。 復(fù)習(xí)提問，為學(xué)習(xí)新課提供知識背景，為提出解決行星動力學(xué)問題創(chuàng)設(shè)情境。學(xué)生的回答可能抓不住要點(diǎn)或缺乏邏輯，教師要引導(dǎo)學(xué)生表達(dá)、指導(dǎo)生生交流。 提出問題，啟發(fā)思考。 講授新課 呈現(xiàn)、提問、對話：歷史上關(guān)于行星運(yùn)動原因的猜想（文本）。歷史上的這些猜想所針對的問題是什么？ 如果我們根據(jù)自己已有知識和經(jīng)驗(yàn)，會作出怎樣的猜想呢？能解釋自己的猜想嗎？ 講解、質(zhì)疑、提問：這些問題的實(shí)質(zhì)是什么呢？就是我們在學(xué)習(xí)牛頓運(yùn)動定律的時候運(yùn)用牛頓運(yùn)動定律解決問題的兩類基本問題中的一類。是哪一類問題？如何解決這類問題？同學(xué)們能解決這些問題嗎？ 啟發(fā)、引導(dǎo)、對話：行星的實(shí)際運(yùn)動是橢圓運(yùn)動，但我們還不知道求出橢圓運(yùn)動加速度的運(yùn)動學(xué)公式，我們現(xiàn)在怎么辦？把它簡化為什么運(yùn)動呢？ 引導(dǎo)、指導(dǎo)、對話：既然把行星繞太陽的運(yùn)動簡化為圓周運(yùn)動。那么行星繞太陽的運(yùn)動可進(jìn)一步簡化為勻速圓周運(yùn)動嗎？為什么？ 引導(dǎo)、指導(dǎo)、對話：行星繞太陽做勻速圓周運(yùn)動需要力嗎？為什么？需要的向心力由什么力提供呢？ 引導(dǎo)、指導(dǎo)、對話：如何求太陽對行星的引力？如何求需要的向心力？選擇什么公式？請同學(xué)們在草稿本上列式解答。 講解、呈現(xiàn)（板書）：（1）太陽對行星的引力 ①行星繞太陽的橢圓運(yùn)動簡化為圓周運(yùn)動，根據(jù)開普勒第一、第二定律，行星以太陽為圓心做勻速圓周運(yùn)動，行星繞太陽做勻速圓周運(yùn)動需要的向心力由太陽對行星的引力提供，則 引導(dǎo)、指導(dǎo)、對話：一般的，天文觀測能直接得到行星運(yùn)動的線速度嗎？選擇什么公式實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)代換？請同學(xué)們在草稿本上列式解答。 講解、呈現(xiàn)（板書）：②一般的，天文觀測得到行星公轉(zhuǎn)的周期，則 得 引導(dǎo)、指導(dǎo)、對話：就供需關(guān)系來說，引力跟太陽與行星間的距離關(guān)系中是否應(yīng)該出現(xiàn)行星的公轉(zhuǎn)周期？選擇什么公式實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)代換？請同學(xué)們在草稿本上列式解答。 講解、呈現(xiàn)（板書）：③不同行星的公轉(zhuǎn)周期是不同的，引力跟太陽與行星間的距離關(guān)系的表達(dá)式中不應(yīng)出現(xiàn)周期，根據(jù)開普勒第三定律，得 引導(dǎo)、指導(dǎo)、對話：上式有何物理意義呢？如何對上式做物理簡化？ 講解、呈現(xiàn)（板書）：④在上式中，等號右邊除了、以外，其余都是常量，對任何行星來說都是相同的。則 物理意義：太陽對不同行星的引力，與行星的質(zhì)量成正比，與行星和太陽間距離的二次方成反比。 引導(dǎo)、指導(dǎo)、對話：太陽對行星的引力的施力物體和受力物體各是什么？根據(jù)牛頓第三定律，類比上式，如何寫出行星對太陽的引力的表達(dá)式？要反映什么樣的物理意義？ 講解、呈現(xiàn)（板書）：（2）行星對太陽的引力 就太陽對行星的引力來說，行星是受力物體，因而可以說，上式引力與受力星體的質(zhì)量成正比。根據(jù)牛頓第三定律，就行星對太陽的引力來說，太陽是受力星體，則 物理意義：不同行星對太陽的引力，與太陽的質(zhì)量成正比，與行星和太陽間距離的二次方成反比。 引導(dǎo)、指導(dǎo)、對話：根據(jù)牛頓第三定律，作用力與反作用力有哪些關(guān)系？對兩個式子如何做出物理的綜合概括？要反映哪些物理意義？能改寫成等式嗎？ 講解、呈現(xiàn)（板書）：（3）太陽與行星間的引力 根據(jù)牛頓第三定律，和性質(zhì)相同、大小相等，可以概括為 物理意義：太陽與行星間引力的大小，與太陽的質(zhì)量、行星的質(zhì)量成正比，與兩者距離的二次方成反比。 寫成等式為 式中是比例系數(shù)，與太陽、行星都沒有關(guān)系。 太陽與行星間引力的方向沿著二者的連線。 太陽對行星的引力與行星對太陽的引力大小相等（動畫）。 小結(jié)、對話：上面，我們用自己的手和腦，得到了太陽與行星間的引力公式。我們回顧一下我們解決的問題和預(yù)期目標(biāo)，以及達(dá)成預(yù)期目標(biāo)過程中的每一步的研究對象、物理模型、物理規(guī)律和數(shù)學(xué)工具。首先，我們把行星繞太陽的橢圓運(yùn)動簡化為勻速圓周運(yùn)動……；其次，我們一致認(rèn)為行星繞太陽做勻速圓周運(yùn)動需要向心力，這個向心力是由太陽對行星的引力提供的……；其三，我們預(yù)期太陽對行星的引力與太陽到行星的距離有關(guān)，希望通過行星繞太陽做勻速圓周運(yùn)動需要的向心力求出這個引力，通過兩次數(shù)學(xué)代換得到了太陽對行星的引力與太陽到行星的距離相關(guān)的數(shù)學(xué)表達(dá)式……；其四，通過類比得到了行星對太陽的引力與太陽到行星的距離相關(guān)的數(shù)學(xué)表達(dá)式……；其五，綜合概括得到了太陽與行星間引力的數(shù)學(xué)表達(dá)式……。 呈現(xiàn)、講解、比較：在歷史上，牛頓說他是站在巨人的肩膀上發(fā)現(xiàn)了這個公式。下面我們來看一看牛頓發(fā)現(xiàn)這個公式的幾個重要的歷史片段。我們的工作與牛頓的工作有什么相同和不同？牛頓在鄉(xiāng)間的蘋果樹下沉思1（圖片、文本）。前人和牛頓關(guān)于太陽與行星間引力問題的思考及貢獻(xiàn)（文本）。在1665年，具有高明的數(shù)學(xué)才能的牛頓，根據(jù)自己獨(dú)特的思路推導(dǎo)得出了含糊不清的行星繞太陽做圓周運(yùn)動時，太陽對行星的引力與距離平方成反比的數(shù)學(xué)關(guān)系式，但沒有弄清圓周運(yùn)動一定需要這種力，也沒有推導(dǎo)得出了行星繞太陽做橢圓運(yùn)動時，太陽對行星的引力也存在距離平方成反比的數(shù)學(xué)關(guān)系式，更沒有認(rèn)識到引力的普遍性。在1679年，牛頓在與胡克等人的交流中，逐漸清楚圓周運(yùn)動一定需要太陽對行星的與距離平方成反比的引力，并在自己創(chuàng)立的微積分的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)得出了行星繞太陽做橢圓運(yùn)動時，太陽對行星的引力也存在距離平方成反比的數(shù)學(xué)關(guān)系式，但還沒有認(rèn)識到引力的普遍性。在1687年，在哈雷的鼓勵和資助下，發(fā)表了傳世之作——《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》，終于領(lǐng)悟了萬有引力的真諦，把地面上的力學(xué)和天上的力學(xué)統(tǒng)一在一起，形成了以牛頓三大運(yùn)動定律為基礎(chǔ)的經(jīng)典力學(xué)體系?！? 閱讀、對話、交流：行星在橢圓軌道上運(yùn)動是否需要力？如果需要力，這個力是什么力提供的？這個力是多大？需要，太陽對行星的引力，橢圓運(yùn)動是曲線運(yùn)動，是變速運(yùn)動，根據(jù)牛頓第一定律，要受到外力。大小跟太陽與行星間的距離有關(guān)。 聽講、議論、回答：已知運(yùn)動情況求解受力問題。根據(jù)運(yùn)動學(xué)公式求出加速度，根據(jù)牛頓第二定律求出力。 聽講、議論：簡化問題，先解決簡單問題。圓周運(yùn)動。 討論、回答、交流：可以，根據(jù)開普勒行星運(yùn)動第一定律和第二定律并做解釋。 討論、回答：需要，勻速圓周運(yùn)動是速度方向時刻在變化的變速運(yùn)動，需要有向心力。需要的向心力由太陽對行星的引力提供。 思考、對話、解答：根據(jù)牛頓第二定律，太陽對行星的引力提供行星繞太陽做勻速圓周運(yùn)動需要的向心力 。 記筆記。 思考、對話、解答：不是，一般的，天文觀測直接得到的是行星運(yùn)動的周期。 。 記筆記。 思考、對話、解答：不應(yīng)該，需要的向心力與行星公轉(zhuǎn)的周期有關(guān)，提供的向心力應(yīng)該與天體本身的因素有關(guān)。 記筆記。 思考、對話、解答：等號右邊除了、以外，其余都是常量，對任何行星來說都是相同的。物理意義：太陽對不同行星的引力，與行星的質(zhì)量成正比，與行星和太陽間距離的二次方成反比。 記筆記。 思考、對話、解答：太陽和行星。 物理意義：不同行星對太陽的引力，與太陽的質(zhì)量成正比，與行星和太陽間距離的二次方成反比。 記筆記。 思考、對話、解答：性質(zhì)、大小、方向、作用線等。 物理意義：太陽與行星間引力的大小，與太陽的質(zhì)量、行星的質(zhì)量成正比，與兩者距離的二次方成反比。 記筆記。 聽講、議論、對話、交流。 觀看、議論、交流。 提供材料、創(chuàng)設(shè)問題情境，閱讀提取信息，明確問題。了解關(guān)于行星繞太陽運(yùn)動的不同觀點(diǎn)和引力思想形成的歷程。提取相關(guān)知識，促進(jìn)意義學(xué)習(xí)。如果學(xué)生回答不全面，教師要補(bǔ)充和小結(jié)。副板書：引力大?。‵）跟太陽與行星間的距離（r）有關(guān)。 質(zhì)疑激勵，明確問題實(shí)質(zhì)，探求解決問題的思路。 對話交流，探求解決問題的方法。 對話交流，促使學(xué)生清楚知道推理的每一步證據(jù)、結(jié)論及其邏輯關(guān)系。學(xué)生往往對證據(jù)及其與結(jié)論的邏輯關(guān)系思考與表達(dá)有困難，需要老師的引導(dǎo)，生生交流。 對話交流，促使學(xué)生清楚知道推理的每一步證據(jù)、結(jié)論及其邏輯關(guān)系。學(xué)生一般都能回答，但對速度方向變化需要向心力的對應(yīng)關(guān)系和向心力的供需關(guān)系不夠明確。 對話交流，促使學(xué)生清楚知道推理的每一步證據(jù)、結(jié)論及其邏輯關(guān)系。學(xué)生一般都能回答，但對公式的選擇各不同。教師巡回指導(dǎo)。 給出示范。 對話交流，促使學(xué)生清楚知道推理的每一步證據(jù)、結(jié)論及其邏輯關(guān)系。學(xué)生一般都能回答。教師巡回指導(dǎo)。 給出示范。 對話交流，促使學(xué)生清楚知道推理的每一步證據(jù)、結(jié)論及其邏輯關(guān)系。學(xué)生一般不能回答，需要教師引導(dǎo)。教師巡回指導(dǎo)。 給出示范。 對話交流，促使學(xué)生反思數(shù)學(xué)結(jié)論的物理意義及其反思方法。學(xué)生一般不習(xí)慣，需要教師反復(fù)引導(dǎo)。 給出示范。 對話交流，促使學(xué)生類比寫出行星對太陽的引力的表達(dá)式。學(xué)生一般不習(xí)慣，需要教師反復(fù)引導(dǎo)并指出這個式子不是牛頓第三定律的必然結(jié)論。領(lǐng)略自然界的奇妙與和諧，蘊(yùn)涵其中的規(guī)律之簡潔。 給出示范。 對話交流，促使學(xué)生類比寫出太陽與行星間引力的表達(dá)式。學(xué)生一般能說出一些關(guān)系，但不全面，需要教師補(bǔ)充。 給出示范。 總結(jié)推導(dǎo)步驟。對話中要反思研究對象、物理模型和數(shù)學(xué)工具。 承上啟下，了解牛頓得到太陽與行星間的引力與其它學(xué)科之間的聯(lián)系。認(rèn)識科學(xué)探究中交流和獨(dú)創(chuàng)的意義。認(rèn)識物理模型和數(shù)學(xué)工具在物理學(xué)發(fā)展過程中的作用。體驗(yàn)探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅。培育與他人合作的精神，將自己的見解與他人交流的愿望，和勇于修正錯誤的科學(xué)精神。 本課小結(jié) 這節(jié)課，首先，我們把行星繞太陽的橢圓運(yùn)動簡化為勻速圓周運(yùn)動；其次，我們一致認(rèn)為行星繞太陽做勻速圓周運(yùn)動需要向心力，這個向心力是由太陽對行星的引力提供的；其三，我們預(yù)期太陽對行星的引力與太陽到行星的距離有關(guān)，希望通過行星繞太陽做勻速圓周運(yùn)動需要的向心力求出這個引力，通過兩次數(shù)學(xué)代換得到了太陽對行星的引力與太陽到行星的距離相關(guān)的數(shù)學(xué)表達(dá)式；其四，通過類比得到了行星對太陽的引力與太陽到行星的距離相關(guān)的數(shù)學(xué)表達(dá)式；其五，綜合概括得到了太陽與行星間引力的數(shù)學(xué)表達(dá)式。但我們的工作與牛頓相比，由于沒有學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)微積分知識（更難說能創(chuàng)立微積分）不能推導(dǎo)得出了行星繞太陽做橢圓運(yùn)動時，太陽對行星的引力也存在距離平方成反比的數(shù)學(xué)關(guān)系式；我們建立的物理模型和運(yùn)用的物理知識都是牛頓在1687年發(fā)表在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書中，不敢說我們能把地面上的力學(xué)和天上的力學(xué)統(tǒng)一在一起，形成了以牛頓三大運(yùn)動定律為基礎(chǔ)的經(jīng)典力學(xué)體系。 布置作業(yè)： 課堂鞏固作業(yè)，解答課本第69頁問題與練習(xí)第1、2題。 課后做到作業(yè)本上的作業(yè)，按下面提示并解答問題。 首先，我們把行星繞太陽的橢圓運(yùn)動簡化為圓周運(yùn)動，為什么可以認(rèn)為是勻速圓周運(yùn)動？其次，我們一致認(rèn)為行星繞太陽做勻速圓周運(yùn)動需要向心力，這個向心力是由太陽對行星的引力提供的，為什么？其三，我們預(yù)期太陽對行星的引力與太陽到行星的距離有關(guān)，希望通過行星繞太陽做勻速圓周運(yùn)動需要的向心力求出這個引力，研究對象是什么？根據(jù)什么規(guī)律列式？列出表達(dá)式。通過兩次數(shù)學(xué)代換得到了太陽對行星的引力與太陽到行星的距離相關(guān)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，代換的原因或目的是什么？完成代換。作出物理簡化。其四，通過類比得到了行星對太陽的引力與太陽到行星的距離相關(guān)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，可類比的點(diǎn)是什么？寫出類比表達(dá)式。其五，綜合概括得到了太陽與行星間引力的數(shù)學(xué)表達(dá)式。寫出數(shù)學(xué)等式。 課后預(yù)習(xí)作業(yè)，閱讀課本第69頁第3節(jié)。 板書設(shè)計 2 太陽與行星間的引力 （1）太陽對行星的引力 物理意義：太陽對不同行星的引力，與行星的質(zhì)量成正比，與行星和太陽間距離的二次方成反比。 （2）行星對太陽的引力 物理意義：不同行星對太陽的引力，與太陽的質(zhì)量成正比，與行星和太陽間距離的二次方成反比。 （3）太陽與行星間的引力 物理意義：太陽與行星間引力的大小，與太陽的質(zhì)量、行星的質(zhì)量成正比，與兩者距離的二次方成反比。 寫成等式為 式中是比例系數(shù)，與太陽、行星都沒有關(guān)系。 太陽與行星間引力的方向沿著二者的連線。 六、課后反思 這節(jié)課的教學(xué)時間相對充裕，教師盡可能引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)出太陽與行星間的引力，巡回并指導(dǎo)學(xué)生思考并界定問題、預(yù)定目標(biāo)，明確達(dá)成目標(biāo)過程中的每一步的研究對象、物理模型、物理規(guī)律和數(shù)學(xué)工具。