6-2 太阳和行星间的引力 教学设计
一、设计思想：
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：
教师
引导产生问题
诱发
流程
行动
学生
新旧结合提出问题 →
问题提出 ↓ 猜想与假设 ↓ 简化模型 ↓ 演绎推理 →
↓ 引导利用已有规律、概念 ↓ 作出合理猜想与假设 →
→
↓ 引导近似处理 ↓ 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 ↓ 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 ↓ 意义延伸 ↓ 综合得出结论 →
→
↓ 发问 三、教学目标： 1．知识与技能：
↓ 留下疑惑和进步一发展空间 → →
（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 教学过程 1．引入新课 教师活动 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？ 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】 学生活动 生：回答开普勒行星运动定律的内容。 设计意图 【复习巩固，引出问题】 2.新课教学 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： 提出问题 猜想与假设 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？ 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。 …… 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m测量物理量 2 结论： F?4?k2， r【需要指出k与行星无关】 m即：F∝2 ……(1) r 表明：…… 生：引发思考 运动的描述生：【思考】 是相对的，天讨论……也应该做圆周运体在规律面动，根据刚才的推导过程同前是平等的，样可以得到行星对太阳的尊重规律。 吸引力： F’∝M ……(2) 2r 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∝Mm r2初步体会对称变换 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。 写成等式： F＝GMm ……（3） r2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。 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。同学们生：看简史材料。 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。 感受巨人是大量人工作的在历史上，古希腊开始就在进行不成果。 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：“如果他能够教感悟巨人的肩对科学发现给我什么使地上万物下落的原因，我就的重要性。 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 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。 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？ 3．总（1）总结知识、方法收获； 结： 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？ 4．作课后问题与练习。 业 生：有所思。 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 课后解答 向迈向万有引力做发问。 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。 强调基本观点，重视思维方法，符合逻辑关系。 五、板书设计
6－2 太阳与行星的引力
太阳对行星的引力：
v2?F?m?r?2?r?mv??F? ?T?r2?r3?k?T2?行星对太阳的引力：F?
/公式：F＝G太阳与行星间的引力：
Mm 2rM 2r方向：沿二者的连线指向对方
人教版高中物理必修二《太阳与行星间的引力》教案(2)
