太陽與行星間的引力教案2篇

【學(xué)習(xí)內(nèi)容分析】

在行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律與萬有引力定律兩節(jié)內(nèi)容之間安排本節(jié)內(nèi)容，是為了更突出發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的這個(gè)科學(xué)過程。如果說上一節(jié)內(nèi)容是從運(yùn)動(dòng)學(xué)角度描述行星運(yùn)動(dòng)的話，那么，本節(jié)內(nèi)容是從動(dòng)力學(xué)角度來研究行星運(yùn)動(dòng)的，研究過程是依據(jù)已有規(guī)律進(jìn)行的演繹推理過程。教科書在尊重歷史事實(shí)的前提下，通過一些邏輯思維的鋪墊，讓學(xué)生以自己現(xiàn)有的知識(shí)基礎(chǔ)身于歷史的背景下，經(jīng)歷一次“發(fā)現(xiàn)”萬有引力的過程，因此體驗(yàn)物理學(xué)研究問題的方法就成為主要的教學(xué)目標(biāo)。

【學(xué)情分析】

在學(xué)太陽對(duì)行星的引力之前，學(xué)生已經(jīng)對(duì)力、重力、向心力、加速度、重力加速度、向心加速度等概念有了較好的理解，并且掌握自由落體運(yùn)動(dòng)和圓周運(yùn)動(dòng)等運(yùn)動(dòng)規(guī)律，能熟練運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決動(dòng)力學(xué)問題。已經(jīng)完全具備深入探究和學(xué)習(xí)萬有引力定律的起點(diǎn)能力。所以在推導(dǎo)太陽與行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，教師可以要求學(xué)生自主地運(yùn)用原有的知識(shí)進(jìn)行推導(dǎo)，并要求說明每一步推理的理論依據(jù)是什么，教師僅在難點(diǎn)問題上做適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)撥。

【教學(xué)目標(biāo)】

一、知識(shí)與技能

1．了解關(guān)于行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的不同觀點(diǎn)和引力思想形成的歷程。

2．知道行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的原因，知道太陽與行星間存在著引力作用，知道行星繞太陽做勻速圓周運(yùn)動(dòng)向心力來源。

3．知道太陽與行星間引力的方向和表達(dá)式，知道牛頓定律在推導(dǎo)太陽與行星間引力時(shí)的作用，領(lǐng)會(huì)將不易測(cè)量的物理量轉(zhuǎn)化為易測(cè)量物理量的方法。

二、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(shí)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(shí)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．通過思維程序“提出問題→猜想與假設(shè)→理論分析→實(shí)驗(yàn)觀測(cè)→驗(yàn)證結(jié)論”培養(yǎng)學(xué)生探究思維能力。

三、情感態(tài)度與價(jià)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(jiǎn)潔，發(fā)展對(duì)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。

【教學(xué)重難點(diǎn)】

1．太陽與行星間的引力的推導(dǎo)思路和過程。

2．突出教學(xué)重難點(diǎn)的方法：引導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手參與推導(dǎo)過程，關(guān)注學(xué)生推導(dǎo)細(xì)節(jié)并及時(shí)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。

【教學(xué)資源】

1．教學(xué)課件（PPT文件）

2．行星運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)（excel文件）

3．曲線擬合工具（excel軟件）

4．多媒體教學(xué)設(shè)備

【教學(xué)流程圖】

【教學(xué)過程設(shè)計(jì)】

復(fù)習(xí)舊課：

（引導(dǎo)學(xué)生回答，教師及時(shí)糾正補(bǔ)充）

教師活動(dòng)：請(qǐng)同學(xué)們從運(yùn)動(dòng)的描述角度思考，開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律的物理意義？（提問）

學(xué)生活動(dòng)：第一定律揭示了描述行星運(yùn)動(dòng)的參考系、及其運(yùn)動(dòng)軌跡；第二定律揭示了行星在橢圓軌道上運(yùn)動(dòng)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。

教師活動(dòng)：課件展示開普勒三定律：

開普勒第一定律也叫橢圓軌道定律，它的具體內(nèi)容是：所有行星分別在大小不同的軌道上圍繞太陽運(yùn)動(dòng)。太陽在這些橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。他的這條定律否定了行星軌道為圓形的理論。

開普勒第二定律：對(duì)任意行星來說，他與太陽的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過相等的面積。

開普勒第三定律的具體表述是：行星繞太陽運(yùn)動(dòng)軌道半長軸R的立方與運(yùn)動(dòng)周期T的平方成正比。

教師活動(dòng)：

開普勒在1609和1619年發(fā)表了行星運(yùn)動(dòng)的三個(gè)定律，解決了描述行星運(yùn)動(dòng)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(dòng)呢？（問題的提出：）

引導(dǎo)學(xué)生思考：

問題1：行星在橢圓軌道上運(yùn)動(dòng)是否需要力？這個(gè)力是什么力提供的？大小跟太陽與行星間的距離有什么關(guān)系嗎？

學(xué)生活動(dòng)：行星在橢圓軌道上運(yùn)動(dòng)需要力，這個(gè)力可能是太陽與行星之間引力提供的，大小跟太陽與行星間的距離應(yīng)有關(guān)。

問題2：行星的實(shí)際運(yùn)動(dòng)是橢圓運(yùn)動(dòng)，但我們還不知道求出橢圓運(yùn)動(dòng)加速度的運(yùn)動(dòng)學(xué)公式，我們現(xiàn)在怎么辦？把它簡(jiǎn)化為什么運(yùn)動(dòng)呢？

學(xué)生活動(dòng)：猜測(cè)可以簡(jiǎn)化為圓周運(yùn)動(dòng)。

問題3：既然把行星繞太陽的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化為圓周運(yùn)動(dòng)。那么行星繞太陽的運(yùn)動(dòng)可進(jìn)一步簡(jiǎn)化為勻速圓周運(yùn)動(dòng)嗎？為什么？

學(xué)生活動(dòng)：猜測(cè)可以簡(jiǎn)化為勻速圓周運(yùn)動(dòng)。

教師活動(dòng)：多媒體展示八大行星的軌道數(shù)據(jù)：

觀察八大行星的軌道半長軸與半短軸的區(qū)別并結(jié)合開普勒第二定律的內(nèi)容得到結(jié)論：行星繞太陽的運(yùn)動(dòng)可以看作是勻速圓周運(yùn)動(dòng)。（簡(jiǎn)化模型）

教師活動(dòng)：

總結(jié)：行星做曲線運(yùn)動(dòng)→必受到力的作用→把行星繞太陽的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化為圓周運(yùn)動(dòng)→進(jìn)一步簡(jiǎn)化為勻速圓周運(yùn)動(dòng)。

設(shè)計(jì)說明：依照已學(xué)知識(shí)點(diǎn)提出問題，然后讓學(xué)生個(gè)體作答解決問題，同時(shí)不斷拋出新的討論點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生積極參與討論探究。模型簡(jiǎn)化也經(jīng)過先猜測(cè)再推理的過程。

【新課教學(xué)】

一、人類對(duì)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律原因認(rèn)識(shí)的過程：

教師活動(dòng)：介紹十七世紀(jì)前以及伽利略，開普勒，笛卡兒的觀點(diǎn)：

17世紀(jì)前：行星理所應(yīng)當(dāng)?shù)淖鲞@種完美的圓周運(yùn)動(dòng)；

伽利略：一切物體都有合并的趨勢(shì)，這種趨勢(shì)導(dǎo)致物體做圓周運(yùn)動(dòng)；

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(zhuǎn)的物質(zhì)作用在行星上，使得行星繞太陽運(yùn)動(dòng)。

進(jìn)一步介紹：

到牛頓這個(gè)時(shí)代的時(shí)候，科學(xué)家們對(duì)這個(gè)問題有了更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，例如胡克、哈雷等，他們認(rèn)為行星繞地球運(yùn)動(dòng)受到太陽對(duì)它的引力，甚至證明了行星軌道如果為圓形，引力的大小跟太陽距離的二次方成反比，但無法證明在橢圓軌道下，引力也遵循這個(gè)規(guī)律。（猜想與假設(shè)）

牛頓在前人的基礎(chǔ)上，證明了如果太陽和行星的引力與距離的二次方成反比，則行星的軌跡是橢圓，并且闡述了普遍意義下的萬有引力定律。

過渡：

這一節(jié)和下一節(jié)，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。由于受到數(shù)學(xué)知識(shí)的限制，我們要對(duì)行星繞太陽的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行簡(jiǎn)化，簡(jiǎn)化為勻速圓周運(yùn)動(dòng)。

二、引力的推導(dǎo)：

思路：已知運(yùn)動(dòng)規(guī)律-------->求受力規(guī)律（太陽對(duì)行星的引力）

探究1：

教師活動(dòng)：我這里有太陽系的行星運(yùn)動(dòng)的一些數(shù)據(jù)，現(xiàn)在我們來分析一下這些數(shù)據(jù)，尋找加速度與距離之間的關(guān)系。

EXCEL文件：行星運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)（周期，太陽與行星距離）下表左部分

首先我們要算出各大行星的加速度。請(qǐng)同學(xué)們按分組，每組計(jì)算一個(gè)行星的加速度。

學(xué)生活動(dòng)：計(jì)算行星加速度，并反饋匯總。填入上表右部分。

教師活動(dòng)：現(xiàn)在我們已經(jīng)得到一組加速度和距離的數(shù)據(jù)，觀察一下，猜測(cè)它們之間存在怎樣的關(guān)系？

學(xué)生活動(dòng)：可能是反比關(guān)系。

教師活動(dòng)：如何驗(yàn)證我們的猜測(cè)是否正確？

如果加速度與距離成反比關(guān)系，我們做出a-1/r圖像，應(yīng)該是一條直線。我們驗(yàn)證一下。課堂上當(dāng)場(chǎng)通過EXCEL軟件輸入數(shù)據(jù)產(chǎn)生圖象如下圖：

引導(dǎo)、指導(dǎo)、提問：經(jīng)過驗(yàn)證，猜測(cè)不正確，那么我們繼續(xù)猜測(cè)，它們之間存在怎樣的關(guān)系呢？

學(xué)生活動(dòng)：……

教師活動(dòng)：……

學(xué)生活動(dòng)：可能是與r平方成反比關(guān)系。

教師活動(dòng)：如果加速度與距離平方成反比關(guān)系，我們做出a-1/r2圖像，應(yīng)該是一條直線。我們?cè)衮?yàn)證一下，通過EXCEL軟件輸入數(shù)據(jù)產(chǎn)生圖象如下圖：

講述：通過猜測(cè)與假設(shè)、圖象驗(yàn)證、再假設(shè)再驗(yàn)證，得出結(jié)論等一系列科學(xué)探究過程，我們終于得到了正確的結(jié)論：行星的加速度a與行星到太陽的距離r的二次方成反比。

進(jìn)而我們可以推導(dǎo)出引力與距離之間的關(guān)系，根據(jù)牛頓第二定律，

即太陽對(duì)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：

教師活動(dòng)：這是太陽對(duì)不同行星的引力推導(dǎo)方法的一種，現(xiàn)在我們一起再用第二種方法探究……

設(shè)計(jì)說明：采用猜測(cè)→數(shù)據(jù)擬合驗(yàn)證→猜測(cè)→數(shù)據(jù)擬合驗(yàn)證→正確結(jié)論的科學(xué)研究方法，形式多樣，開闊了學(xué)生的眼界。較之課本上呆板的公式推導(dǎo)，更能引學(xué)生的興趣，提高了學(xué)生的積極性。在數(shù)據(jù)擬合的推導(dǎo)部分，教學(xué)中完成了a-1/r、和a-1/r2圖像的擬合，但課后反思，如果能再做一個(gè)a-1/r3的圖像，予以比較效果更好。如果教學(xué)進(jìn)度、時(shí)間允許，可以讓學(xué)生描點(diǎn)作圖，對(duì)學(xué)生的教育應(yīng)該更深刻，教學(xué)效果更佳。

探究2：

教師活動(dòng)：太陽與行星間的引力F跟行星到太陽的距離有關(guān)，然而它們之間有什么定量關(guān)系呢？關(guān)于這個(gè)問題我們可以將行星的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化行星繞太陽做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。那么太陽對(duì)行星的引力，就等于行星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力。如果設(shè)行星的質(zhì)量為m，速度為v，運(yùn)行周期為T，行星到太陽的距離為r，則行星繞太陽做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力可以怎樣表示？

學(xué)生活動(dòng)：向心力可以表示為=

教師活動(dòng)：在天文觀測(cè)中我們應(yīng)該用哪個(gè)方程來探究向心力呢？

學(xué)生活動(dòng)：天文觀測(cè)中難以直接得到行星運(yùn)動(dòng)的速度v，但可以得到行星公轉(zhuǎn)的周期T，因此應(yīng)該用來表示向心力。

教師活動(dòng)：能不能根據(jù)得到的結(jié)論？

學(xué)生活動(dòng)：不同行星的公轉(zhuǎn)周期是不同的，所以不能說。

教師活動(dòng)：而且要尋找F跟的關(guān)系，那么表達(dá)式中就不應(yīng)該出現(xiàn)周期T，所以要設(shè)法消去上式中的T，應(yīng)該怎么消呢？

學(xué)生活動(dòng)：可以把開普勒第三定律變形為，代入上式得到：

或①

教師活動(dòng)：我們注意到K是一個(gè)與行星無關(guān)，而僅與太陽有關(guān)的常數(shù)，這表明太陽對(duì)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。

教師活動(dòng)：但是，如果中心天體的質(zhì)量發(fā)生變化，引力F變不變呢？

用疊加的觀點(diǎn)分析此問題，可以得出：F將變化，且M增大，F(xiàn)也增大；反之亦然。很顯然，F(xiàn)還應(yīng)與中心天體的質(zhì)量M有關(guān)，它們之間有什么關(guān)系呢？怎樣研究F與M的關(guān)系呢？（思考1分鐘）

思路分析：剛才我們選擇行星為研究對(duì)象，研究的結(jié)果中并沒有出現(xiàn)太陽質(zhì)量M。下面我們不妨嘗試以太陽為研究對(duì)象，看看行星對(duì)太陽的引力什么特征？

對(duì)于太陽對(duì)行星的引力，太陽是施力物，而根據(jù)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(duì)于這個(gè)引力，太陽又是受力物。對(duì)稱性是許多物理規(guī)律的一個(gè)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(zhì)的力，那么行星對(duì)太陽的引力是不是也應(yīng)該與太陽的質(zhì)量成正比呢？如果這個(gè)猜想是正確的，那么行星對(duì)太陽的引力又可以表示成什么呢？

學(xué)生活動(dòng)：（討論、推導(dǎo)、交流），或②（M為太陽質(zhì)量，是與行星有關(guān)的常數(shù)）

教師活動(dòng)：很好，太陽對(duì)行星的引力和行星對(duì)太陽的引力有什么關(guān)系？你能結(jié)合①、②式得到什么關(guān)系？

學(xué)生活動(dòng)：……，這兩個(gè)力是作用力與反作用力的關(guān)系，根據(jù)牛頓第三定律可知：，由①②得：③

教師活動(dòng)：如果把這個(gè)結(jié)論進(jìn)一步拓展，你還能得到什么結(jié)論？

學(xué)生活動(dòng)：應(yīng)該還可以得到：

教師活動(dòng)：看到這樣的式子，你是不是有些興奮？是不是能發(fā)現(xiàn)些什么？

學(xué)生活動(dòng)：我覺得從應(yīng)該可以得到比值應(yīng)該是個(gè)常數(shù)。

教師活動(dòng)：這個(gè)想法很大膽，但是從可以下結(jié)論認(rèn)為是常數(shù)嗎？你的結(jié)論還只能是個(gè)猜想或假設(shè)，當(dāng)然這個(gè)想法非常具有建設(shè)性。不過我們還應(yīng)該進(jìn)行驗(yàn)證。

如果這個(gè)猜想成立，即（C是一個(gè)常數(shù)），那么①②式中的又可以怎樣表示？如果再把它們代回到①②式，你又能有什么發(fā)現(xiàn)？

學(xué)生活動(dòng)：……，可以得到：

教師活動(dòng)：注意到是個(gè)常數(shù)，可以用令，這個(gè)結(jié)論也可以寫成：，方向：太陽與行星間引力的方向沿著二者的連線。

適用范圍：太陽與行星間的引力

教師活動(dòng)：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。我們今天得到的結(jié)論是萬有引力定律么？

講述：通過演繹推理得到的結(jié)論，推廣到一般意義上的規(guī)律，在科學(xué)上是十分嚴(yán)謹(jǐn)?shù)氖虑?，需要?jīng)過實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)。

設(shè)計(jì)說明：書本上根據(jù)太陽對(duì)不同行星的引力，行星對(duì)太陽的引力，推導(dǎo)太陽與行星間的引力為過于牽強(qiáng)附會(huì)，不符合學(xué)科的認(rèn)知規(guī)律，學(xué)生不易接受,學(xué)生感到很茫然，而用該方法思路過程很嚴(yán)密,學(xué)生容易掌握。

【板書設(shè)計(jì)】

太陽與行星間的引力

探究1．行星饒?zhí)栠\(yùn)動(dòng)向心加速度為，根據(jù)牛頓第二定律，

太陽對(duì)不同行星的引力：

探究2（1）太陽對(duì)行星的引力大?。?/p>

結(jié)論：或（1）

（2）行星對(duì)太陽的引力

結(jié)論：或（2）

（3）由（1）、（2）式得，設(shè)，則，令

（4）太陽與行星間的引力：

是比例系數(shù)，與太陽、行星都沒有關(guān)系

方向：太陽與行星間引力的方向沿著二者的連線。

適用范圍：太陽與行星間的引力

【教學(xué)反思】

為了讓學(xué)生掌握建立物理模型、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，教學(xué)中應(yīng)該調(diào)動(dòng)學(xué)生參與探究的過程，這需要教師的引導(dǎo)，為此，本節(jié)課采用“導(dǎo)探”式教學(xué)法，即在教師的引導(dǎo)下，讓學(xué)生通過獨(dú)立思考、合作交流、小組討論的方式完成探究的過程，讓學(xué)生真正體驗(yàn)科學(xué)探究的方法。

太陽與行星間的引力一節(jié)，是為了更突出發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的這個(gè)科學(xué)過程。如果照搬教材的內(nèi)容，教學(xué)時(shí)間顯得太寬松，并且最后推導(dǎo)不太嚴(yán)密,學(xué)生不易接受,而且并不能讓學(xué)生充分的體會(huì)牛頓的科學(xué)智慧。所以筆者在實(shí)際教學(xué)中對(duì)教材中關(guān)于太陽與行星間的引力的推導(dǎo)過程做了改進(jìn)并用了兩種不同的方法,這樣不僅教學(xué)時(shí)間變得緊湊，更重要是讓學(xué)生體驗(yàn)了：從問題的提出、猜想與假設(shè)、演繹與推理、結(jié)論的得出等更為完整的探究過程．

【創(chuàng)新點(diǎn)】

1．根據(jù)行星與太陽之間距離和行星饒?zhí)栃D(zhuǎn)的周期數(shù)據(jù)通過EXCEL軟件探究行星饒?zhí)栃D(zhuǎn)的加速度與半徑的關(guān)系；

2．通過嚴(yán)謹(jǐn)合理的數(shù)學(xué)推導(dǎo)得，學(xué)生知道它的來龍去脈，真正理解其中道理，更容易接受。

太陽與行星間的引力教案二

一、內(nèi)容：人教版普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書物理必修二第七章第二節(jié)。

二、課題：太陽與行星間的引力

三、教學(xué)設(shè)計(jì)

1學(xué)習(xí)任務(wù)

1.1學(xué)生認(rèn)知起點(diǎn)分析

高一學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了牛頓的三個(gè)定律、圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí)，知道了物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的條件與規(guī)律。在本章的第一節(jié)里又學(xué)習(xí)了開普勒三定律，知道了行星的周期的平方與軌道半長軸的三次方成正比及行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。學(xué)生已經(jīng)積累了一定的知識(shí)，具備了理論分析和推理的基礎(chǔ)，具備了接受萬有引力定律的能力。

1.2學(xué)生能力分析

高一學(xué)生正處于從初中物理的定性分析到高中物理的定量討論；從初中的形象思維到高中的抽象思維；從初中簡(jiǎn)單的邏輯思維到高中復(fù)雜的分析推理的轉(zhuǎn)變過程中。從心理學(xué)的角度分析，他們的一般能力已經(jīng)具備，具有一定的觀察力、記憶力、抽象概括力、想象力。但其創(chuàng)造能力還比較欠缺，對(duì)于利用已有知識(shí)創(chuàng)造出新的概念、理論的能力很弱；在學(xué)習(xí)過程中對(duì)知識(shí)點(diǎn)的把握還不是很準(zhǔn)確，數(shù)學(xué)的推理能力較弱；但學(xué)生對(duì)感性材料的認(rèn)知能力較強(qiáng)，接受新知識(shí)的能力也很強(qiáng)；而且學(xué)生的社交能力也正處于發(fā)展階段，需要得到不斷的鍛煉。

1.3學(xué)生所處環(huán)境、自身素質(zhì)分析

一方面我國在航天事業(yè)上的突破（成功發(fā)射了“神州七號(hào)”載人宇宙飛船和“嫦娥一號(hào)”繞月衛(wèi)星），極大的激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)有關(guān)宇宙、航天、衛(wèi)星知識(shí)的興趣。另一方面學(xué)生已有的有關(guān)宇宙、航天、衛(wèi)星的知識(shí)僅局限于認(rèn)知階段，對(duì)于它們的規(guī)律知之甚少，甚至存在錯(cuò)誤的概念。所以對(duì)學(xué)習(xí)本課內(nèi)容，學(xué)生的愿望是迫切的，積極性很高。

2 教學(xué)目標(biāo)

2.1知識(shí)與技能

2.1.1了解關(guān)于行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的不同觀點(diǎn)和引力思想形成的歷程。

2.1.2在開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律、勻速圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí)和牛頓運(yùn)動(dòng)定律的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)得到太陽與行星間的引力的表達(dá)式，并初步理解其物理意義。

2.2 過程與方法

2.2.1追尋得出太陽與行星間引力的科學(xué)探究過程，認(rèn)識(shí)科學(xué)探究中交流和獨(dú)創(chuàng)的意義。

2.2.2了解物理學(xué)的研究方法，認(rèn)識(shí)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。

2.2.3通過推導(dǎo)太陽與行星間的引力公式，體會(huì)邏輯推理在物理學(xué)中的重要性。

2.3情感態(tài)度與價(jià)值觀

2.3.1感受太陽與行星間的引力關(guān)系，從而體會(huì)大自然的奧秘。領(lǐng)略自然界的奇妙與和諧，蘊(yùn)涵其中的規(guī)律之簡(jiǎn)潔，發(fā)展對(duì)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。

2.3.2通過探究體驗(yàn)“發(fā)現(xiàn)”的樂趣，體驗(yàn)邏輯推理的樂趣，提高分析問題、解決問題的能力。

2.3.3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(cuò)誤的科學(xué)精神。

3 教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)

重、難點(diǎn)：太陽與行星間引力公式的推導(dǎo)。

突出教學(xué)重點(diǎn)的方法：引導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手參與推導(dǎo)過程，關(guān)注學(xué)生推導(dǎo)細(xì)節(jié)并及時(shí)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。

突破教學(xué)難點(diǎn)的策略：?jiǎn)l(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(duì)象、物理模型、物理規(guī)律和數(shù)學(xué)工具。

4 教學(xué)設(shè)計(jì)思路

本節(jié)課從行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律出發(fā)，從理論上探究萬有引力定律，是進(jìn)行科學(xué)探究過程教育的極好素材．

從知識(shí)結(jié)構(gòu)上來看，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了牛頓運(yùn)動(dòng)定律和勻速圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí)，具備了理論分析和推理的基礎(chǔ)．

為了讓學(xué)生掌握建立物理模型、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，教學(xué)中應(yīng)該調(diào)動(dòng)學(xué)生參與探究的過程，這需要教師的引導(dǎo)，為此，本節(jié)課采用“導(dǎo)探”式教學(xué)法，即在教師的引導(dǎo)下，讓學(xué)生通過獨(dú)立思考、合作交流、小組討論的方式完成探究的過程，讓學(xué)生真正體驗(yàn)科學(xué)探究的方法。

本節(jié)課應(yīng)該著力體現(xiàn)萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)歷程，讓學(xué)生體會(huì)牛頓在前人工作的基礎(chǔ)上，憑借他超凡的數(shù)學(xué)能力證明萬有引力的一般規(guī)律的思路與方法。為此，教學(xué)設(shè)計(jì)思路是這樣的：

(1)提出問題：為什么行星繞太陽運(yùn)動(dòng)？ (學(xué)生分組討論)

(2)科學(xué)猜想：太陽對(duì)行星的引力F可能與哪些因素有關(guān)？(學(xué)生分組討論)

(3)簡(jiǎn)化模型：行星的軌道按照“圓”來處理。（給出數(shù)據(jù)，學(xué)生分析，得出模型）

(4)理論推導(dǎo)：①學(xué)生根據(jù)牛頓第二定律和開普勒第一、第二定律進(jìn)行計(jì)算：得到太陽對(duì)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．即

②根據(jù)牛頓第三定律，得到行星對(duì)太陽的引力大小也存在與上述關(guān)系對(duì)稱的結(jié)果，即

③根據(jù)以上關(guān)系式，得到太陽與行星間的引力大?。?

④寫成等式：

至此，牛頓一直是在已有的觀測(cè)結(jié)果和理論引導(dǎo)下進(jìn)行推測(cè)和分析，觀測(cè)結(jié)果僅對(duì)行星繞太陽運(yùn)動(dòng)成立，這還不是萬有引力定律．而認(rèn)識(shí)到引力的普遍性，是下一節(jié)的內(nèi)容。

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(shí)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(shí)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)。

本節(jié)課的教學(xué)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(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)問題的基礎(chǔ)上探索解決行星運(yùn)動(dòng)的動(dòng)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(shí)（此前用于解決地球上的問題）解決天體運(yùn)動(dòng)，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，從而體現(xiàn)科學(xué)探究的方法。

1．教學(xué)流程

2．科學(xué)猜想

太陽對(duì)行星的引力可能與哪些因素有關(guān)?呢？

1．復(fù)習(xí)提問

行星為什么繞太陽運(yùn)動(dòng)？

2．簡(jiǎn)化模型

給出各大行星的半長軸、半短軸的長度，學(xué)生分析數(shù)據(jù)，得出模型。

3．理論推導(dǎo)

學(xué)生根據(jù)學(xué)案上的步驟，逐步推導(dǎo)出F與M、m及r的關(guān)系

4．得出結(jié)論

5.課堂總結(jié)

學(xué)會(huì)一種數(shù)學(xué)推理方法

學(xué)會(huì)一種科學(xué)探究方法

四、教學(xué)實(shí)錄

（一）復(fù)習(xí)回顧：（為引力關(guān)系做準(zhǔn)備）

師：行星繞太陽的運(yùn)動(dòng)具有什么樣的規(guī)律？

生：滿足開普勒三定律

師：開普勒三定律的內(nèi)容？（學(xué)生回答，同時(shí)展示投影片：開普勒三定律）

師：如果某行星繞太陽做圓周運(yùn)動(dòng)，開普勒三定律仍然適用，因?yàn)閳A是橢圓的一種特殊情況。在這種情形下的開普勒三定律又如何描述呢？

師：根據(jù)開普勒運(yùn)動(dòng)定律，請(qǐng)描述如果行星繞太陽做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)的規(guī)律

生：太陽是軌道圓心；是勻速圓周運(yùn)動(dòng)；

自古以來，人類對(duì)于天體一直充滿了神秘感，從我們平常所用的詞語里就可以反映出來，有哪些詞語呢？（天意、天子、天機(jī)不可泄露等）。通過上節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們知道了行星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，揭開了天體的一層神秘的面紗，那么這些行星為什么會(huì)做這樣地運(yùn)動(dòng)呢？通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們將給大家揭開天體的另一層神秘的面紗。（創(chuàng)設(shè)情景，引起學(xué)生興趣，埋下伏筆）

（二）新課探究過程：

掌握了開普勒三定律，我們知道了行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。但是，行星為什么繞太陽做橢圓運(yùn)動(dòng)呢？請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)學(xué)過的物理知識(shí)思考、討論這個(gè)問題。

同學(xué)們先思考，再交流、討論，回答

教師引導(dǎo)：橢圓運(yùn)動(dòng)——曲線運(yùn)動(dòng)——運(yùn)動(dòng)方向在變化——力——什么力？

教師總結(jié)：對(duì)同學(xué)們剛才思考、回答的這個(gè)問題，歷史上很多科學(xué)家先后對(duì)此進(jìn)行了研究。（結(jié)合幻燈片介紹歷史上一些科學(xué)家的觀點(diǎn)）

伽利略：一切物體都有合并的趨勢(shì)，這種趨勢(shì)導(dǎo)致物體做圓周運(yùn)動(dòng)。