高中物理-太陽與行星間的引力教學(xué)設(shè)計學(xué)情分析教材分析課后反思

太陽與行星間的引力---課標(biāo)分析(單位：作者：)課標(biāo)要求：通過有關(guān)史實了解萬有引力的發(fā)現(xiàn)過程。課標(biāo)分析：萬有引力的發(fā)現(xiàn)過程猶如一部壯麗的科學(xué)史詩，它歌頌了前輩科學(xué)家的科學(xué)精神，也展現(xiàn)了科學(xué)發(fā)展過程中科學(xué)家們富有創(chuàng)造而又嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維，是發(fā)展學(xué)生思維能力難得的好材料。教科書在尊重歷史事實的前提下，通過邏輯思維的鋪墊，讓學(xué)生以自己現(xiàn)有的知識基礎(chǔ)出于歷史的背景下，經(jīng)歷一次自己“發(fā)現(xiàn)”萬有引力定律的過程。太陽與行星間的引力---教材分析(單位：作者：)從行星運動規(guī)律到萬有引力定律的建立過程，是本章的重要內(nèi)容，是極好的科學(xué)探究過程教育素材。從行星運動規(guī)律與萬有引力定律兩節(jié)內(nèi)容之間安排本屆內(nèi)容，是為了更突出發(fā)現(xiàn)萬有引力的這個科學(xué)過程。如果說上一節(jié)內(nèi)容是從運動學(xué)角度來描述行星運動的話，那么，本節(jié)內(nèi)容是從動力學(xué)角度來研究行星運動的，研究過程是依據(jù)已有規(guī)律進(jìn)行的演繹推理的過程。這節(jié)內(nèi)容與下一節(jié)內(nèi)容結(jié)合起來應(yīng)該說是一個比較完整的探究過程，從問題的提出、猜想與假設(shè)、演繹與推理、結(jié)論的得出、檢驗論證等，這樣更有利于學(xué)生形成完整的探究過程。太陽與行星間的引力---學(xué)情分析(單位：作者：)在學(xué)習(xí)太陽對行星的引力之前，學(xué)生已經(jīng)對力、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動、拋體運動和圓周運動等運動學(xué)規(guī)律，能熟練運用牛頓運動定律解決動力學(xué)問題。第一節(jié)又學(xué)習(xí)了關(guān)于行星運動的開普勒三大定律，學(xué)生已經(jīng)具備深入學(xué)習(xí)和探究行星運動的本質(zhì)問題。所以在推導(dǎo)太陽與行星運動規(guī)律時，教師可以要求學(xué)生自主地運用原有已經(jīng)的知識進(jìn)行推導(dǎo)，并要求說明每一步推理的理論依據(jù)是什么，但對于牛頓發(fā)現(xiàn)引力過程中的科學(xué)智慧學(xué)生理解不到位，教師可在難點問題上做適當(dāng)?shù)狞c撥。2016·高中物理“一師一優(yōu)課”展評·教案§6.2太陽與行星間的引力·《太陽與行星間的引力》教學(xué)設(shè)計【教學(xué)目標(biāo)】一、知識與技能

1.知道行星繞太陽運動的原因，知道太陽與行星間存在著引力作用

2.知道行星繞太陽做圓周運動向心力來源

3.知道太陽與行星間的引力的方向和表達(dá)式二、過程與方法

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

2．體會推導(dǎo)過程中的數(shù)量關(guān)系三、情感、態(tài)度與價值觀

經(jīng)歷太陽與行星間的引力關(guān)系的推導(dǎo)過程，領(lǐng)會將不易測量的物理量轉(zhuǎn)化為易測量物理量的方法

【教學(xué)重點】

根據(jù)開普勒行星運動定律和牛頓第三定律推導(dǎo)出太陽與行星間的引力公式，掌握推導(dǎo)出的引力公式．

【教學(xué)難點】

一是如何通過師生互動幫助學(xué)生用已有知識探究出引力的大小，讓學(xué)生心服口服地接受得出的結(jié)論，感受到結(jié)論的得出是一種思維的必然，而不是偶然；讓學(xué)生充分體會邏輯推理的重要作用，享受邏輯推理之美。二是在學(xué)生自主探究過程中如何在適當(dāng)?shù)臅r候適當(dāng)介紹前人（當(dāng)然主要是牛頓）在當(dāng)時的觀點和思維過程，讓學(xué)生充分體會科學(xué)研究的方法，感受偉人們深邃的洞察力，超前的意識，學(xué)習(xí)大家的研究風(fēng)范。

【教學(xué)環(huán)節(jié)】1．情景展現(xiàn)，提出問題------------為什么實驗演示，猜想假設(shè)-----------存在性1．情景展現(xiàn)，提出問題------------為什么實驗演示，猜想假設(shè)-----------存在性科學(xué)探究，理論推導(dǎo)-----------決定因素（1）探究太陽對行星引力大?。?/p>

（2）探究行星對太陽引力大小；

4.歸納總結(jié)，理解加深-------行星與太陽之間的引力大小

5.規(guī)律應(yīng)用，當(dāng)堂檢測-------規(guī)律應(yīng)用6.自我總結(jié)，深化理解----------理論升華【教學(xué)活動】情景展現(xiàn)，構(gòu)建模型，提出問題運用問題構(gòu)建探究主題，激發(fā)探究熱情【提問】觀察行星的運動，回憶行星的運動規(guī)律。【建?！繖E圓軌道十分接近圓，所以高中階段行星繞太陽運動可看成是勻速圓周運動?！締栴}】是什么原因使行星會繞太陽做勻速圓周運動？

課題引入

§6.2太陽與行星間的引力

展示目標(biāo)

學(xué)習(xí)目標(biāo)展示猜想假設(shè)，模型構(gòu)建利用問題串，引導(dǎo)學(xué)生確立探究方法，簡化物理模型?！締栴}1】：什么原因使行星繞太陽做如此和諧而有規(guī)律的運動呢？生：力【問題2】：你知道幾百年前的科學(xué)家是怎么回答這個問題的嗎？【展示】科學(xué)家研究的情況師：胡克、哈雷、牛頓的觀點更接近事實，今天我們就追尋牛頓的足跡，探究太陽與行星間的引力。【問題3】：太陽與行星間的引力F由哪些因素決定？你能猜猜這個引力的大小跟什么有關(guān)嗎？科學(xué)探究，驗證猜想構(gòu)建有效問題串，引導(dǎo)學(xué)生主動探究

探究一、太陽對行星的引力

【問題4】：按牛頓的觀點（假設(shè)），太陽對行星的引力應(yīng)當(dāng)?shù)扔谧鰣A周運動的向心力，我們能否用描述圓周運動特征物理量來表達(dá)引力的大小是多少？生：（書寫）向心力公式【問題5】：在天文觀測中哪個物理量更容易測量？生：含周期的關(guān)系【問題6】：從表達(dá)式看，F(xiàn)與r成正比，而胡克說“F與r2成反比”，問題出在哪兒？師：F與周期T是否有關(guān)？先思考一個類似的問題：在在光滑的水平面上，小球在彈性繩的拉力作用下做勻速圓周運動，彈性繩的拉力與周期有關(guān)嗎？生：彈性繩的拉力F=kx,與小球的運動狀態(tài)無關(guān)?！締栴}7】：引力也是某種性質(zhì)力，大小也應(yīng)與行星的周期無關(guān)，僅與星球本身有關(guān)，但是如何消去T呢？生：開普勒第三定律，演繹與推理：學(xué)生推導(dǎo)【問題8】：在這個式子中，能否說太陽對行星的引力？為什么？生：可以（類比數(shù)學(xué)）【問題9】：這個常數(shù)k與什么有關(guān)？生：太陽這表明：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。

探究二、行星對太陽的引力

【問題10】：太陽對行星有引力，那么行星對的太陽是否也有引力？生：有（牛頓第三定律）【問題11】：如果太陽不存在了，引力還存在嗎？生：不存在了師：表明太陽對行星的引力不僅與行星質(zhì)量有關(guān)，還與什么有關(guān)？【問題11】：如果在太陽的位置上在放一個太陽？引力會怎么樣呢？【閱讀】教材38頁，找出引力大小的相關(guān)因素？理論依據(jù)是什么？【假設(shè)】：從太陽與行星相互作用的角度來看，太陽和行星的地位是相同的。

生：（方向指向行星）歸納總結(jié)，理解加深構(gòu)建有效問題串，引導(dǎo)學(xué)生歸納，太陽與行星之間的引力大小

【問題11】：現(xiàn)在我們來歸納一下與太陽、行星間的引力有關(guān)的因素有哪些。生：太陽質(zhì)量、行星質(zhì)量、以及兩者距離的關(guān)系式?！締栴}12】：既然太陽對行星的引力與行星對太陽的引力是一對作用力與反作用力，二者同性質(zhì)且等大，那么它們的大小應(yīng)該是相同的表達(dá)式，在太陽質(zhì)量M一定時，和在行星質(zhì)量m一定時，應(yīng)該能合二為一，你能辦到嗎？生：由和得，寫成等式即：（幾點說明：各個符號的物理意義，方向，適用條件）五、規(guī)律應(yīng)用，當(dāng)堂檢測

【例】(多選)(2015·高一檢測)根據(jù)開普勒關(guān)于行星運動的規(guī)律和圓周運動的知識知：太陽對行星的引力，行星對太陽的引力，其中M、m、r分別為太陽、行星質(zhì)量和太陽與行星間的距離，下列說法正確的是(BD)A.由和，F(xiàn)∶F′=m∶MB.F和F′大小相等，是作用力與反作用力C.F和F′大小相等，是同一個力D.太陽對行星的引力提供行星繞太陽做圓周運動的向心力

【檢測題】

1．下面關(guān)于太陽對行星的引力說法中正確的是（

）

A．太陽對行星的引力提供了行星做勻速圓周運動的向心力

B．太陽對行星的引力大小與行星的質(zhì)量成正比，與行星和太陽間的距離成反比

C．太陽對行星的引力是由實驗得出的

D．太陽對行星的引力規(guī)律是由開普勒行星運行定律和行星繞太陽做勻速圓周運動的規(guī)律推導(dǎo)出來的

2．下列關(guān)于行星對太陽的引力的說法中正確的是（

）

A．行星對太陽的引力與太陽對行星的引力是同一性質(zhì)的力

B．行星對太陽的引力與太陽的質(zhì)量成正比，與行星的質(zhì)量無關(guān)

C．太陽對行星的引力大于行星對太陽的引力

D．行星對太陽的引力大小與太陽的質(zhì)量成正比，與行星距太陽的距離成反比

3．關(guān)于太陽與行星間的引力，下列說法中正確的是（

）

A．太陽對行星的引力與行星對太陽的引力是一對平衡力

B．太陽對行星的引力與行星對太陽的引力是作用力與反作用力的關(guān)系

C．太陽與行星間的引力大小與太陽的質(zhì)量、行星的質(zhì)量成正比，與兩者的距離的平方成反比

D．以上說法均不對六、自我總結(jié)，深化理解從這節(jié)課的探究過程看，我們站在了開普勒和牛頓等巨人的肩膀上，用自己的手和腦找到了太陽與行星間引力的規(guī)律，更重要的是我們還用到了很多探究問題的方法。1.在推導(dǎo)太陽與行星間引力的過程中用到了哪些科學(xué)方法？（1）行星繞太陽做勻速圓周運動，用到了建模的方法；（2）探究太陽對行星的引力時，用到了分析與推理的方法；（3）探究行星對太陽的引力時，用到了類比的方法；（4）得出太陽與行星間的引力規(guī)律時，用到了歸納的方法。2.在推導(dǎo)太陽與行星間引力的過程中做了哪些簡化與假設(shè)？（1）行星繞太陽做勻速圓周運動；（2）行星繞太陽做勻速圓周運動的向心力是由太陽與行星間的引力提供的；（3）從太陽與行星間相互作用來看，兩者的地位是相同的。這種假設(shè)使得太陽與行星間的引力表達(dá)式簡潔，這正是物理所追求的。在這種假設(shè)下得到的規(guī)律是否正確仍是個未知數(shù)，需要實踐的檢驗，牛頓并未止步，下節(jié)課我們繼續(xù)尋著牛頓的足跡邁進(jìn)。太陽與行星間的引力---評測練習(xí)(單位：作者：)1．關(guān)于太陽對行星的引力，下列說法中正確的是()A．太陽對行星的引力提供行星做勻速圓周運動的向心力，因此有F引＝meq\f(v2,r)，由此可知，太陽對行星的引力F引與太陽到行星的距離r成反比B．太陽對行星的引力提供行星繞太陽運動的向心力，因此有F引＝meq\f(v2,r)，由此可知，太陽對行星的引力F引與行星運行速度的二次方成正比C．太陽對不同行星的引力，與行星的質(zhì)量成正比，與行星和太陽間的距離的二次方成反比D．以上說法均不對2．下面關(guān)于行星對太陽的引力的說法中正確的是()A．行星對太陽的引力和太陽對行星的引力是同一性質(zhì)的力B．行星對太陽的引力與太陽的質(zhì)量成正比，與行星的質(zhì)量無關(guān)C．太陽對行星的引力大于行星對太陽的引力D．行星對太陽的引力大小與太陽的質(zhì)量成正比，與行星距太陽的距離成反比3．太陽對行星的引力F與行星對太陽的引力F′大小相等，其依據(jù)是()A．牛頓第一定律 B．牛頓第二定律C．牛頓第三定律 D．開普勒第三定律4．關(guān)于太陽與行星間引力F＝eq\f(GMm,r2)，下列說法中正確的是()A．公式中的G是引力常量，是人為規(guī)定的B．這一規(guī)律可適用于任何兩物體間的引力C．太陽與行星間的引力是一對平衡力D．檢驗這一規(guī)律是否適用于其他天體的方法是比較觀測結(jié)果與推理結(jié)果的吻合性5．已知木星質(zhì)量大約是地球質(zhì)量的320倍，木星繞日運行軌道的半徑大約是地球繞日運行軌道半徑的5.2倍，試求太陽對木星和對地球引力大小之比．6.2太陽與行星間的引力評測練習(xí)參考答案1．C由向心力表達(dá)式F＝mv2/r和v與T的關(guān)系式v＝2πr/T得F＝4π2mr/T2 ①根據(jù)開普勒第三定律r3/T2＝k變形得T2＝r3/k ②聯(lián)立①②有F＝4π2k·m/r2故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．C物體間力的作用是相互的，作用力和反作用力大小相等，方向相反，作用在同一條直線上，所以依據(jù)是牛頓第三定律．3．BDG值是由物體間存在的萬有引力的性質(zhì)決定的，而不是人為規(guī)定的，故A錯誤；萬有引力公式適用于任意兩物體間的引力作用，故B正確；太陽與行星之間的引力是一對作用力和反作用力，而不是一對平衡力，故C錯誤；理論推理的結(jié)果是否正確，要看根據(jù)理論推出的結(jié)果是否與觀察的結(jié)果相吻合，故D正確．4．C行星所受太陽的引力提供行星繞太陽做勻速圓周運動的向心力，由公式F＝eq\f(mv2,r)，又v＝eq\f(2πr,T)，結(jié)合T2＝eq\f(r3,k)可得F＝keq\f(4π2m,r2)，故C正確，A錯誤；不同行星所受太陽的引力由太陽、行星的質(zhì)量和行星與太陽間的距離決定，故B、D錯誤．5．11.8∶1解析設(shè)地球質(zhì)量為m，則木星質(zhì)量為320m，設(shè)地球繞日運行軌道半徑為r，則木星繞日運行軌道半徑為5.2r，則有：太陽對地球的引力：F1＝eq\f(GMm,r2)太陽對木星的引力：F2＝eq\f(GM320m,(5.2r)2)因此引力大小之比為eq\f(F2,F1)＝eq\f(320,5.22)≈eq\f(11.8,1)學(xué)生當(dāng)堂學(xué)習(xí)效果評測結(jié)果及分析(單位：作者：)通過課內(nèi)觀察和課后學(xué)生評測練習(xí)的反映，這節(jié)課的教學(xué)效果明顯，三維目標(biāo)達(dá)成度高。其一，學(xué)生能在老師的引領(lǐng)下利用問題進(jìn)行情景構(gòu)建、模型建立、主動探究、歸納總結(jié)，在問題引領(lǐng)下思維被充分調(diào)動，學(xué)習(xí)熱情空前高漲，學(xué)生的思維能力、思維方法、創(chuàng)新能力、創(chuàng)新意識、創(chuàng)新精神不斷得到鍛煉和增強(qiáng)，既有效突破教學(xué)的難點又逐漸從“學(xué)會”走向“會學(xué)”。其二，從評測結(jié)果看，學(xué)生能掌握太陽對行星間引力的推導(dǎo)依據(jù)，能通過牛頓運動定律總結(jié)得出太陽與行星間引力的表達(dá)式，能夠利用得到的引力公式進(jìn)行。太陽與行星間的引力---評課記錄聽課教師：高尚啟1．本節(jié)課的教學(xué)按兩條線索展開，思路清晰。明線是引導(dǎo)學(xué)生在解決了行星運動的運動學(xué)問題的基礎(chǔ)上探索解決行星運動的動力學(xué)問題，促使學(xué)生拓展性地運用前面已學(xué)的圓周運動等力學(xué)知識解決天體運動；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，從而體現(xiàn)科學(xué)探究的方法。2．教師通過啟發(fā)式的設(shè)問，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)。課堂結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，環(huán)環(huán)相扣，目標(biāo)明確，點撥適時到位，課堂效率高。3．重點突出，難點突破得法，關(guān)鍵環(huán)節(jié)處理恰到好處。在得出“太陽對行星的引力提供行星做勻速圓周運動的向心力”之后，教師提出“能否用行星運動的特征物理量把太陽對行星的引力大小表達(dá)出來？”，讓學(xué)生分析對比后得出合理的表達(dá)式；在為什么要消去周期T的問題上，王老師沒有采用教材中“不同行星的公轉(zhuǎn)周期是不同的，所以要設(shè)法消去T”的辦法，而是引導(dǎo)學(xué)生思考討論“力是決定物體運動的本質(zhì)條件，而周期是行星運動的表象特征，雖然表象特征能反映力的大小，但它不決定力的大小，那么能否用更接近本質(zhì)特征的物理量把周期T代換下來？”，這樣處理更符合課標(biāo)要求和由運動學(xué)到動力學(xué)的探究思路。4．在課堂小結(jié)環(huán)節(jié)，王老師提出：在探究過程中，有哪些地方采用了“猜想與假設(shè)”？這些“猜想與假設(shè)”有沒有事實依據(jù)？通過討論分析，讓學(xué)生體會在科學(xué)規(guī)律發(fā)現(xiàn)過程中猜想的重要性，展現(xiàn)牛頓的科學(xué)智慧，同時引出下節(jié)課要解決的問題——如何檢驗是正確的。5．加強(qiáng)與學(xué)生的溝通交流，及時鼓勵學(xué)生，讓學(xué)生積極參與課堂教學(xué)，突出學(xué)生的主體地位。聽課老師：劉慶領(lǐng)1.本節(jié)課王