《太阳与行星间的引力》的教学设计.doc

《太阳与行星间的引力》的教学设计●教学环节1.发现问题;2.确定引力存在;3.探究太阳对行星引力大小;4.探究行星对太阳引力大小;5.探究行星与太阳之间的引力大小;6.总结●教学的难点一是如何通过师生互动帮助学生用已有知识自主探究出三种引力的大小让学生心服口服地接受得出的结论感受到结论的得出是一种思维的必然而不是偶然;让学生充分体会逻辑推理的重要作用享受逻辑推理之美。二是在学生自主探究过程中如何在适当的时候适当介绍前人(当然主要是牛顿)在当时的观点和思维过程让学生充分体会科学研究的方法感受伟人们深邃的洞察力超前的意识学习大家的研究风范。●关于发现问题环节的教学建议采用复习开普勒定律后提问的方法：是什么原因导致行星绕太阳做如此和谐且有规律的运动呢?这是一种被广泛采用的引入新课的方法他符合人们的思维习惯知其然而问其所以然是人类一种本能因此建议采用此法引入新课。另外为了增加感性认识也可以播放行星椭圆运动的动画。●关于确定引力存在环节的教学建议教师让学生猜想是什么原因并根据自己已有的知识和经验初步说出理由。由于天体之间存在引力基本上已经成为一种大众化的常识因此学生基本上都可以回答出是引力甚至说出是万有引力因此重点不在这个结果上而在学生能否说出他的根据而且是有严密逻辑顺序的根据。经过若干个学生的发言、补充后教师组织学生理出逻辑顺序：椭圆运动(至少速度变方向)→变速运动→加速度(由牛顿第二定律)→合外力→引力(这个逻辑顺序可以由投影出示)教师评价：大家之所以能顺利地确定引力存在是由于我们所处的时代是由于上一章我们学过的圆周运动的知识你知道几百年前科学刚刚萌芽发展的时代科学家们(不是一般民众)怎样回答的这个问题吗?教师简单介绍开普勒、笛卡儿、胡克、哈雷、牛顿等人的观点其中开普勒认为是太阳发出的磁力;笛卡儿认为是流质涡旋带动;胡克、哈雷认为是太阳引力甚至证明了如果行星轨道是圆形的引力大小跟轨道半径的平方成反比(但对于椭圆轨道他们无法证明);牛顿支持胡克、哈雷的观点而且对椭圆轨道也做了严格的证明。(有条件可以做成一个短片播放流质涡旋带动可以以一个水的漩涡形象替代)教师评价：由于流质涡旋带动符合人们的生活经验所以当时被广泛接受甚至牛顿都是在信仰这种学说中长大的因此牛顿敢于坚持引力说是需要很大的勇气的。当然这种勇气也来自他广泛汲取的别人的成就包括欧几里得数学阿基米德静力学开普勒定律伽利略运动理论和实验结果惯性概念惠更斯的向心力等来自于他的研究思考成果：后来出版的《自然哲学的数学原理》的初步理论。(介绍这样一个历史背景的目的一是让学生体会现在我们认为很简单的知识在历史上的发现过程不是一蹴而就的是经过长时间甚至几代人的努力的可以说它不是一个人的功绩。二是让学生体会牛顿之伟大来自于其天才更来自于他广泛吸取别人的成就的勤奋。对学生进行励志教育。如果时间紧迫此部分内容可略去)●关于探究太阳对行星引力大小环节的教学建议教师先让学生猜一猜这个引力大小跟什么有关?不说根据。学生能猜出距离、二者质量但很可能也会说出行星周期、线速度、角速度等。教师不做点评只说我们需要用理论验证。(学生可能知道万有引力但知道万有引力大小与什么有关的应该很少因此此处的猜测有意义)教师提问：请用我们学过的知识提供一种验证思路：让学生讨论出：由运动情况(通过运动学公式)→加速度(通过牛顿第二定律)→受力情况(以上可以投影出)教师介绍：在牛顿所处时代行星的运动情况观测资料已经相当丰富因此得出行星受到的引力的表达式是可能的但是运动轨迹椭圆难倒了胡克、哈雷等也使牛顿困惑了许多年直到他用自己发明的微积分解决了问题(历史上是否如此呢?缺乏考证)。我们不会微积分因此我们研究不了椭圆但是多数行星的轨道十分接近圆因此我们现在就通过圆轨道用刚才的思路导出太阳对行星引力的表达式验证我们的猜测同时再现牛顿当时的思维过程。教师提问：行星轨道按圆处理开普勒定律怎样表述?(投影出答案)提问：若已知某行星匀速圆周运动轨道半径为r线速度为v质量为m行则它需要的向心力多大?F需向=m行引导：天文观测能直接得到行星的线速度吗?能直接观测出什么?怎样变化刚才的公式?将代入得F需向=引导：这是行星需要的向心力我们要求的是太阳对行星的引力这两个力有关系吗?F太阳对行星=F需向=引导：从上一章我们就知道需要的向心力和提供的力是不一定相等的否则也就不会有离心运动、向心运动了因此太阳对行星的引力大小应该与行星的周期是无关的仅与两个星球本身情况有关即以上得到的仅是太阳对行星的引力计算式而不是决定式(正象密度的计算式一样)(或举例：光滑水平面上用轻弹簧拴住一个质量为m的小球做匀速圆周运动轨道半