【優(yōu)教通-備課參考】2020年高中物理教學(xué)設(shè)計(jì)：6.2《太陽(yáng)與行星間的引力》5(人教版必修2)

第2節(jié)太陽(yáng)與行星間的引力新課教學(xué)老師活動(dòng)同學(xué)活動(dòng)點(diǎn)評(píng)講授新課呈現(xiàn)、提問(wèn)、對(duì)話：歷史上關(guān)于行星運(yùn)動(dòng)緣由的猜想（文本）。歷史上的這些猜想所針對(duì)的問(wèn)題是什么？假如我們依據(jù)自己已有學(xué)問(wèn)和閱歷，會(huì)作出怎樣的猜想呢？能解釋自己的猜想嗎？講解、質(zhì)疑、提問(wèn)：這些問(wèn)題的實(shí)質(zhì)是什么呢？就是我們?cè)趯W(xué)習(xí)牛頓運(yùn)動(dòng)定律的時(shí)候運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決問(wèn)題的兩類基本問(wèn)題中的一類。是哪一類問(wèn)題？如何解決這類問(wèn)題？同學(xué)們能解決這些問(wèn)題嗎？啟發(fā)、引導(dǎo)、對(duì)話：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？引導(dǎo)、指導(dǎo)、對(duì)話：既然把行星繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化為圓周運(yùn)動(dòng)。那么行星繞太陽(yáng)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？引導(dǎo)、指導(dǎo)、對(duì)話：行星繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)需要力嗎？為什么？需要的向心力由什么力供應(yīng)呢？引導(dǎo)、指導(dǎo)、對(duì)話：如何求太陽(yáng)對(duì)行星的引力？如何求需要的向心力？選擇什么公式？請(qǐng)同學(xué)們?cè)诓莞灞旧狭惺浇獯?。講解、呈現(xiàn)（板書）：（1）太陽(yáng)對(duì)行星的引力①行星繞太陽(yáng)的橢圓運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化為圓周運(yùn)動(dòng)，依據(jù)開普勒第一、其次定律，行星以太陽(yáng)為圓心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，行星繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)需要的向心力由太陽(yáng)對(duì)行星的引力供應(yīng)，則引導(dǎo)、指導(dǎo)、對(duì)話：一般的，天文觀測(cè)能直接得到行星運(yùn)動(dòng)的線速度嗎？選擇什么公式實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)代換？請(qǐng)同學(xué)們?cè)诓莞灞旧狭惺浇獯稹Ｖv解、呈現(xiàn)（板書）：②一般的，天文觀測(cè)得到行星公轉(zhuǎn)的周期，則得引導(dǎo)、指導(dǎo)、對(duì)話：就供需關(guān)系來(lái)說(shuō)，引力跟太陽(yáng)與行星間的距離關(guān)系中是否應(yīng)當(dāng)毀滅行星的公轉(zhuǎn)周期？選擇什么公式實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)代換？請(qǐng)同學(xué)們?cè)诓莞灞旧狭惺浇獯?。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(yáng)與行星間的距離關(guān)系的表達(dá)式中不應(yīng)毀滅周期，依據(jù)開普勒第三定律，得引導(dǎo)、指導(dǎo)、對(duì)話：上式有何物理意義呢？如何對(duì)上式做物理簡(jiǎn)化？講解、呈現(xiàn)（板書）：④在上式中，等號(hào)右邊除了、以外，其余都是常量，對(duì)任何行星來(lái)說(shuō)都是相同的。則物理意義：太陽(yáng)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(yáng)間距離的二次方成反比。引導(dǎo)、指導(dǎo)、對(duì)話：太陽(yáng)對(duì)行星的引力的施力物體和受力物體各是什么？依據(jù)牛頓第三定律，類比上式，如何寫出行星對(duì)太陽(yáng)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(duì)太陽(yáng)的引力就太陽(yáng)對(duì)行星的引力來(lái)說(shuō)，行星是受力物體，因而可以說(shuō)，上式引力與受力星體的質(zhì)量成正比。依據(jù)牛頓第三定律，就行星對(duì)太陽(yáng)的引力來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)是受力星體，則物理意義：不同行星對(duì)太陽(yáng)的引力，與太陽(yáng)的質(zhì)量成正比，與行星和太陽(yáng)間距離的二次方成反比。引導(dǎo)、指導(dǎo)、對(duì)話：依據(jù)牛頓第三定律，作用力與反作用力有哪些關(guān)系？對(duì)兩個(gè)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(yáng)與行星間的引力依據(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(yáng)與行星間引力的大小，與太陽(yáng)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(yáng)、行星都沒(méi)有關(guān)系。太陽(yáng)與行星間引力的方向沿著二者的連線。太陽(yáng)對(duì)行星的引力與行星對(duì)太陽(yáng)的引力大小相等（動(dòng)畫）。小結(jié)、對(duì)話：上面，我們用自己的手和腦，得到了太陽(yáng)與行星間的引力公式。我們回顧一下我們解決的問(wèn)題和預(yù)期目標(biāo)，以及達(dá)成預(yù)期目標(biāo)過(guò)程中的每一步的爭(zhēng)辯對(duì)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(yáng)的橢圓運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化為勻速圓周運(yùn)動(dòng)……；其次，我們?nèi)颊J(rèn)為行星繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)需要向心力，這個(gè)向心力是由太陽(yáng)對(duì)行星的引力供應(yīng)的……；其三，我們預(yù)期太陽(yáng)對(duì)行星的引力與太陽(yáng)到行星的距離有關(guān)，期望通過(guò)行星繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)需要的向心力求出這個(gè)引力，通過(guò)兩次數(shù)學(xué)代換得到了太陽(yáng)對(duì)行星的引力與太陽(yáng)到行星的距離相關(guān)的數(shù)學(xué)表達(dá)式……；其四，通過(guò)類比得到了行星對(duì)太陽(yáng)的引力與太陽(yáng)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(yáng)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(shuō)他是站在巨人的肩膀上發(fā)覺了這個(gè)公式。下面我們來(lái)看一看牛頓發(fā)覺這個(gè)公式的幾個(gè)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)間的蘋果樹下深思1（圖片、文本）。前人和牛頓關(guān)于太陽(yáng)與行星間引力問(wèn)題的思考及貢獻(xiàn)（文本）。在1665年，具有超群的數(shù)學(xué)才能的牛頓，依據(jù)自己獨(dú)特的思路推導(dǎo)得出了模糊不清的行星繞太陽(yáng)做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，太陽(yáng)對(duì)行星的引力與距離平方成反比的數(shù)學(xué)關(guān)系式，但沒(méi)有弄清圓周運(yùn)動(dòng)確定需要這種力，也沒(méi)有推導(dǎo)得出了行星繞太陽(yáng)做橢圓運(yùn)動(dòng)時(shí)，太陽(yáng)對(duì)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(méi)有生疏到引力的普遍性。在1679年，牛頓在與胡克等人的溝通中，漸漸清楚圓周運(yùn)動(dòng)確定需要太陽(yáng)對(duì)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(yáng)做橢圓運(yùn)動(dòng)時(shí)，太陽(yáng)對(duì)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(méi)有生疏到引力的普遍性。在1687年，在哈雷的鼓舞和資助下，發(fā)表了傳世之作——《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》，最終領(lǐng)悟了萬(wàn)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(dòng)定律為基礎(chǔ)的經(jīng)典力學(xué)體系?！喿x、對(duì)話、溝通：行星在橢圓軌道上運(yùn)動(dòng)是否需要力？假如需要力，這個(gè)力是什么力供應(yīng)的？這個(gè)力是多大？需要，太陽(yáng)對(duì)行星的引力，橢圓運(yùn)動(dòng)是曲線運(yùn)動(dòng)，是變速運(yùn)動(dòng)，依據(jù)牛頓第確定律，要受到外力。大小跟太陽(yáng)與行星間的距離有關(guān)。聽講、談?wù)?、回答：已知運(yùn)動(dòng)狀況求解受力問(wèn)題。依據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求出加速度，依據(jù)牛頓其次定律求出力。聽講、談?wù)摚汉?jiǎn)化問(wèn)題，先解決簡(jiǎn)潔問(wèn)題。圓周運(yùn)動(dòng)。爭(zhēng)辯、回答、溝通：可以，依據(jù)開普勒行星運(yùn)動(dòng)第確定律和其次定律并做解釋。爭(zhēng)辯、回答：需要，勻速圓周運(yùn)動(dòng)是速度方向時(shí)刻在變化的變速運(yùn)動(dòng)，需要有向心力。需要的向心力由太陽(yáng)對(duì)行星的引力供應(yīng)。思考、對(duì)話、解答：依據(jù)牛頓其次定律，太陽(yáng)對(duì)行星的引力供應(yīng)行星繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)需要的向心力。記筆記。思考、對(duì)話、解答：不是，一般的，天文觀測(cè)直接得到的是行星運(yùn)動(dòng)的周期。。記筆記。思考、對(duì)話、解答：不應(yīng)當(dāng)，需要的向心力與行星公轉(zhuǎn)的周期有關(guān)，供應(yīng)的向心力應(yīng)當(dāng)與天體本身的因素有關(guān)。記筆記。思考、對(duì)話、解答：等號(hào)右邊除了、以外，其余都是常量，對(duì)任何行星來(lái)說(shuō)都是相同的。物理意義：太陽(yáng)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(yáng)間距離的二次方成反比。記筆記。思考、對(duì)話、解答：太陽(yáng)和行星。物理意義：不同行星對(duì)太陽(yáng)的引力，與太陽(yáng)的質(zhì)量成正比，與行星和太陽(yáng)間距離的二次方成反比。記筆記。思考、對(duì)話、解答：性質(zhì)、大小、方向、作用線等。物理意義：太陽(yáng)與行星間引力的大小，與太陽(yáng)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、談?wù)摗?duì)話、溝通。觀看、談?wù)摗贤?。供?yīng)材料、創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，閱讀提取信息，明確問(wèn)題。了解關(guān)于行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的不同觀點(diǎn)和引力思想形成的歷程。提取相關(guān)學(xué)問(wèn)，促進(jìn)意義學(xué)習(xí)。假猶如學(xué)回答不全面，老師要補(bǔ)充和小結(jié)。副板書：引力大?。‵）跟太陽(yáng)與行星間的距離（r）有關(guān)。質(zhì)疑激勵(lì)，明確問(wèn)題實(shí)質(zhì)，探求解決問(wèn)題的思路。對(duì)話溝通，探求解決問(wèn)題的方法。對(duì)話溝通，促使同學(xué)清楚知道推理的每一步證據(jù)、結(jié)論及其規(guī)律關(guān)系。同學(xué)往往對(duì)證據(jù)及其與結(jié)論的規(guī)律關(guān)系思考與表達(dá)有困難，需要老師的引導(dǎo)，生生溝通。對(duì)話溝通，促使同學(xué)清楚知道推理的每一步證據(jù)、結(jié)論及其規(guī)律關(guān)系。同學(xué)一般都能回答，但對(duì)速度方向變化需要向心力的對(duì)應(yīng)關(guān)系和向心力的供需關(guān)系不夠明確。對(duì)話溝通，促使同學(xué)清楚知道推理的每一步證據(jù)、結(jié)論及其規(guī)律關(guān)系。同學(xué)一般都能回答，但對(duì)公式的選擇各不同。老師巡回指導(dǎo)。給出示范。對(duì)話溝通，促使同學(xué)清楚知道推理的每一步證據(jù)、結(jié)論及其規(guī)律關(guān)系。同學(xué)一般都能回答。老師巡回指導(dǎo)。給出示范。對(duì)話溝通，促使同學(xué)清楚知道推理的每一步證據(jù)、結(jié)論及其規(guī)律關(guān)系。同學(xué)一般不能回答，需要老師引導(dǎo)。老師巡回指導(dǎo)。給出示范。對(duì)話溝通，促使同學(xué)反思數(shù)學(xué)結(jié)論的物理意義及其反思方法。同學(xué)一般不習(xí)慣，需要老師反復(fù)引導(dǎo)。給出示范。對(duì)話溝通，促使同學(xué)類比寫出行星對(duì)太陽(yáng)的引力的表達(dá)式。同學(xué)一般不習(xí)慣，需要老師反復(fù)引導(dǎo)并指出這個(gè)式子不是牛頓第三定律的必定結(jié)論。領(lǐng)悟自然界的奇異與和諧，蘊(yùn)涵其中的規(guī)律之簡(jiǎn)潔。給出示范。對(duì)話溝通，促使同學(xué)類比寫出太陽(yáng)與行星間引力的表達(dá)式。同學(xué)一般能說(shuō)出一些關(guān)系，但不全面，需要老師補(bǔ)充。給出示范?？偨Y(jié)推導(dǎo)步驟。對(duì)話中要反思爭(zhēng)辯對(duì)象、物理模型和數(shù)學(xué)工具。承上啟下，了解牛頓得到太陽(yáng)與行星間的引力與其它學(xué)科之間的聯(lián)系。生疏科學(xué)探究中溝通和獨(dú)創(chuàng)的意義。生疏物理模型和數(shù)學(xué)工具在物理學(xué)進(jìn)展過(guò)程中的作用。體驗(yàn)探究自然規(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溝通的愿望，和勇于修正錯(cuò)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(yáng)的橢圓運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化為勻速圓周運(yùn)動(dòng)；其次，我們?nèi)颊J(rèn)為行星繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)需要向心力，這個(gè)向心力是由太陽(yáng)對(duì)行星的引力供應(yīng)的；其三，我們預(yù)期太陽(yáng)對(duì)行星的引力與太陽(yáng)到行星的距離有關(guān)，期望通過(guò)行星繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)需要的向心力求出這個(gè)引力，通過(guò)兩次數(shù)學(xué)代換得到了太陽(yáng)對(duì)行星的引力與太陽(yáng)到行星的距離相關(guān)的數(shù)學(xué)表達(dá)式；其四，通過(guò)類比得到了行星對(duì)太陽(yáng)的引力與太陽(yáng)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(yáng)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(méi)有學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)微積分學(xué)問(wèn)（更難說(shuō)能創(chuàng)立微積分）不能推導(dǎo)得出了行星繞太陽(yáng)做橢圓運(yùn)動(dòng)時(shí)，太陽(yáng)對(duì)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)用的物理學(xué)問(wèn)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(shuō)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(dòng)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(yè)問(wèn)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(wèn)題。首先，我們把行星繞太陽(yáng)的橢圓運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化為圓周運(yùn)動(dòng)，為什么可以認(rèn)為是勻速圓周運(yùn)動(dòng)？其次，我們?nèi)颊J(rèn)為行星繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)需要向心力，這個(gè)向心力是由太陽(yáng)對(duì)行星的引力供應(yīng)的，為什么？其三，我們預(yù)期太陽(yáng)對(duì)行星的引力與太陽(yáng)到行星的距離有關(guān)，期望通過(guò)行星繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)需要的向心力求出這個(gè)引力，爭(zhēng)辯對(duì)象是什么？依據(jù)什么規(guī)律列式？列出表達(dá)式。通過(guò)兩次數(shù)學(xué)代換得到了太陽(yáng)對(duì)行星的引力與太陽(yáng)到行星的距離相關(guān)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，代換的緣由或目的是什么？完成代換。作出物理簡(jiǎn)化。其四，通過(guò)類比得到了行星對(duì)太陽(yáng)的引力與太陽(yáng)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(yáng)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(yè)第3節(jié)。板書設(shè)計(jì)2太陽(yáng)與行星間的引力（1）太陽(yáng)對(duì)行星的引力物理意義：太陽(yáng)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(yáng)間距離的二次方成反比。（2）行星對(duì)太陽(yáng)的引力物理意義：不同行星