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1、精品教学教案设计| Excellent teaching plan教师学科教案20 -20学年度第一学期任教学科:任教年级:任教老师:xx市实验学校精品教学教案设计| Excellent teaching plan第七章 万有引力与航天3 万有引力定律一、教学目标1. 知识与技能2. 1 ）了解牛顿发现万有引力定律的两次重大突破及其思考与检验。3. 2 ）了解月球绕地球公转及其对立情形、地球表面附近物体各种运动情形，赤道上物体随地球自转而做匀速圆周运动及其两个极限情形。4. 3 ）知道引力常量的数值及其意义。5. 过程与方法追寻牛顿得出万有引力定律的科学探究过程， 了解物理学的研究方法， 认识
2、科学探究中思考与灵感、合作与交流、理论与实验的意义和作用。6. 情感态度与价值观领略地面上的力学和天上的力学的和谐统一， 蕴涵其中的规律之简洁性和普适性， 发展 对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，体验探索自然规律的艰辛与喜悦。二、设计思路在 1687 年，牛顿出版了巨著自然哲学及其数学原理 ，终于领悟了万有引力的真谛，把地面上的力学和天上的力学统一在一起，形成了以三大运动定律为基础的经典力学体系。这是牛顿第三次研究引力， 得到了哈雷的鼓励和帮助。 为了能在课堂上展现牛顿观念的突破和知识体系的形成， 又能促使学生认识科学探究中思考与灵感、 合作与交流、 理论与实验的意义和作用， 而且
3、领略科学规律的简洁性和普适性， 并发展对科学的好奇心与求知欲， 可以 适时适当补充这些细节。本节课的教学活动和学生活动的安排， 应凸现牛顿发现引力的普遍性， 重点解决两个问题： （ 1）地球与地面物体和月球的引力、太阳与行星间的引力是统一的及其检验； （ 2）任意 两个物体之间都有这样的引力及其检验。三、教学重点、难点1 .教学重点及其教学策略：重点：牛顿发现万有引力定律的两次重大突破。教学策略：通过探究性学习方式，直接地解决问题，地球与地面物体和月球的引力、太阳与行星间的引力是否同一种力；任意两个物体之间是否都有这样的引力。2 .教学难点及其教学策略：难点：领悟物体间的万有引力缺乏感性认识，
4、又无法进行演示实验。教学策略： 把地球对月球引力与太阳对行星引力的类比， 想象并演示如果月球不绕地球公转和在地球上把物体用足够大的速度平抛时的现象等来印证， 加强地球对地面物体有引力这类例子的举证， 对落体加速度和月球公转向心加速度进行验证， 想象如果没有地球引力的现象来反证。四、教学资源1. 宇宙中的太阳系（图片） 。2. 牛顿在乡间的苹果树下沉思2（图片、文本）。3. 月球绕地球公转和停止公转落向地球的模拟（动画） 。4. 地球赤道上物体受力图及其随地球自转而做圆周运动的快慢的变化而变化模拟（动画） 。5. 牛顿在 1687 年（文本） 。6. 卡文迪许扭秤实验（图片、文本）7. 多媒体教
5、学设备。五、教学设计教师活动学生活动点评引入新课呈现、略做讲解、对话：宇宙中 的太阳系（图片）。行星绕太阳公转， 如地球绕太阳公转； 行星自转，如地 球在自转。卫星绕行星公转，如月球 绕地球公转；卫星自转，如月球在自 转。提问：（1）若把地球绕太阳的运 动简化为圆周运动，那么地球绕太阳 的运动可进一步简化为什么运动 吗？为什么？ （ 2）地球绕太阳做匀 速圆周运动需要力吗？为什么？需 要的向心力由什么力提供呢？观看、议论、听讲、对 话。思考、回答：（1）匀速 圆周运动，根据开普勒第 一、第二定律作出解释。（2） 需要，匀速圆周运动是变速 运动，太阳对地球的引力。感受天体系统运 动的和谐统一，激
6、发 学习兴趣和动机。提 供学习情境。以行星绕太阳公 转的一个更熟悉的一 个特例 地球绕太 阳公转为材料，创设 问题情境，暗示分析 和猜想的思路。讲授新课质疑、提问：在地月系中，月球 在绕地球公转，若把月球绕地球的公 转视为匀速圆周运动， 那么，月球绕 地球做匀速圆周运动需要力吗？为 什么？需要的向心力由什么力提供 呢？呈现、演示、提问、指导：月球 绕地球公转的模拟（动画），列式表 达需要的向心力和提供的向心力供 需相等。质疑、引导、对话：假设月球停 止绕地球公转，月球做什么运动？为 什么？思考、议论、回答：需 要，月球绕地球的匀速圆周 运动是变速运动，地球对月 球的引力,且供需相等。观看、列式
7、。M地m月G r（2 、2 mr （）思考、议论、对话、交将地球对月球引力与太阳对地球引力 进行类比，提出问题， 有利于学生猜想。观看动画功利于学生建立清晰的动态提问：地球对苹果有引力，地球对月球有引力，它们是同一种力吗？ 它们与太阳对地球的引力是同一种 力吗？我们能验证吗？强化学生的思呈现、讲解、指导：牛顿在乡间 的苹果树下沉思 2 （图片、文本）。思考、 是同一种力议论、交流：都O考、分析、想象和印牛顿在1687年推导出太阳与行星间 的引力公式后，也深入探索了这个问证。同时，对分析和题，并解决这个问题。请同学们阅读教科书第69页II 70页部分内容。牛阅读、思考。想象有困难的学生提顿是如何
8、验证他和我们的想法的？ 提问、提示、指导：月球绕太阳供了帮助。演示、讲解：月球停止绕地球公 转后的运动模拟（动画）。质疑、引导、对话：假设月球绕 地球公转的线速度减小，月球做什么 运动？为什么？演示、讲解：月球绕地球公转的 线速度减小后的运动模拟（动画）C质疑：在前面曲线运动的学习中 知道，地球表面附近苹果从静止开始 下落做自由落体运动，以水平方向的 初速度抛出后做平抛运动。 请同学们 进一步思考：平抛运动的落地时间由 哪些物理量决定？空中飞行的水平 距离由哪些物理量决定？当初速度 足够大时，苹果还能落到地球上吗？ 这时苹果做什么运动？演示、提问、对话：苹果在地球 表面附近的上述几个运动（动画
9、）。苹果为什么要落回地面？苹果为什 么可以绕地球运动？流：沿直线落向地球，地球 对月球的吸引力的吸引。观看、议论。思考、议论、对话、交 流：沿曲线落向地球，相当 于平抛运动（地球对月球的 吸引力大于需要的向心力 而做向心运动）。观看、议论。思考、议论、交流：高 度，初速度和高度，不能， 绕地球做匀速圆周运动。思考、议论、交流：地 球对苹果有重力或地球对 苹果也有吸引力。图景。列式表达学生 的猜想，暗示后面验 证思路。想象如果月球不绕地球公转，对立地 思考、分析，有利于 相互印证。强化学生的思 考、分析、想象和印 证。同时，对分析和 想象有困难的学生提 供了帮助。全面丰富地思 考、分析、想象，有
10、 利于相互印证。的公转周期是多少（27.3d ） ?月球 绕地球的匀速圆周运动轨道半径是 多少（3.85 X 108m） ?如何求出月球 到地球运动的向心加速度？这个向 心加速度可以看作月球所在处的重 力加速度吗？它是地球表面附近的 重力力口速度的几分之几？月球到地 球的距离和地表附近到地球的距离（6.37 X 106m）的多少倍？这个结论 与根据公式F G 增和牛顿第二r定律计算结果是一致的吗？这些说 明了什么？同学们想象一下如果没 有地球引力的话，我们的周围会是一 幅什么景象？呈现（板书）：3方招引力定律 （1）地球与地面物体和月球的引力、太阳与行星间的引力是统一的及其 检验。引导、提问、
11、对话：既然行星与 太阳之间、地球与月球之间， 以及地 球与地面物体之间具有“与两个物体 的质量成正比，与它们之间距离的二 次方成反比”的吸引力，那么这种吸 引力产生的原因是什么？任意两个 物体之间都有这样的力吗？例如同桌的你和他之间用这种引力吗？但 我们并没有觉察到哇？！讲解：牛顿也认为宇宙中一切物 体间都有这种引力，于是这种引力称 为力招引力，公式 F GJMj21称为r万有引力定律，是科学史上最伟大的 定律之一，1687年发表在牛顿的传 世之作自然哲学的数学原理中。卜面我们来大略的了解一下1687年牛顿第三次研究引力的工作。应答、列式和计算：月 球绕地球做匀速圆周运动 的向心加速度（2 、
12、2a r 1（）c CL “84 3.1423.85 10 2（27.3 86400）2.7 103 m恁亘丝10 3= 1 。g 9.83600由 M地m月/田 G2 m月 a1r1得 a/ g与r1和/1得 a1-21同理g - r2/2.则曳 L，。gr12 3600这可以说明：地球对苹果的 引力，地球对月球的引力， 它们是同一种力，它们与太 阳对地球的引力是同一种 力。笔记。思考、议论、对话、交 流：物体具有质量，宇宙中 一切物体间都有这种引力。听讲，知道什么叫力后 引力，什么叫力后引力定将地球表面附近 物体的运动与月球运 动进行类比，提出问 题，有利于学生猜想。 并为解决地球与地面
13、物体和月球的引力、 太阳与行星间的引力 是统一的问题，创设 问题情境。学生的类比和猜 想的跨跃有一定困 难，老师要鼓励和引 导。如重力是如何产 生的？重力方向（重 力加速度方向）和引 力方向（向心加速度 方向）的关系。学生的类比和猜 想，这时可以水到渠 成。但验证猜想后困 难。寻求验证思路。呈现、略做讲解：牛顿在 1687 年（文本）。1673年惠更斯提出了计 算“向心力”公式，哈雷等人先后从 开普勒第三定律推导出了平方反比 定律。在哈雷、胡克等人的一次聚会 中，他们提出了一个逆向问题：在与距离平方反比力的作用卜物体的运 动轨迹形状是什么？ 1684年8月哈 雷专程去剑桥大学访问了牛顿，向牛顿
14、征询平方反比定律的轨迹问题，对此牛顿立刻回答轨迹是椭圆，但怕出错没有给哈雷看计算过程。不过，牛 顿还是按哈雷的要求重新作了计算， 并将证明寄给了哈雷。 在这篇9页长 的论文论运动中，讨论了在中心 吸引力的作用卜物体运动轨迹的理 论，由此导出了开普勒的三个定律。 但是在此文中，牛顿还有两个关键问 题没有解决，一个是仍然把维持物体 保持原来运动状态的惯性当作固有 力（对应强迫力）；仍称引力为重力， 没有认识到引力的普遍性。牛顿没有就此止步，又用了八九个月的时间写 出了 90多页的论文论物体的运 动，并作为讲义交给剑桥大学图书 馆。解决了两个关键问题，承认了圆 周运动是变速运动，放弃了固有力的 概念，形成了惯性概念，建立了惯性 定律。应用微积分证明了均匀球体吸 引球外每个物体，引力与球的质量直 接成正比，与从球心的距离的平万成 反比，提出可以把均匀球体看成是质 量集中在球心；引力是相互的；通过 三体问题的运算，证明了开普勒定律 的正确性；把重力扩展到行星运动， 明确了引力的普遍性，阐述J力后引 力思想；比较了抛体运动和星球运 动。在1687年，在哈雷的资助下， 发表了传世之作一一自然哲学的数 学原理，终于领悟了力有引力的真 谛，把地面上的力学和天上的力学统 一在一起，形成了以牛顿三大运动定 律为基础的经典力学体系。提问、对话，讲解，呈现：牛顿律。观看、听讲、议论。对学
