高中物理必修課《太陽與行星間的引力》教學(xué)設(shè)計(jì)
高中物理必修課《太陽與行星間的引力》教學(xué)設(shè)計(jì)
教學(xué)的難點(diǎn)
一是如何通過師生互動(dòng)幫助學(xué)生用已有知識(shí)自主探究出三種引力的大小，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(huì)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(shí)候適當(dāng)介紹前人（當(dāng)然主要是牛頓）在當(dāng)時(shí)的觀點(diǎn)和思維過程，讓學(xué)生充分體會(huì)科學(xué)研究的方法，感受偉人們深邃的洞察力，超前的意識(shí)，學(xué)習(xí)大家的研究風(fēng)范。
關(guān)于發(fā)現(xiàn)問題環(huán)節(jié)的教學(xué)建議
采用復(fù)習(xí)開普勒定律后提問的方法：是什么原因?qū)е滦行抢@太陽做如此和諧且有規(guī)律的運(yùn)動(dòng)呢？這是一種被廣泛采用的引入新課的方法，他符合人們的思維習(xí)慣，知其然而問其所以然是人類一種本能，因此建議采用此法引入新課。另外為了增加感性認(rèn)識(shí)，也可以播放行星橢圓運(yùn)動(dòng)的動(dòng)畫。
關(guān)于確定引力存在環(huán)節(jié)的教學(xué)建議
教師讓學(xué)生猜想是什么原因，并根據(jù)自己已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)初步說出理由。由于天體之間存在引力基本上已經(jīng)成為一種大眾化的常識(shí)，因此學(xué)生基本上都可以回答出是引力，甚至說出是萬有引力，因此重點(diǎn)不在這個(gè)結(jié)果上，而在學(xué)生能否說出他的根據(jù)，而且是有嚴(yán)密邏輯順序的根據(jù)。經(jīng)過若干個(gè)學(xué)生的發(fā)言、補(bǔ)充后，教師組織學(xué)生理出邏輯順序：橢圓運(yùn)動(dòng)（至少速度變方向）→變速運(yùn)動(dòng)→加速度（由牛頓第二定律）→合外力→引力（這個(gè)邏輯順序可以由投影出示）
教師評(píng)價(jià)：大家之所以能順利地確定引力存在是由于我們所處的時(shí)代，是由于上一章我們學(xué)過的圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí)，你知道幾百年前科學(xué)剛剛萌芽發(fā)展的時(shí)代科學(xué)家們（不是一般民眾）怎樣回答的這個(gè)問題嗎？
教師簡單介紹開普勒、笛卡兒、胡克、哈雷、牛頓等人的觀點(diǎn)，其中開普勒認(rèn)為是太陽發(fā)出的磁力；笛卡兒認(rèn)為是流質(zhì)渦旋帶動(dòng)；胡克、哈雷認(rèn)為是太陽引力，甚至證明了如果行星軌道是圓形的，引力大小跟軌道半徑的平方成反比（但對(duì)于橢圓軌道他們無法證明）；牛頓支持胡克、哈雷的觀點(diǎn)，而且對(duì)橢圓軌道也做了嚴(yán)格的證明。（有條件可以做成一個(gè)短片播放，流質(zhì)渦旋帶動(dòng)可以以一個(gè)水的漩渦形象替代）
教師評(píng)價(jià)：由于流質(zhì)渦旋帶動(dòng)符合人們的生活經(jīng)驗(yàn)，所以當(dāng)時(shí)被廣泛接受，甚至牛頓都是在信仰這種學(xué)說中長大的，因此牛頓敢于堅(jiān)持引力說是需要很大的勇氣的。當(dāng)然這種勇氣也來自他廣泛汲取的別人的成就，包括歐幾里得數(shù)學(xué)，阿基米德靜力學(xué)，開普勒定律，伽利略運(yùn)動(dòng)理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，慣性概念，惠更斯的向心力等，來自于他的研究思考成果：后來出版的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》的初步理論。
（介紹這樣一個(gè)歷史背景的目的一是讓學(xué)生體會(huì)現(xiàn)在我們認(rèn)為很簡單的知識(shí)，在歷史上的發(fā)現(xiàn)過程不是一蹴而就的，是經(jīng)過長時(shí)間甚至幾代人的努力的，可以說它不是一個(gè)人的功績。二是讓學(xué)生體會(huì)牛頓之偉大來自于其天才，更來自于他廣泛吸取別人的成就的勤奮。對(duì)學(xué)生進(jìn)行勵(lì)志教育。如果時(shí)間緊迫，此部分內(nèi)容可略去）
關(guān)于探究太陽對(duì)行星引力大小環(huán)節(jié)的教學(xué)建議
教師先讓學(xué)生猜一猜這個(gè)引力大小跟什么有關(guān)？不說根據(jù)。
學(xué)生能猜出距離、二者質(zhì)量，但很可能也會(huì)說出行星周期、線速度、角速度等。教師不做點(diǎn)評(píng)，只說我們需要用理論驗(yàn)證。（學(xué)生可能知道萬有引力，但知道萬有引力大小與什么有關(guān)的應(yīng)該很少，因此此處的猜測有意義）
教師提問：請(qǐng)用我們學(xué)過的知識(shí)提供一種驗(yàn)證思路：
讓學(xué)生討論出：由運(yùn)動(dòng)情況（通過運(yùn)動(dòng)學(xué)公式）→加速度（通過牛頓第二定律）→受力情況
（以上可以投影出）
教師介紹
在牛頓所處時(shí)代，行星的運(yùn)動(dòng)情況觀測資料已經(jīng)相當(dāng)豐富，因此得出行星受到的引力的表達(dá)式是可能的，但是運(yùn)動(dòng)軌跡橢圓難倒了胡克、哈雷等，也使牛頓困惑了許多年，直到他用自己發(fā)明的微積分解決了問題（歷史上是否如此呢？缺乏考證）。我們不會(huì)微積分，因此我們研究不了橢圓，但是多數(shù)行星的軌道十分接近圓，因此我們現(xiàn)在就通過圓軌道用剛才的思路導(dǎo)出太陽對(duì)行星引力的表達(dá)式，驗(yàn)證我們的猜測，同時(shí)再現(xiàn)牛頓當(dāng)時(shí)的思維過程。
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