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1、万有引力定律教案_物理_教学设计_人教版万有引力定律教学设计（张格丽 宝鸡中学 721013）【教材版本】新课标人教版高中物理必修2第六章第3节【设计理念】1本课设计中，力求为学生创造一个良好的学习探究场所， 课堂中教师不再是一个主讲者,而是课堂教学的组织者和参与者，和学生一起去感受、认识、探索、分析、概括。2科学探究既是学生的学习目标，又是重要的教学方式之一。引导学生对问题的学习、探究,养成良好的评价习惯,在取得成功喜悦的同时,培养学生分析问题、发现不足、纠正错误的严谨的科学态度。让学生知道解决物理问题常采用这种方法，即提出问题，猜想和假设，实验、检验，得出结论。【教材分析】万有引力定律的发
2、现过程犹如一部壮丽的科学史诗，它歌颂了前辈科学家的科学精神，也展现了科学发展过程中科学家们富有创造性而又严谨的科学思维，是发展学生思维能力难得的好材料，本节课内容充分利用这些材料发展学生的科学思维能力。教科书在尊重历史事实的前提下，通过一些逻辑思维的铺垫，让学生以自己现有的知识基础身于历史的背景下，经历一次“发现”万有引力的过程：从上述物理学史进程中，可以看出万有引力定律这节内容是对上两节课教学内容的进一步推演，并与之构成本章的第一单元内容。同时，本节内容也是下节课教学内容的基础，是本章的教学重点，在高中物理中占有重要地位。【学情分析】1原有认知发展分析从知识结构来看，在学习万有引力定律前，学
3、生已经对力、重力、向心力、太阳对行星的引力、加速度、重力加速度（即自由落体运动的加速度）、向心加速度等概念有了较好的理解，并且掌握了自由落体运动和圆周运动等运动规律，能熟练运用牛顿运动定律解决动力学问题。已经完全具备深入探究和学习万有引力定律的能力。2原有知识结构分析从知识建构的历史进程来看，在上一节中学生经历了太阳与行星间引力的探究过程，其中向学生渗透了发现问题、提出问题、猜想假设、推理论证等方法思想，依照学生的认知心理特点，同时根据上节课“说一说”中的问题，很容易在他们脑中形成这样一个问题：太阳与行星间引力规律是否适用于我们与地球间的相互作用？从而为我们进一步演绎万有引力定律“发现之旅”，
4、确定了转接点，也引入本节新课内容。3非认知因素分析高一学生其思维方式容易停滞在知识接受层面，而忽视概念间、规律间的相互联系，且很多学生不能建立明确的动态的物理图像或物理情景，进而无法通过同化和顺应，完成知识的建构过程。因此，在教学过程中要注重从学生实际入手，依据学生认知规律，注重创设物理情景，创造和谐、民主、自由的课堂气氛，进行探究教学。【教学目标】1知识与技能目标：1.1理解万有引力定律的推导思路和过程，知道重物下落和天体运动的统一性。1.2理解并掌握万有引力定律的含义并会用万有引力定律公式解决简单的引力计算问题。1.3知道任何物体间都存在着万有引力，且遵循相同的规律。1.4理解万有引力常量
5、的意义及测定方法，了解卡文迪许实验。2过程与方法目标：2.1在万有引力定律建立过程的学习中，认识科学研究活动中根据事实和分析推理进行猜想、假设和检验的重要性，培养学生的推理能力、概括能力和归纳总结能力。2.2结合 “月地检验”通过思维程序 “提出问题猜想与假设理论分析实验观测 验证结论”培养学生探究思维能力。3情感、态度与价值观目标：3.1通过牛顿在前人的基础上发现万有引力定律的思考过程，说明科学研究的长期性，连续性及艰巨性，提高学生科学价值观。3.2学习科学家们谦逊美德，使学生学习中互相协作、互相借鉴，培养团队精神。3.3认识天文观测、分析推理、归纳总结等科学意识和方法的重要性，培养学生尊重
6、客观事实并透过现象看本质的认识观。【重点难点】1教学重点：1.1万有引力定律的推导思路和过程，月-地检验过程。1.2万有引力定律的内容及表达公式。2教学难点：2.1对万有引力定律的理解。2.2使学生能把地面上的物体所受重力与其他星球与地球之间存在的引力是同性质的力联系起来。2.3计算万有引力时物体间距离的含义。【教学环境】电脑、投影仪、屏幕、视频展示台。、自制多媒体课件：行星绕太阳的运动动画、苹果落地的受力动画、地球引力作用于运动着的月球的受力动画等等。【教学方法】启发诱思式、分析推理、猜想假设、事实验证、归纳总结等方法。【教学思路】在本节课教学，将让学生继续经历上节课的万有引力定律“发现之旅
7、”，为此使整个教学流程力图体现如下规律发现过程:进一步猜想:“天上”的力与“人间”的力可能出于同一本源？月地检验：这个大胆的想法要由事实检验。更大胆的猜想:是否任意两个物体之间都存在这样的引力？得到万有引力定律：（G为引力常量）检验万有引力定律的普遍性：卡文迪许测定万有引力常量G。 通过这个假想理论推导实验检验过程，让学生在物理情景中主动的参与知识的构建过程，体会这种充满着大胆的设想、巧妙的验证和从中体现着的科学探索的精神与方法。 【教学过程】【导入新课】教师：上节课我们追寻牛顿的足迹学习了行星运动的动力学原因，找到了太阳与行星间引力的规律，谁能回答一下其具体内容呢？学生：略设计意图： 引导学
8、生复习上节课的内容。教师：同学们掌握得很好。根据其间引力的作用规律，完全可以解释行星的运动了。正是由于行星受到了太阳对它的引力作用，行星才不会飞离太阳，而是按开普勒发现的三个规律绕太阳运动。教师：我们上节课学习的另一个问题是：太阳与行星间的引力规律是否适用于卫星绕行星的运动。思考该问题的探究思维程序如何呢？学生：提出问题猜想与假设理论分析实验观测验证结论设计意图：引导学生复习上节课内容 “说一说”和相应的探究思维程序，有助于提出 “天体间引力规律的普遍性”的新问题从而导入新课。教师：那么，你们是否想过天体间引力规律是否具有普遍性呢？也就是说，地面物体与地球间的相互作用力也有同样的 “平方反比关
9、系”的规律呢？下面请同学们阅读第三节开头的三个自然段，找一下牛顿当年是怎么思考这个问题的。设计意图：出示阅读提纲，引导学生按要求阅读理解。【新课教学】1.天体间引力规律的普遍性科学推理，萌发猜想教师：（投影或多媒体出示如下问题，然后再逐步显示答案。板书如下：）阅读提纲 学生阅读活动或师生共同回答 行星为什么没有飞离太阳？ 其动力学原因是：太阳对行星的引力作用。 地面物体为什么不能离开地球而总是落回地面呢？ 因为地面物体受到地球对它的重力作用。 地球与太阳间的引力和地球吸引苹果的力是不是一种力呢？ 猜想一：地球与太阳间的引力和地球吸引苹果的力是一种力。 最高的山顶上或建筑物上重力有明显减弱吗？
10、客观表明：物体在地面和高山上所受的重力大小没多大区别。 拉住月球的力和地面物体的重力性质一样吗？ 猜想二：地球对周围物体的重力作用应该会延伸到很远的地方，拉位月球的力和地面物体的重力性质一样。 树上掉下的苹果砸着牛顿，使牛顿突发奇想而发现了万有引力。你同意这种看法吗？ 不同意。机遇偏爱有准备的头脑。“当牛顿思考月亮绕地球运行的原因时，苹果偶然落地引起了他的遐想”的说法应该有点道理。 教师：根据以上分析，我们是否可以推测：拉住月球使它围绕地球运动的力，与拉着苹果下落的力，以及地球、众行星与太阳之间的作用力是同一种力，遵循相同的规律？也就说我们上节课所学习的天体间引力的规律是否具有普遍性呢？学生：
11、可以，但这个想法的正确性要由事实来检验。教师：很好，科学离不开事实。牛顿为了验证这个想法的正确性，做了著名的 “月地检验”。请同学们阅读教材第页中间的几个自然段，然后回答检验的思路。2.月地间引力与地球吸引物体的力相同月地检验，验证猜想设计意图：引导学生阅读教材，再理解月地检验的思路。如下板书按思路逐步显示。教师：根据以上分析，我们可以得出什么样的结论呢？学生：地面物体所受地球的引力与月球所受地球的引力是同一种力。教师：牛顿并没有就此止步。我们也应该想到，能否进一步推广呢？也就说任意物体间的都有平方反比关系的吸引力。3.任意物体间的吸引都有平方反比的关系解放思想，大胆推广。教师：假设任意物体间
12、都有平方反比关系的吸引力作用，为什么我们没有感觉到大楼、大石头之类的物体吸引我们呢？学生：因为身边物体的质量比天体的质量小得多，我们不能觉察罢了。教师：这个假设如果真正确的话，我们可以大胆地把以上结论推广到宇宙中的一切物体之间。牛顿就这样地将之推广了，具有划时代意义的万有引力定律问世了。4.万有引力定律行星的椭圆运动与物体间距离问题的解决设计意图：按学习物理规律的常规方法进行。可引导学生分析或说出各项内容。板书如下：（）内容：自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的大小与两个物体的质量和的乘积成正比，与它们之间的距离的二次方成反比。（）公式：（）单位：质量，距离， 力。（）比例系数：叫做引力常量
13、，普遍适用。（）距离的确定：牛顿应用他发明的微积分得知可视为质点的物体，则为质点间的距离。对均质球体则是两个球心间的距离。（）意义：对物理学、天文学的发展具有深远的影响；它把地面上物体运动的规律和天体运动的规律统一起来了；在科学文化发展上起到了积极的推动作用，解放了人们的思想，给人们探索自然的奥秘建立了极大的信心，人们有能力理解天地间的各种事物。对于可以看做质点的物体，当然就是这两个点的距离。如果是地球、月球等球体，牛顿应用微积分的方法得知，这个距离应该是球心间的距离。同样还用微积分的方法，牛顿证明万有引力定律也适用于行星的椭圆运动。万有引力定律清楚地向人们提示，复杂运动的后面隐藏着简洁的科学
14、规律；它明确地向人们宣告，天上和地下都遵循着完全相同的科学法则。5.扭称装置巧改造，引力常量被测出天才发明与天才借鉴教师：万有引力定律这一科学史上最伟大的定律，于年发表在牛顿的传世之作自然哲学的数学原理中。但在当时，牛顿无法确定其中的引力常量，万有引力定律的正确性仍然值得怀疑。请同学们阅读教材第页的最后两段，找一下是谁、在什么时间、什么地点测出了引力常量。牛顿 (16431727) 1687年 万有引力定律 自然哲学的数学原理 时差：100多年卡文迪许(17311810) 1789年在实验室中用扭秤装置 测出引力常量 推荐标准值：推荐使用值：设计意图：按如上方式板书或投影于屏幕上。其中，可适当提及世纪八十年代，库仑为定量研究电荷间的相互作用力而发明了扭秤装置，实现了对微小量的巧妙测量；卡文迪许则是巧妙地利用和改进了扭秤装置。难怪有人形象地称他们是“天才的发明和天才的借鉴”，我们在学习中互相协作、互相借鉴也是具有重要意义的。8 / 8