高中物理人教版 (2019)必修 第二册万有引力定律教学设计

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第二册万有引力定律教学设计，共6页。教案主要包含了——“数学工具的缺乏”等内容，欢迎下载使用。
7.2万有引力定律
教学目标
1. 了解万有引力定律的发现过程。
2. 通过万有引力规律的推广，建立万有引力定律，写出数学表达式。
教学重点：牛顿发现万有引力的思路，培养学生的创造能力。
教学难点：牛顿以开普勒对行星运动学规律的描述为基础证明万有引力定律的思路。
教学过程
导入
师：在上课之前，我先带领大家进入一个神奇的、梦幻般的地方。（视频）
1.看着这样美丽的地方，同学们感觉如何?是不是产生了无限的遐想，有一种身临其境想亲自去探索期中奥秘的冲动？
2.正是有了这千千万万个不同的行星运动，才构成了这神奇的宇宙，才出现了这种种神奇的现象。那么大家想一想，这么多的行星，他们在偌大的宇宙间运动，是各行其是、杂乱无章嘛？
新课引入
师：对，通过上节课的学习，我们知道不是的。
1.上一节课我们跨越了千年时空对宇宙进行了一个三级跳，让我们通过时间的轴线共同回忆一下天体究竟做怎样的运动的研究之路：
地心说（托勒密）与日心说（哥白尼）
行星运动的规律（开普勒）
开普勒第一定律(椭圆轨道定律)
开普勒第二定律（面积定律）
开普勒第三定律（周期定律）
2.开普勒的行星运动定律揭示了行星的运动规律，对行星如何绕太阳运动进行了一个确切的描述。所以我们说宇宙虽大，行星虽多，但他们始终是沿着一定的轨道绕太阳做有规律的运动（展示行星运动图片）
3.那么老师又要问了，行星为什么会如此运动？是什么原因促使他们这样运动呢？
开普勒虽然知道行星的椭圆轨道，但由于行星速度的大小、方向不断变化，他当时还是无法解决这种变化的曲线运动问题，即当时无法逾越的困难之一——数学工具的缺乏。
今天就让我们来研究这一问题的解决之路，进入新课教学——万有引力定律是怎样发现
讲授新课
1.发散思维，积极讨论
师：1.面对行星运动这张图片，同学们有什么看法或是想法呢？
2.同学们说的都很好，那么，大家再想想这个力是什么性质的力，这个力跟哪些因素有关呢？
其实这个问题在当时也引起了不同时代不同科学家的不同猜想，同学们想不想知道他们当时是怎么想的？
2.科学猜想
那就让我们继续在时间的轴线上前行，将我们大家的想法与他们做一比较：
类比——分析——猜想：
吉尔伯特---行星是依靠太阳发出的磁力维持着绕日运动的。
笛卡尔---漩涡带动行星的运动
分析——直觉——猜想：
布里奥---行星受太阳发出的力支配，力的大小跟行星与太阳距离的平方成反比
胡克---行星运动是太阳吸引力的缘故，并且力的大小遇到太阳距离的平方成反比
3.虽然他们当时的猜想各异而且一步步有一定的进展，但最终还是没有将此问题解释清楚。那是为什么呢？主要是当时还存在其他的一些困难.
天体是一个庞然大物，如果认为天体间有引力，那么如何计算由天体各部分对行星产生的力的总效果呢？
当时存在一定的理论依据的缺乏——困难之二
如果天体间是互相吸引的，那么在众多天体共存的太阳系中，如何解决他们之间相互干扰这一复杂问题呢？——困难之三
那么，给出问题答案的又会是谁呢？
3.创设情境，继续设置问题
苹果落地
师：同学们，首先我让大家欣赏这样两幅图片（讲述苹果落的传奇故事），看看你们有什么想法：
月球绕地球运动

如果你是牛顿，你会想到什么呢？
同学们说的都非常好，我把大家的想法总结了一下，那接下来让我们对这些问题共同做一探讨：
1.苹果为什么会落地呢？
老师为大家准备了两样东西，大家以四人小组玩一玩，看看能发现什么。
大家一起再来看一看，这就是引力——能把东西拉过来的一种力。想一想苹果落到地面上是不是和回形针吸到磁铁身上差不多啊，这就说明是由于地球本身的一种力（演示地心引力课件）
2.那如果苹果树长到月球那么高，苹果还会落到地球上吗？
3.苹果既然由于地球的吸引而落到地面上，那月球为什么就不会落到地面上呢？
4.月球为什么绕地球做圆周运动？
同学们真的非常聪明，简直各个都是牛顿了，你们将牛顿当时的发现全说出来了。现在我们知道月球绕地球运动是由于地球引力为它提供了向心力，再去回想刚开始提出的问题是什么原因促使行星绕太阳运动？
这个答案准不准确呢？牛顿当年是用什么方法得出万有引力的呢？
4.猜想验证，展示过程
牛顿的思考：
地球对月球的力，地球对地面上物体的力，太阳队行星的力，是不是同一性质的力？
牛顿的猜想与论证：
猜想1：行星围绕太阳的运动可能是由太阳的引力作用造成的，太阳对行星的引力F应该与行星到太阳的距离r有关。
论证：应用开普勒运动定律和牛顿运动定律进行推理论证
这时用他创立的微积分对上述猜想进行论证并建立简化模型，把行星轨道视作圆来处理，最终得出太阳与行星间的引力公式 ）。验证了猜想的准确性，在此，解决了困难之一 ——“数学工具的缺乏”
猜想2：“天上”的力和“人间”的力可能出于同一本源。
设想和地球的最高山顶差不多高处有一个小月球，那么维持这个月球在轨道上运动的向心力和月球在山顶上受到的重力有什么关系？假如小月球在轨道上停止运动，小月球会落向地面吗？若落向地面，小月球下落的快慢与地球上物体下落的快慢是否一样？
这也是牛顿当年的设想，就此，他进而猜想地球对地面物体的引力与地球对月球的引力是同一性质的力。
假定上述猜想成立，那是不是遵从“平方反比律”呢？
验证：月—地检验（验证了猜想的准确性）就此，解决了困难之二——“理论工具的缺乏”
猜想3：推广到宇宙中的一切物体。牛顿在上述猜想的基础上，做出更大胆 的猜想：任意两个物体之间都存在这样的引力，只是由于一般物体的质量比天体质量小的多，我们不易觉察。因此上述结论被推广到宇宙中的一切物体中
前人的两大困难在牛顿手上已经迎刃而解了,那么多体问题牛顿是怎么解决的呢呢？
这时牛顿撇开其他天体的运动不计，只考虑太阳对行星的作用，合理的简化使他不受干扰的直达问题的本质。最终让这一困难得以解决。解决了困难之三——“多体问题”
牛顿汲取了前辈科学家关于引力思想的精华克服了前进道路上无法逾越的数学工具、理论工具的缺乏以及天体间相互干扰三大困难，最终摘取了引力问题的桂冠。
课堂巩固
教材84页“请讨论”第二个问题
课堂小结
（站在巨人的肩上）
牛顿
吉、笛、布、胡 “思考—猜想—论证”
万有引力定律
板书设计
复习回顾，温故知新
地心说----日心说——开普勒三大定律
?行星绕太阳运动的规律
牛顿发现万有引力定律的过程
1.牛顿的思考：
2.牛顿的猜想与论证：
猜想1 ← 论证→ 解决了困难之一
猜想2 ← 验证→ 解决了困难之三
（月——地检验）
猜想3 ← 大胆猜想 简化模型→解决了困难之三
作业布置
1.教材P89“家庭作业与活动”第1题
2.对教材P84“请讨论”栏目中的第一个问题，你将怎样找资料，说明你的看法？
3.有兴趣的同学在课后讨论“多学一点”的内容。