高中物理必修課《太陽與行星間的引力》教學設計
高中物理必修課《太陽與行星間的引力》教學設計
教學的難點
一是如何通過師生互動幫助學生用已有知識自主探究出三種引力的大小，讓學生心服口服地接受得出的結論，感受到結論的得出是一種思維的必然，而不是偶然；讓學生充分體會邏輯推理的重要作用，享受邏輯推理之美。
二是在學生自主探究過程中如何在適當的時候適當介紹前人（當然主要是牛頓）在當時的觀點和思維過程，讓學生充分體會科學研究的方法，感受偉人們深邃的洞察力，超前的意識，學習大家的研究風范。
關于發現問題環節的教學建議
采用復習開普勒定律后提問的方法：是什么原因導致行星繞太陽做如此和諧且有規律的運動呢？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識，也可以播放行星橢圓運動的動畫。
關于確定引力存在環節的教學建議
教師讓學生猜想是什么原因，并根據自己已有的知識和經驗初步說出理由。由于天體之間存在引力基本上已經成為一種大眾化的常識，因此學生基本上都可以回答出是引力，甚至說出是萬有引力，因此重點不在這個結果上，而在學生能否說出他的根據，而且是有嚴密邏輯順序的根據。經過若干個學生的發言、補充后，教師組織學生理出邏輯順序：橢圓運動（至少速度變方向）→變速運動→加速度（由牛頓第二定律）→合外力→引力（這個邏輯順序可以由投影出示）
教師評價：大家之所以能順利地確定引力存在是由于我們所處的時代，是由于上一章我們學過的圓周運動的知識，你知道幾百年前科學剛剛萌芽發展的時代科學家們（不是一般民眾）怎樣回答的這個問題嗎？
教師簡單介紹開普勒、笛卡兒、胡克、哈雷、牛頓等人的觀點，其中開普勒認為是太陽發出的磁力；笛卡兒認為是流質渦旋帶動；胡克、哈雷認為是太陽引力，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（但對于橢圓軌道他們無法證明）；牛頓支持胡克、哈雷的觀點，而且對橢圓軌道也做了嚴格的證明。（有條件可以做成一個短片播放，流質渦旋帶動可以以一個水的漩渦形象替代）
教師評價：由于流質渦旋帶動符合人們的生活經驗，所以當時被廣泛接受，甚至牛頓都是在信仰這種學說中長大的，因此牛頓敢于堅持引力說是需要很大的勇氣的。當然這種勇氣也來自他廣泛汲取的別人的成就，包括歐幾里得數學，阿基米德靜力學，開普勒定律，伽利略運動理論和實驗結果，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《自然哲學的數學原理》的初步理論。
（介紹這樣一個歷史背景的目的一是讓學生體會現在我們認為很簡單的知識，在歷史上的發現過程不是一蹴而就的，是經過長時間甚至幾代人的努力的，可以說它不是一個人的功績。二是讓學生體會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。對學生進行勵志教育。如果時間緊迫，此部分內容可略去）
關于探究太陽對行星引力大小環節的教學建議
教師先讓學生猜一猜這個引力大小跟什么有關？不說根據。
學生能猜出距離、二者質量，但很可能也會說出行星周期、線速度、角速度等。教師不做點評，只說我們需要用理論驗證。（學生可能知道萬有引力，但知道萬有引力大小與什么有關的應該很少，因此此處的猜測有意義）
教師提問：請用我們學過的知識提供一種驗證思路：
讓學生討論出：由運動情況（通過運動學公式）→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
在牛頓所處時代，行星的運動情況觀測資料已經相當豐富，因此得出行星受到的引力的表達式是可能的，但是運動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）。我們不會微積分，因此我們研究不了橢圓，但是多數行星的軌道十分接近圓，因此我們現在就通過圓軌道用剛才的思路導出太陽對行星引力的表達式，驗證我們的猜測，同時再現牛頓當時的思維過程。
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