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《萬有引力理論的成就》教學(xué)設(shè)計(jì)
作為一位無私奉獻(xiàn)的人民教師，總歸要編寫教學(xué)設(shè)計(jì)，教學(xué)設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)的過程，它遵循學(xué)習(xí)效果最優(yōu)的原則嗎，是課件開發(fā)質(zhì)量高低的關(guān)鍵所在。我們應(yīng)該怎么寫教學(xué)設(shè)計(jì)呢？下面是小編精心整理的《萬有引力理論的成就》教學(xué)設(shè)計(jì)，僅供參考，歡迎大家閱讀。
《萬有引力理論的成就》教學(xué)設(shè)計(jì)1
一、內(nèi)容
人教版普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)教科書物理必修2第六章第4節(jié)《萬有引力理論的成就》
二、教學(xué)分析
1、教材分析
本節(jié)課是《萬有引力定律》之后的一節(jié)，內(nèi)容是萬有引力在天文學(xué)上的應(yīng)用。教材主要安排了“科學(xué)真是迷人”、“計(jì)算天體質(zhì)量”和“發(fā)現(xiàn)未知天體”三個(gè)標(biāo)題性內(nèi)容。學(xué)生通過這一節(jié)課的學(xué)習(xí)，一方面對(duì)萬有引力的應(yīng)用有所熟悉，另一方面通過卡文迪許“稱量地球的質(zhì)量”和海王星的發(fā)現(xiàn)，促進(jìn)學(xué)生對(duì)物理學(xué)史的學(xué)習(xí)，并借此對(duì)學(xué)生進(jìn)行情感、態(tài)度、價(jià)值觀的學(xué)習(xí)。
2、教學(xué)過程概述
本節(jié)課從宇宙中具有共同特點(diǎn)的幾幅圖片入手，對(duì)萬有引力提供天體圓周運(yùn)動(dòng)的向心力進(jìn)行了復(fù)習(xí)引入萬有引力在天體運(yùn)動(dòng)中有什么應(yīng)用呢？接下來，通過“假設(shè)你成為了一名宇航員，駕駛宇宙飛船……發(fā)現(xiàn)前方未知天體”，圍繞“你有什么辦法可以測(cè)出該天體的質(zhì)量嗎”全面展開教學(xué)。密度的計(jì)算以及海王星的發(fā)現(xiàn)自然過渡和涉及。在教材的處理上，既立足于教材，但不被教科書所限制，除了介紹教科書中重要的基本內(nèi)容外，關(guān)注科技新進(jìn)展和我國(guó)天文觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展，時(shí)代氣息濃厚，反映課改精神，著力于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。
三、教學(xué)目標(biāo)
1、知識(shí)與技能
�。�1）通過“計(jì)算天體質(zhì)量”的學(xué)習(xí)，學(xué)會(huì)估算中數(shù)據(jù)的近似處理辦法，學(xué)會(huì)運(yùn)用萬有引力定律計(jì)算天體的質(zhì)量；
（2）通過“發(fā)現(xiàn)未知天體”，“成功預(yù)測(cè)彗星的回歸”等內(nèi)容的學(xué)習(xí)，了解萬有引力定律在天文學(xué)上的重要應(yīng)用。
2、過程與方法
運(yùn)用萬有引力定律計(jì)算天體質(zhì)量，體驗(yàn)運(yùn)用萬有引力解決問題的基本思路和方法。
3、情感、態(tài)度、價(jià)值觀
（1）通過“發(fā)現(xiàn)未知天體”、“成功預(yù)測(cè)彗星的回歸”的學(xué)習(xí)，體會(huì)科學(xué)定律在人類探索未知世界的作用；
�。�2）通過了解我國(guó)天文觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展，激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣，養(yǎng)成熱愛科學(xué)的情感。
四、教學(xué)重點(diǎn)
1、中心天體質(zhì)量的計(jì)算；
2、“稱量地球的質(zhì)量”和海王星的發(fā)現(xiàn)，加強(qiáng)物理學(xué)史的教學(xué)。
五、教學(xué)準(zhǔn)備
實(shí)驗(yàn)器材、PPT課件等多媒體教學(xué)設(shè)備
六、教學(xué)過程
�。ㄒ唬﹫D片欣賞復(fù)習(xí)引入
通過幾張宇宙圖片的欣賞，學(xué)生體驗(yàn)宇宙中螺旋的共同特點(diǎn)，萬有引力提供向心力是天體都遵循的規(guī)律。那么，萬有引力定律在天體運(yùn)動(dòng)中還有哪些具體的應(yīng)用呢？讓我們一起進(jìn)入本章《萬有引力理論的成就》的學(xué)習(xí)。
（二）創(chuàng)設(shè)情境解決中心問題
情境創(chuàng)設(shè)：
假如你成為了一名宇航員，駕駛宇宙飛船航行在宇宙深處，突然，前方一美麗的天體出現(xiàn)在你的面前。你先關(guān)閉了宇宙的發(fā)動(dòng)機(jī)，然后飛船剛好繞美麗天體做了完美的圓周運(yùn)動(dòng)，繞行一周后，飛船就平穩(wěn)的降落在了星球上。
合作討論：
你有什么辦法可以測(cè)得這一神秘天體的質(zhì)量嗎？
�。▽W(xué)生通過小組探究，教師巡回指導(dǎo)，形成自己本組的.意見，由小組選出的代表來向全班展示自己思考的結(jié)果。）
小組代表講解展示：
思路一：測(cè)出宇宙飛船繞行一周的時(shí)間和軌道半徑，根據(jù)萬有引力提供向心力，即：
從而得出星球（中心天體）的質(zhì)量
思路二：根據(jù)宇航員降落在星球表面上后，重力近似等于萬有引力，即：得出在思路二完成之后，緊接著問題：如何測(cè)得星球表面的重力加速度g呢？（學(xué)生討論回答，現(xiàn)場(chǎng)教師展示借助小球的自由落體運(yùn)動(dòng)，通過現(xiàn)代技術(shù)“傳感器”現(xiàn)場(chǎng)完成重力加速度的測(cè)量。）
設(shè)計(jì)說明：
1、通過“學(xué)生成為宇航員駕駛宇宙飛船發(fā)現(xiàn)未知天體”的情境創(chuàng)設(shè)，圍繞”如何測(cè)得星球的質(zhì)量？”這一中心問題展開學(xué)生的討論活動(dòng)，在讓學(xué)生覺得有趣味的同時(shí)，通過小組討論、合作學(xué)習(xí)來促使學(xué)生創(chuàng)造性的思考、解決本節(jié)課的中心問題。
2、多媒體和現(xiàn)代測(cè)量方法——傳感器讓學(xué)生感受技術(shù)帶來的便捷。
�。ㄈ┪锢韺W(xué)史展現(xiàn)人文魅力
啟示：一旦測(cè)出了引力常量G，那么就可以利用公式得到地球的質(zhì)量了。
1798年，卡文迪許通過自己設(shè)計(jì)的扭秤實(shí)驗(yàn)，成功得到了引力常量的值。因此卡文迪許把自己的實(shí)驗(yàn)說成是“稱量地球的重量”，是不無道理的。
而正是這段故事，讓一個(gè)外行人、著名文學(xué)家馬克·吐溫滿懷激情的說：“科學(xué)真是迷人。根據(jù)零星的事實(shí)，增添一點(diǎn)猜想，竟能贏得那么多的收獲！”
(四)課堂延伸——如何得到這一天體的密度？
設(shè)計(jì)說明：在這一問題中，老師提示了球體的體積公式，然后就把時(shí)間交給學(xué)生了。學(xué)生進(jìn)行了積極的演算，可得到的答案有兩種，一種是帶有半徑的，而另一種則是把半徑約分掉的�！盀槭裁窗霃娇梢约s掉呢？”這一問題又再一次促進(jìn)了學(xué)生的思考。而這也保證了課堂的開放性。
(五)發(fā)現(xiàn)未知天體
視頻：“海王星的發(fā)現(xiàn)”，——展現(xiàn)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的足跡，注重學(xué)生進(jìn)行科學(xué)態(tài)度和情感。
諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者、物理學(xué)家馮勞厄說：“沒有任何東西像牛頓引力理論對(duì)行星軌道的計(jì)算那樣，如此有力的樹立起人們對(duì)年輕物理學(xué)的尊敬。從此以后，這門自然科學(xué)成了巨大的精神王國(guó)……”
(六)課堂小結(jié)與反饋簡(jiǎn)單回顧本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容
七、板書設(shè)計(jì)：
第4節(jié)《萬有引力理論的成就》
一、圖片欣賞，引入新課
二、測(cè)中心天體的質(zhì)量
三、卡文迪許——人文魅力
四、應(yīng)用
1、測(cè)天體密度
2、發(fā)現(xiàn)未知天體
八、教學(xué)反思：
本節(jié)課在教學(xué)設(shè)計(jì)上創(chuàng)造性的使用教材，通過“學(xué)生成為宇航員駕駛宇宙飛船發(fā)現(xiàn)未知天體”的情境創(chuàng)設(shè)，讓學(xué)生在極大的趣味中完成了本節(jié)中心內(nèi)容的教學(xué)。學(xué)生的學(xué)習(xí)過程脈絡(luò)清晰。物理學(xué)家的人文魅力學(xué)生也有一定的感知。
《萬有引力理論的成就》教學(xué)設(shè)計(jì)2
【教學(xué)目標(biāo)】
（一）知識(shí)與技能
1．了解萬有引力定律在天文學(xué)上的重要應(yīng)用。
2．會(huì)用萬有引力定律計(jì)算天體質(zhì)量。
3．理解并運(yùn)用萬有引力定律處理天體問題的思路和方法。
（二）過程與方法
1．通過萬有引力定律推導(dǎo)出計(jì)算天體質(zhì)量的公式。
2．了解天體中的知識(shí)。
（三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀
體會(huì)萬有引力定律在人類認(rèn)識(shí)自然界奧秘中的巨大作用，讓學(xué)生懂得理論來源于實(shí)踐。
【教學(xué)重點(diǎn)】
1．行星繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)的向心力是由萬有引力提供的。
2．會(huì)用已知條件求中心天體的質(zhì)量。
【教學(xué)難點(diǎn)】
根據(jù)已有條件求中心天體的質(zhì)量。
教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生自主閱讀、思考，討論、交流學(xué)習(xí)成果。
【教學(xué)工具】
課件、計(jì)算機(jī)、地球儀、投影儀等多媒體教學(xué)設(shè)備。
【教學(xué)過程】
一、引入新課
教師活動(dòng)：上節(jié)我們學(xué)習(xí)了萬有引力定律的有關(guān)知識(shí)，現(xiàn)在請(qǐng)同學(xué)們回憶一下，萬有引力定律的內(nèi)容及公式是什么？公式中的G又是什么？G的測(cè)定是誰完成的？
學(xué)生活動(dòng)：思考并回答上述問題：
內(nèi)容：自然界中任何兩個(gè)物體都是相互吸引的，引力的大小跟這兩個(gè)物體的質(zhì)量的乘積成正比，跟它們的距離的平方成反比。
公式：F=G．
公式中的G是引力常量，它在大小上等于質(zhì)量為1 kg的兩個(gè)物體相距1 m時(shí)所產(chǎn)生的引力大小，經(jīng)測(cè)定其值為6．67×10—11 N·m2/kg2。G的測(cè)定是由卡文迪許完成的。
教師活動(dòng)：（播音部分）牛頓（1643—1727）是英國(guó)著名的物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家和天文學(xué)家，是十七世紀(jì)最偉大的科學(xué)巨匠。牛頓一生對(duì)科學(xué)事業(yè)所做的貢獻(xiàn)，遍及物理學(xué)、數(shù)學(xué)和天文學(xué)等領(lǐng)域。牛頓在物理學(xué)上最主要的成就，是創(chuàng)立了經(jīng)典力學(xué)的基本體系，對(duì)于光學(xué)，牛頓致力于光的顏色和光的本性的研究，也作出了重大貢獻(xiàn)。牛頓在數(shù)學(xué)方面，總結(jié)和發(fā)展了前人的工作，提出了“流數(shù)法”，建立了二項(xiàng)式定理，創(chuàng)立了微積分。在天文學(xué)方面，牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律，創(chuàng)制了反射望遠(yuǎn)鏡，并且用它初步觀察到了行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。
上面用了兩個(gè)字“發(fā)現(xiàn)”，不是發(fā)明！正如幼兒園有一個(gè)小朋友造句：我爸爸發(fā)現(xiàn)了我的媽媽，然后發(fā)明了我。
萬有引力發(fā)現(xiàn)后，再經(jīng)過了一百多年，才確定引力常量�？ㄎ牡显S扭秤的主要部分是一個(gè)輕而堅(jiān)固的T型架，倒掛在一根金屬絲的下端。T形架水平部分的兩端各裝一個(gè)質(zhì)量是m的小球，T形架的豎直部分裝一面小平面鏡M，它能把射來的光線反射到刻度尺上，這樣就能比較精確地測(cè)量金屬絲的扭轉(zhuǎn)。他測(cè)定了引力常量。這也提供了我們測(cè)量微小物體質(zhì)量的方法。古代，曹操的兒子曹沖利用浮力稱出了大象的質(zhì)量。那我們現(xiàn)在有沒有可能利用已知的知識(shí)來稱地球呢？
二、進(jìn)行新課
（一）“科學(xué)真實(shí)迷人”
教師活動(dòng)：引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材“科學(xué)真實(shí)迷人”部分的內(nèi)容，思考問題［投影出示］：
1．推導(dǎo)出地球質(zhì)量的表達(dá)式，說明卡文迪許為什么能把自己的'實(shí)驗(yàn)說成是“稱量地球的重量”？
2．設(shè)地面附近的重力加速度g=9．8m/s2，地球半徑R =6．4×106m，引力常量G=6．67×10-11 Nm2/kg2，試估算地球的質(zhì)量。
學(xué)生活動(dòng)：閱讀課文，推導(dǎo)出地球質(zhì)量的表達(dá)式，在練習(xí)本上進(jìn)行定量計(jì)算。
教師活動(dòng)：由于地球自轉(zhuǎn)非常慢，一天只轉(zhuǎn)了一圈，所以對(duì)應(yīng)的自轉(zhuǎn)偏向力很小。在這里，我們忽略不計(jì)。投影學(xué)生的推導(dǎo)、計(jì)算過程，一起點(diǎn)評(píng)。
kg重力加速度與高度的變化：若物體靜止在距離地面高為h的高空
（二）計(jì)算天體的質(zhì)量
教師活動(dòng)：（課件展示太陽(yáng)系里面的星體的美麗圖片），《萬有引力理論的成就》
教學(xué)設(shè)計(jì)
引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材“天體質(zhì)量的計(jì)算”部分的內(nèi)容，同時(shí)考慮下列問題［投影出示］：
1．應(yīng)用萬有引力定律求解天體質(zhì)量的基本思路是什么？
2．求解天體質(zhì)量的方程依據(jù)是什么？
學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生閱讀課文第一部分，從課文中找出相應(yīng)的答案。
1．求解天體質(zhì)量的基本思路是：根據(jù)環(huán)繞天體的運(yùn)動(dòng)情況，求出其向心加速度，然后根據(jù)萬有引力充當(dāng)向心力，進(jìn)而列方程求解．
2．從前面的學(xué)習(xí)知道，天體之間存在著相互作用的萬有引力，而行星（或衛(wèi)星）都在繞恒星（或行星）做近似圓周的運(yùn)動(dòng)，而物體做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)合力充當(dāng)向心力，故對(duì)于天體所做的圓周運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程只能是萬有引力充當(dāng)向心力，這也是求解中心天體質(zhì)量時(shí)列方程的根源所在。
教師活動(dòng)：引導(dǎo)學(xué)生深入探究
請(qǐng)同學(xué)們結(jié)合課文知識(shí)以及前面所學(xué)勻速圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí)，加以討論、綜合，然后思考下列問題［投影出示］。學(xué)生代表發(fā)言。
1．天體實(shí)際做何運(yùn)動(dòng)？而我們通�？烧J(rèn)為做什么運(yùn)動(dòng)？
2．描述勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物理量有哪些？
3．根據(jù)環(huán)繞天體的運(yùn)動(dòng)情況求解其向心加速度有幾種求法？
4．應(yīng)用天體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程──萬有引力充當(dāng)向心力求出的天體質(zhì)量有幾種表達(dá)式？各是什么？各有什么特點(diǎn)？
5．應(yīng)用此方法能否求出環(huán)繞天體的質(zhì)量？
學(xué)生活動(dòng)：討論，得出答案。學(xué)生代表發(fā)言。
1．天體實(shí)際運(yùn)動(dòng)是沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng)的，而我們通常情況下可以把它的運(yùn)動(dòng)近似處理為圓形軌道，即認(rèn)為天體在做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。
2．在研究勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了描述其運(yùn)動(dòng)特征，我們引進(jìn)了線速度v，角速度ω，周期T三個(gè)物理量。
3．根據(jù)環(huán)繞天體的運(yùn)動(dòng)狀況，a心=4π2r/T2
4．應(yīng)用天體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程──萬有引力充當(dāng)向心力，結(jié)合圓周運(yùn)動(dòng)向心加速度方程，即
�。�3）F引=G=F心=ma心=m
即：G=m ③
從上述動(dòng)力學(xué)方程的表述中，可得到相應(yīng)的天體質(zhì)量表達(dá)形式：
M=4π2r3/GT2．
同理可得：M=v2r/G 或者M(jìn)=ω2r3/G．
上述三種表達(dá)式分別對(duì)應(yīng)在已知環(huán)繞天體的線速度v，角速度ω，周期T時(shí)求解中心天體質(zhì)量的方法。
以上各式中M表示中心天體質(zhì)量，m表示環(huán)繞天體質(zhì)量，r表示兩天體間距離，G表示引力常量。
5．從以上各式的推導(dǎo)過程可知，利用此法只能求出中心天體的質(zhì)量，而不能求環(huán)繞天體的質(zhì)量，因?yàn)榄h(huán)繞天體的質(zhì)量同時(shí)出現(xiàn)在方程的兩邊，已被約掉。
師生互動(dòng)：
從上面的學(xué)習(xí)可知，在應(yīng)用萬有引力定律求解天體質(zhì)量時(shí)，只能求解中心天體的質(zhì)量，而不能求解環(huán)繞天體的質(zhì)量。而在求解中心天體質(zhì)量的三種表達(dá)式中，最常用的是已知周期求質(zhì)量的方程。因?yàn)榄h(huán)繞天體運(yùn)動(dòng)的周期比較容易測(cè)量。
教師活動(dòng)：投影例題：某宇航員駕駛航天飛機(jī)到某一星球，他使航天飛機(jī)貼近該星球附近飛行一周，測(cè)出飛行時(shí)間為4．5?103s，則該星球的平均密度是多少？
學(xué)生活動(dòng)：在練習(xí)本上分析計(jì)算，寫出規(guī)范解答：
分析：航天飛機(jī)繞星球飛行，萬有引力提供向心力，所以：
教師活動(dòng)：投影學(xué)生求解過程，點(diǎn)評(píng)。
（三）發(fā)現(xiàn)未知天體
教師活動(dòng)：請(qǐng)同學(xué)們閱讀課文“發(fā)現(xiàn)未知天體”部分的內(nèi)容，考慮以下問題［投影出示］：
教學(xué)設(shè)計(jì)
1．應(yīng)用萬有引力定律除可估算天體質(zhì)量外，還可以在天文學(xué)上有何應(yīng)用？
2．應(yīng)用萬有引力定律發(fā)現(xiàn)了哪些行星？
學(xué)生活動(dòng)：閱讀課文，從課文中找出相應(yīng)的答案：
1．應(yīng)用萬有引力定律還可以用來發(fā)現(xiàn)未知的天體。
2．海王星、冥王星就是應(yīng)用萬有引力定律發(fā)現(xiàn)的。
教師活動(dòng)：投影海王星照片與它的地貌照片
引導(dǎo)學(xué)生深入探究：
人們是怎樣應(yīng)用萬有引力定律來發(fā)現(xiàn)未知天體的？發(fā)表你的看法。
學(xué)生活動(dòng)：討論并發(fā)表見解。
人們?cè)陂L(zhǎng)期的觀察中發(fā)現(xiàn)天王星的實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌道與應(yīng)用萬有引力定律計(jì)算出的軌道總存在一定的偏差，所以懷疑在天王星周圍還可能存在有行星，然后應(yīng)用萬有引力定律，結(jié)合對(duì)天王星的觀測(cè)資料，便計(jì)算出了另一顆行星的軌道，進(jìn)而在計(jì)算的位置觀察新的行星。
教師點(diǎn)評(píng)：萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)，為天文學(xué)的發(fā)展起到了積極的作用，用它可以來計(jì)算天體的質(zhì)量，同時(shí)還可以來發(fā)現(xiàn)未知天體．
三、課堂總結(jié)、點(diǎn)評(píng)
教師活動(dòng)：
1．處理天體運(yùn)動(dòng)問題的關(guān)鍵是：萬有引力提供做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力。
2．忽略地球自轉(zhuǎn),物體所受重力等于地球?qū)ξ矬w的引力。
學(xué)生活動(dòng)：認(rèn)真總結(jié)概括本節(jié)內(nèi)容，并把自己這節(jié)課的體會(huì)寫下來、比較黑板上的小結(jié)和自己的小結(jié)，看誰的更好，好在什么地方。
教師要放開，讓學(xué)生自己總結(jié)所學(xué)內(nèi)容，允許內(nèi)容的順序不同，從而構(gòu)建他們自己的知識(shí)框架。
【教學(xué)體會(huì)】
思維方法是解決問題的靈魂，是物理教學(xué)的根本；親自實(shí)踐參與知識(shí)的發(fā)現(xiàn)過程是培養(yǎng)學(xué)生能力的關(guān)鍵，離開了思維方法和實(shí)踐活動(dòng)，物理教學(xué)就成了無源之水、無本之木。學(xué)生素質(zhì)的培養(yǎng)就成了鏡中花，水中月。
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