高中物理必修課《太陽(yáng)與行星間的引力》教學(xué)設計
高中物理必修課《太陽(yáng)與行星間的引力》教學(xué)設計
教學(xué)的難點(diǎn)
一是如何通過(guò)師生互動(dòng)幫助學(xué)生用已有知識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論，感受到結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(guò)程中如何在適當的時(shí)候適當介紹前人（當然主要是牛頓）在當時(shí)的觀(guān)點(diǎn)和思維過(guò)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，學(xué)習大家的研究風(fēng)范。
關(guān)于發(fā)現問(wèn)題環(huán)節的教學(xué)建議
采用復習開(kāi)普勒定律后提問(wèn)的方法：是什么原因導致行星繞太陽(yáng)做如此和諧且有規律的運動(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慣，知其然而問(wèn)其所以然是人類(lèi)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(dòng)的動(dòng)畫(huà)。
關(guān)于確定引力存在環(huán)節的教學(xué)建議
教師讓學(xué)生猜想是什么原因，并根據自己已有的知識和經(jīng)驗初步說(shuō)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，因此學(xué)生基本上都可以回答出是引力，甚至說(shuō)出是萬(wàn)有引力，因此重點(diǎn)不在這個(gè)結果上，而在學(xué)生能否說(shuō)出他的根據，而且是有嚴密邏輯順序的根據。經(jīng)過(guò)若干個(gè)學(xué)生的發(fā)言、補充后，教師組織學(xué)生理出邏輯順序：橢圓運動(dòng)（至少速度變方向）→變速運動(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(guò)的圓周運動(dòng)的知識，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(wèn)題嗎？
教師簡(jiǎn)單介紹開(kāi)普勒、笛卡兒、胡克、哈雷、牛頓等人的觀(guān)點(diǎn)，其中開(kāi)普勒認為是太陽(yáng)發(fā)出的磁力；笛卡兒認為是流質(zhì)渦旋帶動(dòng)；胡克、哈雷認為是太陽(yáng)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(wú)法證明）；牛頓支持胡克、哈雷的觀(guān)點(diǎn)，而且對橢圓軌道也做了嚴格的證明。（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）
教師評價(jià)：由于流質(zhì)渦旋帶動(dòng)符合人們的生活經(jīng)驗，所以當時(shí)被廣泛接受，甚至牛頓都是在信仰這種學(xué)說(shuō)中長(cháng)大的，因此牛頓敢于堅持引力說(shuō)是需要很大的勇氣的。當然這種勇氣也來(lái)自他廣泛汲取的別人的成就，包括歐幾里得數學(xué)，阿基米德靜力學(xué)，開(kāi)普勒定律，伽利略運動(dòng)理論和實(shí)驗結果，慣性概念，惠更斯的向心力等，來(lái)自于他的研究思考成果：后來(lái)出版的《自然哲學(xué)的數學(xué)原理》的初步理論。
�。ń榻B這樣一個(gè)歷史背景的目的一是讓學(xué)生體會(huì )現在我們認為很簡(jiǎn)單的知識，在歷史上的發(fā)現過(guò)程不是一蹴而就的，是經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)間甚至幾代人的努力的，可以說(shuō)它不是一個(gè)人的功績(jì)。二是讓學(xué)生體會(huì )牛頓之偉大來(lái)自于其天才，更來(lái)自于他廣泛吸取別人的成就的勤奮。對學(xué)生進(jìn)行勵志教育。如果時(shí)間緊迫，此部分內容可略去）
關(guān)于探究太陽(yáng)對行星引力大小環(huán)節的教學(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(shuō)根據。
學(xué)生能猜出距離、二者質(zhì)量，但很可能也會(huì )說(shuō)出行星周期、線(xiàn)速度、角速度等。教師不做點(diǎn)評，只說(shuō)我們需要用理論驗證。（學(xué)生可能知道萬(wàn)有引力，但知道萬(wàn)有引力大小與什么有關(guān)的應該很少，因此此處的猜測有意義）
教師提問(wèn)：請用我們學(xué)過(guò)的知識提供一種驗證思路：
讓學(xué)生討論出：由運動(dòng)情況（通過(guò)運動(dòng)學(xué)公式）→加速度（通過(guò)牛頓第二定律）→受力情況
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教師介紹
在牛頓所處時(shí)代，行星的運動(dòng)情況觀(guān)測資料已經(jīng)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(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(wèn)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，但是多數行星的軌道十分接近圓，因此我們現在就通過(guò)圓軌道用剛才的思路導出太陽(yáng)對行星引力的表達式，驗證我們的猜測，同時(shí)再現牛頓當時(shí)的思維過(guò)程。
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