【學(xué)習(xí)內(nèi)容分析】
在行星運(yùn)動規(guī)律與萬有引力定律兩節(jié)內(nèi)容之間安排本節(jié)內(nèi)容，是為了更突出發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的這個科學(xué)過程。如果說上一節(jié)內(nèi)容是從運(yùn)動學(xué)角度描述行星運(yùn)動的話，那么，本節(jié)內(nèi)容是從動力學(xué)角度來研究行星運(yùn)動的，研究過程是依據(jù)已有規(guī)律進(jìn)行的演繹推理過程。教科書在尊重歷史事實的前提下，通過一些邏輯思維的鋪墊，讓學(xué)生以自己現(xiàn)有的知識基礎(chǔ)身于歷史的背景下，經(jīng)歷一次“發(fā)現(xiàn)”萬有引力的過程，因此體驗物理學(xué)研究問題的方法就成為主要的教學(xué)目標(biāo)。
【學(xué)情分析】
在學(xué)太陽對行星的引力之前，學(xué)生已經(jīng)對力、重力、向心力、加速度、重力加速度、向心加速度等概念有了較好的理解，并且掌握自由落體運(yùn)動和圓周運(yùn)動等運(yùn)動規(guī)律，能熟練運(yùn)用牛頓運(yùn)動定律解決動力學(xué)問題。已經(jīng)完全具備深入探究和學(xué)習(xí)萬有引力定律的起點能力。所以在推導(dǎo)太陽與行星運(yùn)動規(guī)律時，教師可以要求學(xué)生自主地運(yùn)用原有的知識進(jìn)行推導(dǎo)，并要求說明每一步推理的理論依據(jù)是什么，教師僅在難點問題上做適當(dāng)?shù)狞c撥。
【教學(xué)目標(biāo)】
一、知識與技能
1.了解關(guān)于行星繞太陽運(yùn)動的不同觀點和引力思想形成的歷程。
2.知道行星繞太陽運(yùn)動的原因，知道太陽與行星間存在著引力作用，知道行星繞太陽做勻速圓周運(yùn)動向心力來源。
3.知道太陽與行星間引力的方向和表達(dá)式，知道牛頓定律在推導(dǎo)太陽與行星間引力時的作用，領(lǐng)會將不易測量的物理量轉(zhuǎn)化為易測量物理量的方法。
二、過程與方法
1.追尋得出太陽與行星間引力的科學(xué)探究過程，認(rèn)識科學(xué)探究中交流和獨(dú)創(chuàng)的意義;
2.了解物理學(xué)的研究方法，認(rèn)識物理模型和數(shù)學(xué)工具在物理學(xué)發(fā)展過程中的作用;
3.通過思維程序“提出問題→猜想與假設(shè)→理論分析→實驗觀測→驗證結(jié)論”培養(yǎng)學(xué)生探究思維能力。
三、情感態(tài)度與價值觀
1.領(lǐng)略自然界的奇妙與和諧，蘊(yùn)涵其中的規(guī)律之簡潔，發(fā)展對科學(xué)的好奇心與求知欲，樂于探究自然界的奧秘，體驗探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅。
2.培育與他人合作的精神，將自己的見解與他人交流的愿望。
【教學(xué)重難點】
1.太陽與行星間的引力的推導(dǎo)思路和過程。
2.突出教學(xué)重難點的方法：引導(dǎo)學(xué)生動手參與推導(dǎo)過程，關(guān)注學(xué)生推導(dǎo)細(xì)節(jié)并及時交流和反饋，總結(jié)推導(dǎo)步驟;教師呈現(xiàn)推導(dǎo)過程要層次分明，突出關(guān)鍵。
【教學(xué)資源】
1.教學(xué)課件(PPT文件)
2.行星運(yùn)動數(shù)據(jù)(excel文件)
3.曲線擬合工具(excel軟件)
4.多媒體教學(xué)設(shè)備
【教學(xué)過程設(shè)計】
復(fù)習(xí)舊課：
(引導(dǎo)學(xué)生回答，教師及時糾正補(bǔ)充)
教師活動：請同學(xué)們從運(yùn)動的描述角度思考，開普勒行星運(yùn)動定律的物理意義?(提問)
學(xué)生活動：第一定律揭示了描述行星運(yùn)動的參考系、及其運(yùn)動軌跡;第二定律揭示了行星在橢圓軌道上運(yùn)動經(jīng)過不同位置的快慢情況，近日點附近速度大，遠(yuǎn)日點附近速度小;第三定律：揭示了不同行星雖然橢圓軌道和環(huán)繞周期不同，但由于中心天體相同，所以共同遵循軌道半長軸的三次方與周期的二次方比值相同的規(guī)律。
教師活動：課件展示開普勒三定律：
開普勒第一定律也叫橢圓軌道定律，它的具體內(nèi)容是：所有行星分別在大小不同的軌道上圍繞太陽運(yùn)動。太陽在這些橢圓的一個焦點上。他的這條定律否定了行星軌道為圓形的理論。
開普勒第二定律：對任意行星來說，他與太陽的連線在相等的時間內(nèi)掃過相等的面積。
開普勒第三定律的具體表述是：行星繞太陽運(yùn)動軌道半長軸R的立方與運(yùn)動周期T的平方成正比。
教師活動：
開普勒在1609和1619年發(fā)表了行星運(yùn)動的`三個定律，解決了描述行星運(yùn)動的問題，但好奇的人們，面向天穹，深情地叩問：是什么力量支配著行星繞著太陽做如此和諧而有規(guī)律的運(yùn)動呢?(問題的提出：)
引導(dǎo)學(xué)生思考：
問題1：行星在橢圓軌道上運(yùn)動是否需要力?這個力是什么力提供的?大小跟太陽與行星間的距離有什么關(guān)系嗎?
學(xué)生活動：行星在橢圓軌道上運(yùn)動需要力，這個力可能是太陽與行星之間引力提供的，大小跟太陽與行星間的距離應(yīng)有關(guān)。
問題2：行星的實際運(yùn)動是橢圓運(yùn)動，但我們還不知道求出橢圓運(yùn)動加速度的運(yùn)動學(xué)公式，我們現(xiàn)在怎么辦?把它簡化為什么運(yùn)動呢?
學(xué)生活動：猜測可以簡化為圓周運(yùn)動。
問題3：既然把行星繞太陽的運(yùn)動簡化為圓周運(yùn)動。那么行星繞太陽的運(yùn)動可進(jìn)一步簡化為勻速圓周運(yùn)動嗎?為什么?
學(xué)生活動：猜測可以簡化為勻速圓周運(yùn)動。
教師活動：多媒體展示八大行星的軌道數(shù)據(jù)。
總結(jié)：行星做曲線運(yùn)動→必受到力的作用→把行星繞太陽的運(yùn)動簡化為圓周運(yùn)動→進(jìn)一步簡化為勻速圓周運(yùn)動。
設(shè)計說明：依照已學(xué)知識點提出問題，然后讓學(xué)生個體作答解決問題，同時不斷拋出新的討論點，引導(dǎo)學(xué)生積極參與討論探究。模型簡化也經(jīng)過先猜測再推理的過程。
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