用物理学史串起的课堂 高中物理教学获奖论文

[内容摘要] “今天我们科学界有一个弱点，这就是思想不很活泼，这也许跟大家过去受的教育有一定关系…”（钱三强），今天我们的课改就是有针对性地解决上述问题。那么应该怎么去做呢？我想应该体现在教师每一节课，每一个细节的处理上。笔者对此略有感触，下面以《万有引力定律》为例，谈一谈教学过程中的一些实践与思考。万有引力定律的发现史是一个曲折反复的过程，是一个严密推理的过程，是一个创新思考的过程，本节课如能以物理学史为线索，引领学生重走发现之路，定会收取意想不到的效果。

 [关键词]  物理教学  万有引力  物理学史 

一、感悟课改真谛

新一轮的课改已经在我省轰轰烈烈地展开，也把培养学生的钻研精神和探究问题的能力定义为教学的终极目标。下面，就《万有引力定律》一课我们循着新旧教材的更替历史，深刻感悟课改精髓：

1.人教90 （97）版首先在必修第一册第一章第二节就对万有引力有了定性的交代，包括定义，大小关系，及与天体运动的关系。又于选修第三册第三章第五节给出万有引力公式，并无推导过程。

2.人教03版第一册第六章第二节对万有引力的得出是这样处理的：首先以行星太阳为例推导公式，进而推广，对推广递进的过程处理得相当模糊。

3.人教06版（即新教材）必修2第六章第二三节，以两节的篇幅先后阐述牛顿对这一问题的思考过程：太阳对行星的引力、行星对太阳的引力、太阳与行星间的引力、月-地检验、万有引力定律。

对比新旧教材，不难发现，课改教材从一些细节的编排上更注重物理学发展、发现的历史，更尊重科学发现的规律，更能启发学生思考，培养科学研究的精神和方法。鉴于此，我在本节课的讲授过程中有了更深刻的感悟。

二、假若我就是当年的“他”…

“一门科学的历史，就是这门科学本身。”（歌德） 本节课通过演绎牛顿当年发现万有引力定律的过程，寻找支配浩瀚宇宙天体运动的神秘规律……

（一）、巨人的肩膀

“如果我看得更远，那是因为站在巨人的肩上…”（牛顿）当我们为伟人那谦恭的胸怀所深深折服之时，也更深刻地体会到科学是全人类共同创造的财富，是科学家集体智慧的结晶。在万有引力定律研究过程中我们不能省略，也不应该省略前人铺就的路：

1.、17世纪前：行星做得是完美而又神圣的圆周运动．（无需什么动因）

2、伽利略（1564—1642）：一切物体都有合并的趋势，这种趋势导致天体做圆周运动．

3、开普勒（1571—1630）：一定是受到了来自太阳的类似于磁力的作用才做圆周运动

4、笛卡尔（1596—1650）：在行星的周围有旋转的物质作用在行星上，使得行星绕太阳运动．

5、胡克、哈雷等：受到了太阳对它的引力。证明了如果行星的轨道是圆形的，其所受的引力大小跟行星到太阳的距离的二次方成反比．

正是前辈科学家的研究为牛顿的研究工作铺就了坚实的基石。

（二）、我来做“牛顿”

在相似的科学背景下，让学生经历与科学家相似的研究过程中获取知识，领悟科学思想观念和科学家研究自然所用的方法，体会科学研究的周密及严谨，感受科学研究的逻辑美。这是一次生动的科学思维和科学方法的教育。

1、太阳与行星间的引力

①建立模型，温故探新

②数学推导，总结规律

③科学推想，形成等式

2、月-地猜想——寻找上天的“梯子”：

在一个深秋的傍晚，牛顿像往常一样坐在院子里的苹果树下思索着天体运动问题。忽然，一个被夕阳余辉映得通红的苹果从树上掉下来，正好落在他面前。

假设你坐在了苹果树底下，也开始了你的思考：

（1）苹果熟了，为什么会落到地上而不是天上？

（2）苹果树不论长得矮还是高，树上的苹果都会落地。那么，这个力延伸到遥远的38万公里以外的月球，引力还可能存在……

（3）苹果树上的苹果相对地球静止，在重力的作用下，因此会落到地面；若月球相对于地球静止，月球也将像苹果一样的落回地面。地球上的苹果若具有月球一样的运动速度，它也将像月球一样不落回地面。能否假设月球和苹果受到同一性质的力呢？

3、月-地检验

事实一：当时已经知道月球轨道半径约为地球半径的60倍，如果维持月球绕地球运动的力与使苹果下落的力真的是同一种力，同样遵从“平方反比”规律，那么由月球轨道半径约为地球半径的60倍很容易推得同一物体月球轨道受到地球引力约为地面物体的 1/3600

事实二：那个时代，重力加速度、月地距离、月球公转周期都已经能精确测定，可以从牛顿第二定律出发来证明月球轨道加速度和地面重力加速度的关系为1/3600

月-地猜想得到了有力的证实。

4、猜想任意两个物体间的力——再度思考：

   既然太阳行星间、地球月球间、地球物体间有引力，那么任何两个有质量的物体间是否也都有这样的引力呢？

（1）、为什么我们感觉不到旁边同学的引力呢？

下面我们粗略地来计算一下两个质量为50kg，相距0.5m的人之间的引力？（为什么说是粗略？）

F=GMm/R²=6.67×10^-7N

（2）、那么太阳与地球之间的万有引力又是多大？

已知：太阳的质量为M=2.0×10³⁰kg，地球质量为m=5.9×10²⁴kg，日地之间的距离为R=1.5×10¹¹m

F=GMm/R²=3.5×10²³N

说明:引力在天体与天体间,天体与物体间比较显著,但通常物体间的引力可忽略不计.

5、我有证据

（1）历史证据：介绍引力常量的测量—卡文迪许扭称实验(1789年)

（2）自己动手：我们不做看客，让我们们也动起来，想想办法，我们是不是也能想出方案，验证一下万有引力的存在，请说出你的想法：

方案一：

看看弹簧秤能否显示万有引力的存在？

弹簧秤下挂一个物体，靠近一质量较大的且密度较大的物体。因弹簧秤的精度为0.1N，请计算你能找到的物体需要靠近到什么程度？

简单运算发现弹簧秤变化0.1N需要用两个大约1吨的球相距1厘米。

方案二：

吸取方案一的教训，我们换用一种更精密的仪器：天平

在一架精密的天平两盘中各放质量为m的物体，达到平衡。如果将质量为M的一个大物体放在天平一侧质量为m的物体下面，由于m与M间的引力作用将破坏原来的平衡状态 ，天平不再平衡，从而证明了万有引力的存在。………………………………【全文请点击下载word压缩文档】点击下载此文件