物理②必修6.2《太陽與行星間的引力》教案

1、.6.2 太陽與行星間的引力教學(xué)目的一、知識(shí)與技能1理解太陽與行星間存在引力。2能根據(jù)開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律和牛頓第三定律推導(dǎo)出太陽與行星間的引力表達(dá)式。二、過程與方法1理解行星與太陽間的引力公式的建立和開展過程。2體會(huì)推導(dǎo)過程中的數(shù)量關(guān)系。三、情感、態(tài)度與價(jià)值觀理解太陽與行星間的引力關(guān)系，從而體會(huì)到大自然的奧秘。教學(xué)重點(diǎn) 對(duì)太陽與行星間引力的理解。教學(xué)難點(diǎn) 運(yùn)用所學(xué)知識(shí)對(duì)太陽與行星間引力的推導(dǎo)。課時(shí)安排 1課時(shí)。教學(xué)過程一、導(dǎo)入新課老師活動(dòng)：開普勒在前人的根底上，經(jīng)過計(jì)算總結(jié)出了他的三條定律，請(qǐng)同學(xué)們回憶一下，三條定律的內(nèi)容是什么？學(xué)生答復(fù)老師活動(dòng)：開普勒第三定律適用于圓軌道時(shí)，是怎樣表述的？學(xué)

2、生答復(fù)老師活動(dòng)：通過對(duì)開普勒定律的學(xué)習(xí)，知道了行星運(yùn)動(dòng)時(shí)所遵循的規(guī)律，即行星怎樣運(yùn)動(dòng)？那么行星為什么要做這樣的運(yùn)動(dòng)呢？二、新課教學(xué) 許多科學(xué)家都對(duì)運(yùn)動(dòng)的原因提出了各種猜測(cè)。牛頓在前人對(duì)慣性研究的根底上，認(rèn)為：以任何方式改變速度包括方向都需要力。因此，使行星沿圓或橢圓運(yùn)動(dòng)，需要指向圓心或橢圓焦點(diǎn)的力，這個(gè)力應(yīng)該是太陽對(duì)它的引力，所以，牛頓利用他的運(yùn)動(dòng)定律把行星的向心加速度與太陽對(duì)它的引力聯(lián)絡(luò)起來了。 一太陽對(duì)行星的引力老師活動(dòng)：引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材，出示提綱，讓學(xué)生在練習(xí)本上獨(dú)立推導(dǎo)：1. 行星繞太陽做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，寫出行星需要的向心力表達(dá)式，并說明式中符號(hào)的物理意義。2. 行星運(yùn)動(dòng)的線速度v與周期

3、T的關(guān)系式如何？為何要消去v？寫出要消去v后的向心力表達(dá)式。3. 如何應(yīng)用開普勒第三定律消去周期T？為何要消去周期T？4. 寫出引力F與間隔 r的比例式，說明比例式的意義。老師活動(dòng)：投影學(xué)生的推導(dǎo)過程，點(diǎn)評(píng)。師生交流討論或大膽猜測(cè)。明確：1既然把橢圓軌道簡(jiǎn)化為圓形軌道，由第二定律：行星與太陽的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過相等的面積，可知：行星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。2猜測(cè)：太陽對(duì)行星的引力，并且此引力等于行星做圓周運(yùn)動(dòng)所需要的向心力。3選擇，因?yàn)樵谌粘Ｉ钪校行抢@太陽運(yùn)動(dòng)的線速度v、角速度不易觀測(cè)，但周期T比較容易觀測(cè)出來。4由開普勒第三定律可知，并且k是由中心天體的質(zhì)量決定的。因此可對(duì)此式變形為。合作交

4、流根據(jù)對(duì)上述問題的探究，讓學(xué)生分組交流合作，推導(dǎo)出太陽對(duì)行星的引力的表達(dá)式。設(shè)行星的質(zhì)量為m，行星到太陽的間隔 為r，公轉(zhuǎn)周期為T，根據(jù)牛頓第二定律可得太陽對(duì)行星的引力為：由開普勒第三定律可得T2=由得：即F42k 式說明：太陽對(duì)不同行星的引力，與行星的質(zhì)量成正比，與行星和太陽間間隔 的二次方成反比。點(diǎn)評(píng)：通過對(duì)上述問題探究，使學(xué)生理解物理問題的一般處理方法：抓住主要矛盾，忽略次要因素，大膽進(jìn)展科學(xué)猜測(cè)，體會(huì)科學(xué)研究方法對(duì)人們認(rèn)識(shí)自然的重要作用。二行星對(duì)太陽的引力老師活動(dòng)：行星對(duì)太陽的引力與太陽的質(zhì)量M以及行星到太陽的間隔 r之間又有何關(guān)系？請(qǐng)?jiān)诰毩?xí)本上用學(xué)過的知識(shí)推導(dǎo)出來。學(xué)生活動(dòng)：在練習(xí)本

5、上用牛頓第三定律推導(dǎo)行星對(duì)太陽的引力F與太陽的質(zhì)量M以及行星到太陽的間隔 r之間的關(guān)系。老師活動(dòng)：投影學(xué)生的推導(dǎo)過程，點(diǎn)評(píng)。學(xué)生考慮、歸納、代表發(fā)言。明確：1兩個(gè)物體間的作用力和反作用力總是大小相等、方向相反，作用在同一條直線上。2根據(jù)牛頓第三定律和太陽對(duì)行星的引力滿足的關(guān)系可知：行星對(duì)太陽的引力大小應(yīng)該與太陽質(zhì)量M成正比，與行星、太陽間隔 的二次方成反比，也就是。三太陽與行星間的引力老師活動(dòng)：綜合以上推導(dǎo)過程，推導(dǎo)出太陽與行星間的引力與太陽質(zhì)量、行星質(zhì)量、以及兩者間隔 的關(guān)系式?？纯纯梢缘贸鍪裁唇Y(jié)論？學(xué)生活動(dòng)：在練習(xí)本上推導(dǎo)出太陽與行星間的引力表達(dá)式。老師活動(dòng)：投影學(xué)生的推導(dǎo)過程，點(diǎn)評(píng)。點(diǎn)評(píng)

6、：通過學(xué)生獨(dú)立推導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生邏輯推理才能，同時(shí)讓學(xué)生感受探究新知的樂趣。老師活動(dòng)：引導(dǎo)學(xué)生就教材“說一說欄目中的問題進(jìn)展討論，總結(jié)、點(diǎn)評(píng)。對(duì)公式的說明：1公式說明，太陽與行星間的引力大小，與太陽的質(zhì)量、行星的質(zhì)量成正比，與兩者距離的二次方成反比。2式中G是比例系數(shù)，與太陽、行星都沒有關(guān)系。3太陽與行星間引力的方向沿著兩者的連線方向。4我們沿著牛頓的足跡，一直是在已有的觀測(cè)結(jié)果開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律和理論引導(dǎo)牛頓運(yùn)動(dòng)定律下進(jìn)展推測(cè)和分析，觀測(cè)結(jié)果僅對(duì)“行星繞太陽運(yùn)動(dòng)成立，這還不是萬有引力定律。三、課堂小結(jié)通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們理解了：1太陽對(duì)行星的引力大小與行星的質(zhì)量成正比，與行星和太陽間間隔 的二

7、次方成反比。2行星對(duì)太陽的引力大小與太陽的質(zhì)量M成正比，與太陽到行星的間隔 的二次方成反比。3太陽與行星間的引力與太陽的質(zhì)量、行星的質(zhì)量成正比，與兩者間隔 的平方成反比： 寫成等式。四、課堂訓(xùn)練1.以下說法正確的選項(xiàng)是 。A.行星繞太陽的橢圓軌道可以近似地看作圓形軌道，其向心力來源于太陽對(duì)行星的引力 B.太陽對(duì)行星的引力大于行星對(duì)太陽的引力，所以行星繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)而不是太陽繞行星運(yùn)轉(zhuǎn)C.太陽對(duì)行星的引力等于行星對(duì)太陽的引力，其方向一定在兩者的連線上 D.所有行星與太陽間的引力都相等2關(guān)于力學(xué)問題的研究方法，以下描繪正確的選項(xiàng)是 。A.行星與太陽間作用的規(guī)律，是根據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)探究它受的力 B.平拋運(yùn)

8、動(dòng)的研究是根據(jù)物體的受力探究它的運(yùn)動(dòng) C.圓周運(yùn)動(dòng)的研究是根據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)探究它的力 D.圓周運(yùn)動(dòng)的研究是根據(jù)物體的受力探究它的運(yùn)動(dòng)3.假如認(rèn)為行星圍繞太陽做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，那么以下說法中正確的選項(xiàng)是 。A. 行星受到太陽的引力，提供行星做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力B. 行星受到太陽的引力，但行星運(yùn)動(dòng)不需要向心力C. 行星同時(shí)受到太陽的引力和向心力的作用D. 行星受到太陽的引力與它運(yùn)行的向心力可能不等4.假如要驗(yàn)證太陽與行星之間引力的規(guī)律是否適用于行星與它的衛(wèi)星，需要觀測(cè)衛(wèi)星的 。A.質(zhì)量 B.運(yùn)動(dòng)周期 C.軌道半徑 D.半徑5.把行星運(yùn)動(dòng)近似看作勻速圓周運(yùn)動(dòng)以后，開普勒第三定律可寫為T2kr3，那么可推得

9、 。A.行星受太陽的引力為 B.行星受太陽的引力都一樣C.行星受太陽的引力 D.質(zhì)量越大的行星受太陽的引力一定越大6.關(guān)于太陽與行星間的引力，以下說法中正確的選項(xiàng)是 。A太陽對(duì)行星的引力與行星對(duì)太陽的引力是一對(duì)平衡力B太陽對(duì)行星的引力與行星對(duì)太陽的引力是作用力與反作用力的關(guān)系C太陽與行星間的引力大小與太陽的質(zhì)量、行星的質(zhì)量成正比，與兩者間隔 的平方成反比D以上說法均不對(duì)7.兩顆做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的人造地球衛(wèi)星，它們的角速度和線速度分別為1、2和v1、v2。假如它們的軌道半徑之比r1r2=12，那么以下式子正確的選項(xiàng)是 。A.121 B.12=21 C.v1v21 D.v1v2=18.兩個(gè)行星的質(zhì)量分別為