高中物理人教版第六章萬有引力與航天 校賽得獎

太陽與行星間的引力萬有引力定律一、三維目標知識與技能１．理解太陽與行星間存在引力２．能根據(jù)開普勒行星運動定律和牛頓第三定律推導出太陽與行星間的引力表達式３．理解萬有引力定律的含義并會推導萬有引力定律４．理解地面上物體所受的重力與天體間的引力是同一性質(zhì)的力，即服從平方反比定律的萬有引力過程與方法１．通過推導太陽與行星間的引力公式，體會邏輯推理在物理學中的重要性２．體會推導過程中的數(shù)量關(guān)系情感態(tài)度與價值觀感受太陽與行星間的引力關(guān)系，從而體會大自然的奧秘通過學習認識和借鑒科學的實驗方法，充實自己的頭腦，更好地去認識世界，建立科學的價值觀二、教學重點１．根據(jù)開普勒行星運動定律和牛頓第三定律推導出太陽與行星間的引力公式，記住引力公式２．在研究具體問題時，如何選取參考系三、教學難點１．太陽與行星間的引力公式推導過程四、教學過程◆引入【教師活動】開普勒定律發(fā)現(xiàn)之后，人們便開始更深入的思考：行星為什么這樣運動？這節(jié)課我們“追尋著牛頓的足跡”，用自己的手和腦，重新“發(fā)現(xiàn)”萬有引力定律。◆太陽對行星的引力【教師活動】為了簡化問題，行星的軌道按圓來處理，物體做圓周運動時需要向心力，通過分析我們很容易想到，這個向心力就是由太陽與行星之間的引力來提供的，請猜想太陽與行星的引力與什么因素有關(guān)？【學生活動】討論回答問題研究的問題中，只有太陽、行星，那么他們之間的引力可能與太陽的質(zhì)量、行星的質(zhì)量、他們之間的距離以及行星與太陽之間的媒介物有關(guān)，還可能與太陽與行星的形狀、大小有關(guān)。【教師活動】點評我們先研究太陽對行星的引力，這樣只研究引力與行星的質(zhì)量以及太陽與行星之間的距離的關(guān)系。那么，F(xiàn)與r的定量關(guān)系是什么？教師引導學生推導：根據(jù)開普勒行星運動定律，行星以太陽為圓心做勻速圓周運動，由太陽對行星的引力提供向心力。向心力等于F=天文觀測到行星周期T，則v=代入上式得F=根據(jù)開普勒第三定律代入上式得上式中對太陽系中任何行星都相同，因而F與成正比，既F結(jié)論：太陽對不同行星的引力與行星的質(zhì)量成正比，與太陽與行星間的距離的二次方成反比?！粜行菍μ柕囊Α窘處熁顒印烤吞枌π行堑囊Χ裕行鞘鞘芰ξ矬w，引力與受力物體的質(zhì)量成正比，行星對太陽的引力也應該與太陽的質(zhì)量成正比。F’∝EQ\f(M,r2)結(jié)論：行星對太陽的引力大小與太陽的質(zhì)量M成正比，與行星到太陽的距離r的二次方成反比?！籼柵c行星間的引力【教師活動】綜上推導過程，推導出太陽與行星間的引力與太陽質(zhì)量、行星質(zhì)量以及兩者距離的關(guān)系式，看看能得出什么結(jié)論。結(jié)論：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，與兩者距離的二次方成反比。把上式改成等式得分析：G是比例系數(shù)，與行星和太陽均無關(guān)太陽與行星間的引力規(guī)律，也適用于地球與衛(wèi)星間的引力◆引入萬有引力定律【教師活動】知道了太陽與行星之間作用力的規(guī)律，可以完全解釋行星的運動了，那么，是什么力使得地面的物體不能離開地球，總要落回地面呢？如蘋果被拋出后總要落回地面，那么是什么力使得蘋果不能離開地球呢？是否也是由于地球?qū)μO果的引力造成的？地球?qū)μO果的引力和太陽對行星的引力是同一種力嗎？若真是這樣，物體離地面越遠，其受地球的引力就應該越小，可是地面上的物體在距離地面很遠時似乎重力沒有明顯的減弱，是不是不夠遠，我們想這樣的高度比起天體之間的距離來說，真的不算遠！再往遠處設(shè)想如果物體遠到地球那邊，物體是否也會象月球那樣繞地球運動？也許真的是同一種力，我們就來探究這個問題?！粼隆貦z測【教師活動】猜想：“天上”的力與“人間”的力可能出于同一根源；如何檢驗這個猜想是否正確呢？【學生活動】閱讀教材月地檢測，回答問題【教師活動】點評在牛頓時代，重力加速度已能比較精確測定，當時也能比較精確地測定月球與地球之間的距離、月球的公轉(zhuǎn)周期，從而能夠算出月球運動的向心加速度，證明了猜想的正確性例題：已知：=，=天，g=,求【學生活動】計算結(jié)果：a月＝（EQ\f(2π,T月)）2r月地=×10-4≈EQ\f(1,602)結(jié)論：太陽與行星間、地球與月球間、地球與地面物體間的力是同一種性質(zhì)的力?！羧f有引力定律【教師活動】任意兩個物體之間都有這樣的力存在嗎？閱讀教材萬有引力部分?！緦W生活動】回答：牛頓作了大膽的猜想，任意兩個物體間都存在著這樣的力。于是這個結(jié)論被推廣到宇宙中的一切物體之間。即：萬有引力定律：自然界中的任何兩物體都互相吸引沒，引力的大小與物體的質(zhì)量m1和m2成正比，與他們之間的距離r的二次方成反比即【教師活動】點評此后，大量的事實和大量的實驗證明了萬有引力定律的正確性。式中質(zhì)量的單位為kg，距離的單位為m，力的單位N，G叫引力常量。應用公式時注意下面問題：適用于質(zhì)點間引力大小的計算對于可視為質(zhì)點的物體間的引力求解也可以利用萬有引力公式當研究的物體不能看成質(zhì)點時，可以把物體假想分割成無數(shù)質(zhì)點，求分力，再求合力如果物體是球體的話，這個距離就是兩個球心之間的距離?！粢ΤＡ俊窘處熁顒印靠ㄎ牡显S通過實驗測出G=意