2024-2025學年高中物理第六章萬有引力與航天2太陽與行星間的引力2教案新人教版必修2

PAGE1-“太陽與行星間的引力”【學習內容分析】在行星運動規(guī)律與萬有引力定律兩節(jié)內容之間支配本節(jié)內容，是為了更突動身覺萬有引力定律的這個科學過程。假如說上一節(jié)內容是從運動學角度描述行星運動的話，那么，本節(jié)內容是從動力學角度來探討行星運動的，探討過程是依據(jù)已有規(guī)律進行的演繹推理過程。教科書在敬重歷史事實的前提下，通過一些邏輯思維的鋪墊，讓學生以自己現(xiàn)有的學問基礎身于歷史的背景下，經驗一次“發(fā)覺”萬有引力的過程，因此體驗物理學探討問題的方法就成為主要的教學目標。【學情分析】在學太陽對行星的引力之前，學生已經對力、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，并且駕馭自由落體運動和圓周運動等運動規(guī)律，能嫻熟運用牛頓運動定律解決動力學問題。已經完全具備深化探究和學習萬有引力定律的起點實力。所以在推導太陽與行星運動規(guī)律時，老師可以要求學生自主地運用原有已經的學問進行推導，并要求說明每一步推理的理論依據(jù)是什么，老師僅在難點問題上做適當?shù)狞c撥?！窘虒W目標】一、學問與技能1、了解關于行星繞太陽運動的不同觀點和引力思想形成的歷程。2、知道行星繞太陽運動的緣由，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動向心力來源；3、知道太陽與行星間引力的方向和表達式，知道牛頓定律在推導太陽與行星間引力時的作用，領悟將不易測量的物理量轉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探究過程，相識科學探究中溝通和獨創(chuàng)的意義；2、了解物理學的探討方法，相識物理模型和數(shù)學工具在物理學發(fā)展過程中的作用；3、通過思維程序“提出問題→猜想與假設→理論分析→試驗觀測→驗證結論”培育學生探究思維實力。三、情感看法與價值觀1、領會自然界的奇異與和諧，蘊涵其中的規(guī)律之簡潔，發(fā)展對科學的新奇心與求知欲，樂于探究自然界的奇異，體驗探究自然規(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溝通的愿望。【教學重難點】太陽與行星間的引力的推導思路和過程；突出教學重難點的方法：引導學生動手參加推導過程，關注學生推導細微環(huán)節(jié)并剛好溝通和反饋，總結推導步驟；老師呈現(xiàn)推導過程要層次分明，突出關鍵?！窘虒W資源】1、教學課件(PPT文件)2、多媒體教學設備【教學設計過程】一、復習舊課（引導學生回答，老師剛好訂正補充）老師活動：請同學們從運動的描述角度思索，開普勒行星運動定律的物理意義？（提問）學生活動：第肯定律揭示了描述行星運動的參考系、及其運動軌跡；其次定律揭示了行星在橢圓軌道上運動經過不同位置的快慢狀況，近日點旁邊速度大，遠日點旁邊速度?。坏谌桑航沂玖瞬煌行请m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。老師活動：課件展示開普勒三定律：開普勒第肯定律也叫橢圓軌道定律，它的詳細內容是：全部行星分別在大小不同的軌道上圍繞太陽運動。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。開普勒其次定律：對隨意行星來說，他與太陽的連線在相等的時間內掃過相等的面積。開普勒第三定律的詳細表述是:行星繞太陽運動軌道半長軸R的立方與運動周期T的平方成正比。老師活動：開普勒在1609和1619年發(fā)表了行星運動的三個定律，解決了描述行星運動的問題，但新奇的人們，面對天穹，深情地叩問：是什么力氣支配著行星圍著太陽做如此和諧而有規(guī)律的運動呢？（問題的提出：）引導學生思索：問題1：行星在橢圓軌道上運動是否須要力？這個力是什么力供應的？大小跟太陽與行星間的距離有什么關系嗎？學生活動：行星在橢圓軌道上運動須要力，這個力可能是太陽與行星之間引力供應的，大小跟太陽與行星間的距離應有關。問題2：.行星的實際運動是橢圓運動，但我們還不知道求出橢圓運動加速度的運動學公式，我們現(xiàn)在怎么辦？把它簡化為什么運動呢？學生活動：揣測可以簡化為圓周運動。行星軌道半長軸(106km)軌道半短軸(106km)水星57.956.7金星108.2108.1地球149.6149.5火星227.9226.9木星778.3777.4土星1427.01424.8天王星2882.32879.1海王星4523.94523.8問題3：.既然把行星繞太陽的運動簡化為圓周運動。那么行星繞太陽的運動可進一步簡化為勻速圓周運動嗎？為什么？學生活動：.揣測可以簡化為勻速圓周運動。老師活動：多媒體展示八大行星的軌道數(shù)據(jù)：視察八大行星的軌道半長軸與半短軸的區(qū)分并結合開普勒其次定律的內容得到結論：行星繞太陽的運動可以看作是勻速圓周運動。（簡化模型）老師活動：總結：行星做曲線運動→必受到力的作用→把行星繞太陽的運動簡化為圓周運動→進一步簡化為勻速圓周運動。設計說明：依照已學學問點提出問題，然后讓學生個體作答解決問題，同時不斷拋出新的探討點，引導學生主動參加探討探究。模型簡化也經過先揣測再推理的過程?！拘抡n教學】一、人類對行星運動規(guī)律緣由相識的過程：老師活動：介紹十七世紀前以及伽俐略，開普勒，笛卡兒的觀點：17世紀前：行星理所應當?shù)淖鲞@種完備的圓周運動；伽利略：一切物體都有合并的趨勢，這種趨勢導致物體做圓周運動；開普勒：受到了來自太陽的類似于磁力的作用。笛卡兒：在行星的四周有旋轉的物質作用在行星上，使得行星繞太陽運動。進一步介紹：到牛頓這個時代的時候，科學家們對這個問題有了更進一步的相識，例如胡克、哈雷等，他們認為行星繞地球運動受到太陽對它的引力，甚至證明白行星軌道假如為圓形，引力的大小跟太陽距離的二次方成反比，但無法證明在橢圓軌道下，引力也遵循這個規(guī)律。（猜想與假設）牛頓在前人的基礎上，證明白假如太陽和行星的引力與距離的二次方成反比，則行星的軌跡是橢圓，并且闡述了普遍意義下的萬有引力定律。過渡：這一節(jié)和下一節(jié)，我們將追尋牛頓的蹤跡，用自己的手和腦，重新“發(fā)覺”萬有引力定律。由于受到數(shù)學學問的限制，我們要對行星繞太陽的運動進行簡化，簡化為勻速圓周運動。二、引力的推導：思路：已知運動規(guī)律>求受力規(guī)律（太陽對行星的引力）探究:老師活動：太陽與行星間的引力F跟行星到太陽的距離有關，然而它們之間有什么定量關系呢？關于這個問題我們可以將行星的運動簡化行星繞太陽做勻速圓周運動。那么太陽對行星的引力，就等于行星做勻速圓周運動的向心力。假如設行星的質量為m，速度為v，運行周期為T，行星到太陽的距離為r，則行星繞太陽做勻速圓周運動的向心力可以怎樣表示？學生活動：向心力可以表示為=老師活動：在天文觀測中我們應當用哪個方程來探究向心力呢？學生活動：天文觀測中難以干脆得到行星運動的速度v，但可以得到行星公轉的周期T，因此應當用來表示向心力。老師活動：能不能依據(jù)得到的結論？學生活動：不同行星的公轉周期是不同的，所以不能說。老師活動：而且要找尋F跟的關系，那么表達式中就不應當出現(xiàn)周期T，所以要設法消去上式中的T，應當怎么消呢？學生活動：可以把開普勒第三定律變形為，代入上式得到：

或

①老師活動：我們留意到K是一個與行星無關，而僅與太陽有關的常數(shù)，這表明太陽對不同行星的引力，與行星的質量成正比，與行星和太陽間距離的二次方成反比。老師活動：但是，假如中心天體的質量發(fā)生改變，引力F變不變呢？用疊加的觀點分析此問題，可以得出：F將改變，且M增大，F(xiàn)也增大；反之亦然。很明顯，F(xiàn)還應與中心天體的質量M有關，它們之間有什么關系呢？怎樣探討F與M的關系呢？（思索1分鐘）思路分析：剛才我們選擇行星為探討對象，探討的結果中并沒有出現(xiàn)太陽質量M。下面我們不妨嘗試以太陽為探討對象，看看行星對太陽的引力什么特征？對于太陽對行星的引力，太陽是施力物，而依據(jù)牛頓第三定律，太陽也要受到行星大小相等，方向相反的引力作用，對于這個引力，太陽又是受力物。對稱性是很多物理規(guī)律的一個重要特性。假如太陽與行星，行星與衛(wèi)星間的引力是同種性質的力，那么行星對太陽的引力是不是也應當與太陽的質量成正比呢？假如這個猜想是正確的，那么行星對太陽的引力又可以表示成什么呢？學生活動：（探討、推導、溝通），

或

②（M為太陽質量，是與行星有關的常數(shù)）老師活動：很好，太陽對行星的引力和行星對太陽的引力有什么關系？你能結合①、②式得到什么關系？學生活動：……，這兩個力是作用力與反作用力的關系，依據(jù)牛頓第三定律可知：，由①②得：

③老師活動：假如把這個結論進一步拓展，你還能得到什么結論？學生活動：應當還可以得到：老師活動：看到這樣的式子，你是不是有些興奮？是不是能發(fā)覺些什么？學生活動：我覺得從應當可以得到比值應當是個常數(shù)。老師活動：這個想法很大膽，但是從可以下結論認為是常數(shù)嗎？你的結論還只能是個猜想或假設，當然這個想法特別具有建設性。不過我們還應當進行驗證。

假如這個猜想成立，即（C是一個常數(shù)），那么①②式中的又可以怎樣表示？假如再把它們代回到①②式，你又能有什么發(fā)覺？學生活動：……，可以得到：老師活動：留意到是個常數(shù)，可以用令，這個結論也可以寫成：，方向：太陽與行星間引力的方向沿著二者的連線。適用范圍：太陽與行星間的引力老師活動：上面，我們用自己的手和腦，得到了太陽與行星間的引力公式。我們今日得到的結論是萬有引力定律么?講解并描述：通過演繹推理得到的結論，推廣到一般意義上的規(guī)律，在科學上是特別嚴謹?shù)氖虑?，須要經過實踐和試驗的檢驗。設計說明:書本上依據(jù)太陽對不同行星的引力，行星對太陽的引力，推導太陽與行星間的引力為過于牽強附會，不符合學科的認知規(guī)律，學生不易接受,學生感到很茫然，而用該方法思路過程很嚴密,學生簡單駕馭?！咀鳂I(yè)設計】推導太陽與行星間的引力；做《步步高》上相關物理題?！景鍟O計】太陽與行星間的引力探究1、行星饒?zhí)栠\動向心加速度為，依據(jù)牛頓其次定律，太陽對不同行星的引力：探究2（1）太陽對行星的引力大?。航Y論：或（1）（2）行星對太陽的引力結論：

或（2）（3）由（1）、（2）式得，設，則，令（4）太陽與行星間的引力：是比例系數(shù)，與太陽、行星都沒有關系方向：太陽與行星間引力的方向沿著二者的連線。適用范圍：太陽與行星間的引力【教學反思】為了讓學生駕馭建立物理模型、運用數(shù)學工具進行數(shù)學推導發(fā)覺物理規(guī)律的探討方法，教學中應當調動學生參加探究的過程，這須要老師的引導，為此，本節(jié)課采納“導探”式教學法，即在老師的引導下，讓學生通過獨立思索、合作溝通、小組探討的方式完成探究的過程，讓學生真正體驗科學探究的方法。太陽