2020-2021学年高中物理-第六章-万有引力与航天-2-太阳与行星间的引力教案-新人教版必修2.doc

2020-2021学年高中物理 第六章 万有引力与航天 2 太阳与行星间的引力教案 新人教版必修2

2020-2021学年高中物理 第六章 万有引力与航天 2 太阳与行星间的引力教案 新人教版必修2

年级：
姓名：

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太阳与行星间的引力
【设计思想】
（一）教材分析
《太阳与行星间的引力》是高中物理必修二第六章《万有引力与航天》的第二节，内容是从动力学的角度研究行星的运动，发现太阳与行星间的引力规律。展示了从已知规律经演绎推理发现未知物理规律的探究过程。是对学生进行科学探究过程教育的良好素材，也是本章的教学重点。
（二）学情分析
学生通过前面的学习，对运动和力的关系已有了较为深入的理解，掌握了抛体运动及匀速圆周运动的规律。并能熟练的运用牛顿运动定律解决常见的两类动力学问题。能用开普勒三定律描述行星运动的规律。
（三）设计思路
基于教材内容和学生的学情，拟采用在教师引导下的学生自主探究模式进行教学。在课堂上教师设疑引导鼓励学生主动参与、主动思考、主动探究，充分展现探究的过程，实现对学生探究能力的培养。采用多媒体辅助教学，增大课堂容量。注重以问题为先导，引导学生在对问题的探究中学习物理。
【教学目标】
（一）知识与技能
1、理解太阳与行星间存在引力。
2、能根据开普勒三定律和牛顿运动定律推导出太阳与行星间的引力公式。
（二）过程与方法
1、了解行星绕太阳运动原因的认识过程。
2、通过太阳与行星间引力公式的推导过程，体会逻辑推理在物理学中的重要性。
（三）情感、态度与价值观
1、体会科学发现过程的曲折与艰辛。
2、感受太阳与行星间的引力关系，体会物理学的简单美，感受大自然的奥秘。
【教学重点】
根据开普勒行星三定律和牛顿运动定律推导出太阳与行星间的引力公式
【教学难点】
太阳与行星间引力公式的推导
【教学方法】
引导探究 逻辑推理
【课前准备】
多媒体课件
【课时安排】
1课时
【教学过程】
（一）复习旧知识 提出新问题
仰望夜空，斗转星移，人们很想知道行星是怎样运动的。开普勒在前人工作的基础上，用他的行星运动三定律，简明地描述了行星运动的规律，同学们回忆一下，这三条定律的内容分别是什么?
学生思考并回答。（顺序投影三定律）
第一定律（轨道定律）：所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上。
第二定律（面积定律）：对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等时间内扫过相等的面积。
第三定律（周期定律）：所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等。即：
（比值k是一个与行星无关的常量）
多数行星的轨道非常接近圆，如果按圆轨道来处理，开普勒三定律又该怎样表述呢？
对某一行星来说，它绕太阳作匀速圆周运动，其轨道半径的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等。
即 （比值k是一个与行星无关的常量）
开普勒行星运动三定律解决了行星怎样运动的问题，人们对未知世界总是充满了好奇和猜想，人们很快又在想：为什么行星绕太阳如此和谐而又有规律地做椭圆运动？
（二）科学家们给出的答案
我们首先来看一下那个时代的科学巨匠是怎样解释这个问题的。
1、伽利略：一切物体都有合并的趋势，这种趋势导致物体做圆周运动。
2、开普勒：受到了来自太阳的类似于磁力的作用。
3、笛卡儿：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。
4、胡克等: 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，但没法证明在椭圆轨道时规律也成立。
在今天的我们看来这些解释都还不够完善，这是由于那时关于运动和力的概念及其关系还没有建立。他们不可能深入研究。牛顿利用他的运动定律和超凡的数学才能明确地回答了这个问题：行星绕太阳运动是因为受到了太阳的引力作用，并从运动与力关系出发，深入探究了这种力，发现了万有引力定律。
这里我们将追寻牛顿的足迹，体验牛顿的思维方式和推理过程。
（三）追寻牛顿的足迹 探究太阳与行星间的引力
一、太阳对行星的引力
1.猜想与模型简化
由力和运动的关系知:已知力的作用规律可推测物体的运动规律;若已知物体的运动规律,也可以推测力的作用规律.
问题1.今天探究太阳与行星间的相互作用属于哪种情况?
问题2.行星绕太阳运动的轨道是怎样的?且满足什么规律？
问题3.若要解决椭圆轨道的运动，根据现在的知识水平，可作如何简化?（投影表格）
学生交流讨论后回答：
明确:1.属于已知运动求力的情况.
2.由开普勒行星运动定律,行星绕太阳运动轨道是椭圆,相等的时间内半径扫过的面积相等,且满足=k.
3.简化成匀速圆周运动.
问题4.太阳对行星的引力提供向心力，那么这个力的大小跟哪些因素有关呢？

2.太阳对行星的引力.

问题探究:若已知某行星做匀速圆周运动的轨道半径为r，线速度为v，质量为m
问题1.行星做匀速圆周运动需要的向心力的表达式是怎样的？
问题2.天文观测难以直接得到行星运动的线速度v，但可得到行星的公转周期T，线速度v与公转周期T的关系是怎样的？写出用公转周期T表示的向心力的表达式。
问题3.不同行星的公转周期T是不同的,F跟r关系式中不应出现周期T,我们可运用什么知识把T消去?
师生合作交流讨论推导或学生合作推导
明确:1.
2. 将 代入 得
3.由开普勒第三定律可知,=k,并且k是由中心天体的质量决定的.因此可对此式变形为T2=. 代入得
课件展示推导过程。再共同分析公式中除了m、r以外，其余都是常量，对任何行星都相同，这应该是太阳对行星引力的决定式。即:
说明：太阳对行星的引力，与行星的质量成正比，与行星和太阳的距离的二次方成反比。
二、行星对太阳的引力
既然太阳对行星有引力，那么行星对太阳有无引力？它有怎样的定量关系？
引导说明变换研究对象。（类比法）
由牛顿第三定律可知行星对太阳的引力与太阳对行星的引力是一对作用力与反作用力，二者同性等大，那么它们的大小应该具有相似的表达式,
所以应有：
三、太阳与行星间的引力
太阳对行星的引力与行星对太阳的引力是一对作用力与反作用力，二者性质相同且大小相等，那么它们的大小应该具有相同的表达式，
因此 和应该能够合二为一，你能做的到吗？
  组织讨论得出:  
说明该式的物理意义：太阳与行星间引力的大小与太阳的质量、行星的质量成正比，与两者距离的二次方成反比。引导学生写成等式即：

式中G为比例系数，与太阳、行星的质量无关，
引力的方向：沿着太阳和行星的连线。
从第谷的几千个数据到开普勒的三个定律再到牛顿的一个公式，让学生体会物理的简单美。
【课堂小结】
本节课探究了太阳与行星间引力的表达式
一、太阳对行星的引力
二、行星对太阳的引力
三、太阳与行星间的引力
【课堂练习】投影
【课后拓展】投影
【作业布置】
1、完成课本36页“问题与练习”第1、2题；
2、牛顿曾说：“如果说我比别人看得更远些,那是因为我站在了巨人的肩上”。通过学习本节内容，你对这句话如何理解，怎样才能站在巨人的肩上？
3、思考：行星绕太阳运动的规律是否也适用于月球绕地球运动？
【板书设计】 太阳与行星间的引力

一、太阳对行星的引力
二、行星对太阳的引力
三、太阳与行星间的引力