河北省張家口一中高一物理 6.2《太陽與行星間的引力》學(xué)案

1、第6章 第二節(jié) 太陽與行星間的引力 三維目標(biāo)知識與技能知道行星繞太陽做圓周運動的原因是受到太陽對行星的引力提供向心力。會推導(dǎo)太陽與行星間的引力。過程與方法了解行星與太陽間的引力公式的建立和發(fā)展過程。應(yīng)用圓周運動的規(guī)律,運用數(shù)學(xué)方法推導(dǎo)引力的定量關(guān)系。情感態(tài)度與價值觀通過牛頓在前人的基礎(chǔ)上推導(dǎo)引力的定量關(guān)系的思想過程，體味科學(xué)研究的艱巨性，長期性，連續(xù)性。教學(xué)重點太陽與行星間引力的定量關(guān)系。教學(xué)難點行星對太陽引力的類比猜想。教學(xué)過程開普勒行星運動定律1 橢圓軌道定律2 面積定律3 周期定律根據(jù)這三定律我們已經(jīng)知道了行星的運動規(guī)律，行星之所以繞太陽做圓周運動，是什么原因呢？在本節(jié)和下一節(jié)將追尋著牛

2、頓的足跡，來探索萬有引力定律?！拘抡n教學(xué)】牛頓認為，力是改變物體運動狀態(tài)的原因，即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動，需要指向圓心或橢圓焦點的力。這個力是什么力呢？（太陽對它的引力）太陽對行星的引力1、猜想與模型簡化(1)猜想：太陽對行星的引力與什么因素有關(guān)？_引導(dǎo)學(xué)生分析：問題1:太陽與行星的形狀，大小與它們之間的距離相比較對研究問題的影響是否可以忽略不計？問題2: 太陽與行星之間是真空，對太陽與行星的引力有無影響？結(jié)論：_（2） 模型簡化：若要解決橢圓軌道的運動，根據(jù)現(xiàn)在的知識水平可作如何簡化？ _（3） 2太陽對行星的引力問題探究：（1）根據(jù)開普勒行星運動第

3、一、第二定律，在行星軌道為圓的簡化模型下，行星做何種運動？（2）做勻速圓周運動的物體必定有力提供向心力，行星的運動是什么力提供向心力？（3）向心力公式有多個，我們選擇哪個公式推導(dǎo)出太陽對行星的引力，為什么？（4）不同行星的公轉(zhuǎn)周期T是不同的，F(xiàn)跟r的關(guān)系式中不應(yīng)出現(xiàn)周期T，我們可運用什么知識把T消去？學(xué)生交流:1_2_3_4_合作交流：由上述問題探究，請同學(xué)們推導(dǎo)出太陽對行星的吸引力的表達式設(shè)行星的質(zhì)量為 m 行星到太陽的距離為 r公轉(zhuǎn)周期 TF=42mr/T2由開普勒第三定律r3/T2=k 可得T2= r3/ k由 F=42km/r2式表明太陽對不同行星的引力與行星的質(zhì)量成正比，與行星和太陽

4、間的距離的二次方成反比Fm/r2。行星對太陽的引力問題1:行星對太陽的引力與太陽對行星的引力兩個力是什么關(guān)系？需聯(lián)系到什么定律？問題2:根據(jù)這一定律，行星對太陽的引力與什么因素又關(guān)？歸納：1、_2、_太陽與行星間的引力探究：1、利用太陽對行星的作用力和行星對太陽的作用力的關(guān)系，猜想太陽與行星間作用力與M,m,r的關(guān)系。2、寫出太陽與行星間引力的關(guān)系式。_2、引入比例常數(shù)G，可得: F=_對此式進行說明：（1）_（2）_（3）_【課堂練習(xí)】1、在力學(xué)中，有的問題是根據(jù)物體的運動探究它受的力(運動學(xué))，另一些問題則是根據(jù)物體所受的力推測它的運動（動力學(xué)）。這一節(jié)的討論屬于哪一種情況？你能從過去學(xué)過

5、的內(nèi)容或做過的練習(xí)中各找一個例子嗎？2. 兩個行星的質(zhì)量分別為 m1和m2 ，繞太陽運行的軌道半徑分別是r1 和r2 ，若它們只受太陽引力的作用，那么這兩個行星的向心加速度之比為多少?四、對“說一說”欄目問題的討論本節(jié)“說一說”欄目提出：“如果要驗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，我們需要觀測這些衛(wèi)星運動的哪些數(shù)據(jù)？觀測前你對這些數(shù)據(jù)的規(guī)律有什么假設(shè)？”我們知道，在推測和分析太陽與行星之間引力規(guī)律的過程中，應(yīng)用了開普勒行星運動定律和牛頓運動定律，而開普勒行星運動定律是開普勒根據(jù)研究天文學(xué)家第谷的行星觀測記錄發(fā)現(xiàn)的。因此，要驗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，必須驗證開普勒行星運動定律是否適用于圍繞行星運轉(zhuǎn)的衛(wèi)星。這就需要觀測衛(wèi)星的運動，測出這些衛(wèi)星圍繞行星運轉(zhuǎn)的軌道半徑r和公轉(zhuǎn)周期T，看看是否符合：，并假設(shè)衛(wèi)星圍繞行星的運動是勻速圓周運動（限于我們目前的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，作這樣的簡化假設(shè)是必要的）。經(jīng)過類似的分析過程，即可得出公式同樣適用于行星與衛(wèi)星間的引力。課堂小結(jié)：通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們了解了:1、太陽對行星的引力大小與行星的質(zhì)量成正比，與行星和太陽