7物理必修二素材生活中的圓周運動.doc

1、 人教版新課標普通高中物理 必修 6.2 太陽與行星間的引力教案 a教學目標一、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。二、過程與方法1了解行星與太陽間的引力公式的建立和發(fā)展過程。2體會推導過程中的數(shù)量關系。三、情感、態(tài)度與價值觀了解太陽與行星間的引力關系，從而體會到大自然的奧秘。教學重點 對太陽與行星間引力的理解。教學難點 運用所學知識對太陽與行星間引力的推導。課時安排 1課時。教學過程一、導入新課教師活動：開普勒在前人的基礎上，經(jīng)過計算總結出了他的三條定律，請同學們回憶一下，三條定律的內(nèi)容是什么？（學生回答）教師活動：開

2、普勒第三定律適用于圓軌道時，是怎樣表述的？（學生回答）教師活動：通過對開普勒定律的學習，知道了行星運動時所遵循的規(guī)律，即行星怎樣運動？那么行星為什么要做這樣的運動呢？二、新課教學 許多科學家都對運動的原因提出了各種猜想。牛頓在前人對慣性研究的基礎上，認為：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動，需要指向圓心或橢圓焦點的力，這個力應該是太陽對它的引力，所以，牛頓利用他的運動定律把行星的向心加速度與太陽對它的引力聯(lián)系起來了。 （一）太陽對行星的引力教師活動：引導學生閱讀教材，出示提綱，讓學生在練習本上獨立推導：1. 行星繞太陽做勻速圓周運動，寫出行星需要的向心力表達式，

3、并說明式中符號的物理意義。2. 行星運動的線速度v與周期t的關系式如何？為何要消去v？寫出要消去v后的向心力表達式。3. 如何應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與距離r的比例式，說明比例式的意義。教師活動：投影學生的推導過程，點評。師生交流討論或大膽猜測。明確：1既然把橢圓軌道簡化為圓形軌道，由第二定律：行星與太陽的連線在相等的時間內(nèi)掃過相等的面積，可知：行星做勻速圓周運動。2猜想：太陽對行星的引力，并且此引力等于行星做圓周運動所需要的向心力。3選擇，因為在日常生活中，行星繞太陽運動的線速度v、角速度不易觀測，但周期t比較容易觀測出來。4由開普勒第三定律可知，并且

4、k是由中心天體的質(zhì)量決定的。因此可對此式變形為。合作交流根據(jù)對上述問題的探究，讓學生分組交流合作，推導出太陽對行星的引力的表達式。設行星的質(zhì)量為m，行星到太陽的距離為r，公轉(zhuǎn)周期為t，根據(jù)牛頓第二定律可得太陽對行星的引力為：由開普勒第三定律可得t2=由得：即f42k 式表明：太陽對不同行星的引力，與行星的質(zhì)量成正比，與行星和太陽間距離的二次方成反比。點評：通過對上述問題探究，使學生了解物理問題的一般處理方法：抓住主要矛盾，忽略次要因素，大膽進行科學猜想，體會科學研究方法對人們認識自然的重要作用。（二）行星對太陽的引力教師活動：行星對太陽的引力與太陽的質(zhì)量m以及行星到太陽的距離r之間又有何關系？

5、請在練習本上用學過的知識推導出來。學生活動：在練習本上用牛頓第三定律推導行星對太陽的引力f與太陽的質(zhì)量m以及行星到太陽的距離r之間的關系。教師活動：投影學生的推導過程，點評。學生思考、歸納、代表發(fā)言。明確：1兩個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行星的引力滿足的關系可知：行星對太陽的引力大小應該與太陽質(zhì)量m成正比，與行星、太陽距離的二次方成反比，也就是。（三）太陽與行星間的引力教師活動：綜合以上推導過程，推導出太陽與行星間的引力與太陽質(zhì)量、行星質(zhì)量、以及兩者距離的關系式。看看能夠得出什么結論？學生活動：在練習本上推導出太陽與行星間的引

6、力表達式。教師活動：投影學生的推導過程，點評。點評：通過學生獨立推導，培養(yǎng)學生邏輯推理能力，同時讓學生感受探究新知的樂趣。教師活動：引導學生就教材“說一說”欄目中的問題進行討論，總結、點評。對公式的說明：（1）公式表明，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結果（開普勒行星運動定律）和理論引導（牛頓運動定律）下進行推測和分析，觀測結果僅對“行星繞太陽運動”成立，這還不是萬有引力定律。三、課堂小結通過本節(jié)課的學習，

7、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，與行星和太陽間距離的二次方成反比。2行星對太陽的引力大小與太陽的質(zhì)量m成正比，與太陽到行星的距離的二次方成反比。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，與兩者距離的平方成反比： 寫成等式。四、課堂訓練1.下列說法正確的是（ ）。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行星的引力 b.太陽對行星的引力大于行星對太陽的引力，所以行星繞太陽運轉(zhuǎn)而不是太陽繞行星運轉(zhuǎn)c.太陽對行星的引力等于行星對太陽的引力，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關于力學問題的研究方法，下列描述正確的是（

8、）。a.行星與太陽間作用的規(guī)律，是根據(jù)物體的運動探究它受的力 b.平拋運動的研究是根據(jù)物體的受力探究它的運動 c.圓周運動的研究是根據(jù)物體的運動探究它的力 d.圓周運動的研究是根據(jù)物體的受力探究它的運動3.如果認為行星圍繞太陽做勻速圓周運動，那么下列說法中正確的是（ ）。a. 行星受到太陽的引力，提供行星做圓周運動的向心力b. 行星受到太陽的引力，但行星運動不需要向心力c. 行星同時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行的向心力可能不等4.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，需要觀測衛(wèi)星的（ ）。a.質(zhì)量 b.運動周期 c.軌道半徑 d.半徑5.把

9、行星運動近似看作勻速圓周運動以后，開普勒第三定律可寫為t2kr3，則可推得（ ）。a.行星受太陽的引力為 b.行星受太陽的引力都相同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.關于太陽與行星間的引力，下列說法中正確的是（ ）。a太陽對行星的引力與行星對太陽的引力是一對平衡力b太陽對行星的引力與行星對太陽的引力是作用力與反作用力的關系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，與兩者距離的平方成反比d以上說法均不對7.兩顆做勻速圓周運動的人造地球衛(wèi)星，它們的角速度和線速度分別為1、2和v1、v2。如果它們的軌道半徑之比r1r2=12，則下列式子正確的是（ ）。a.

10、121 b.12=21 c.v1v21 d.v1v2=18.兩個行星的質(zhì)量分別為m1和m2，繞太陽運動的軌道半徑分別為r1和r2，求：（1）它們與太陽間的引力之比；（2）它們的公轉(zhuǎn)周期之比。答案：1.ac 2. abc 3.a 4. bc 5. c 6.bc 7. ac 8.（1） （2） 五、布置作業(yè)1教材p39 問題與練習 第2、3題。2分組討論教材“說一說”欄目中的問題。 教案 b整體設計本節(jié)課我們將追尋牛頓的足跡，根據(jù)開普勒行星運動定律和勻速圓周運動的向心力公式（牛頓第二定律在圓周運動中的應用）推導出太陽對行星的引力與行星的質(zhì)量、行星與太陽間的距離的比例關系，再根據(jù)牛頓第三定律推導出行

11、星對太陽的引力與太陽的質(zhì)量、太陽與行星間的距離的比例關系，從而進一步得到太陽與行星間的引力所遵循的規(guī)律，為重新“發(fā)現(xiàn)”萬有引力定律打下基礎。行星圍繞太陽運行軌道是橢圓，實際上，多數(shù)大行星的軌道與圓十分接近，也就是行星圍繞太陽做圓周運動，那么一定就得有力來提供向心力，這個力應該是太陽對行星的引力。本節(jié)主要內(nèi)容就是介紹科學家對行星運動原因的各種猜想，及運用舊知識推導太陽與行星間的引力。在介紹是什么原因使行星繞太陽運動時，教師可補充一些材料，使學生領略前輩科學家對自然奧秘不屈不撓的探索精神和對待科學研究一絲不茍的態(tài)度。在推導太陽與行星間的引力時，教師可先引導學生理清推導思路，然后放手讓學生自主推導，

12、充分發(fā)揮學生學習的主體地位，培養(yǎng)學生用已有知識進行創(chuàng)新，發(fā)現(xiàn)新規(guī)律的能力。教學目標一、知識與技能1知道行星繞太陽運動的原因是受到太陽引力的作用。2理解并會推導太陽與行星間的引力大小。3記住物體間的引力公式 。 二、過程與方法1了解行星與太陽間的引力公式的建立和發(fā)展過程。2體會推導過程中的數(shù)量關系。三、情感態(tài)度與價值觀了解太陽與行星間的引力關系，從而體會到大自然的奧秘。教學重點對太陽與行星間引力的理解。教學難點運用所學知識對太陽與行星間引力的推導。課時安排1課時。教學過程一、導入新課1. 情景導入目前已知太陽系中有8顆大行星，它們通常被分為兩組：內(nèi)層行星（水星、金星、地球、火星）和外層行星（木星

13、、土星、天王星、海王星），內(nèi)層行星體積較小，主要由巖石和鐵組成；外層行星體積要大得多，主要由氫、氦、冰物質(zhì)組成。哥白尼說：“太陽坐在它的皇位上，管理著圍繞著它的一切星球?！蹦敲词鞘裁丛蚴剐行抢@太陽運動呢？伽利略、開普勒以及法國數(shù)學家笛卡兒都提出過自己的解釋。然而，只有牛頓才給出了正確的解釋。2. 復習導入根據(jù)開普勒三大定律我們已經(jīng)知道了八大行星的運動規(guī)律。八大行星之所以繞太陽做圓周運動，是什么原因造成的呢？我們這節(jié)課就一起來探究這個問題。二、新課教學開普勒描述了行星的運動規(guī)律，那么它們?yōu)槭裁催@樣運動呢？許多科學家都對運動的原因提出了各種猜想。牛頓在前人對慣性研究的基礎上，認為：以任何方式改變

14、速度（包括方向）都需要力。因此，使行星沿圓或橢圓軌道運動，需要指向圓心或橢圓焦點的力，這個力應該是太陽對它的引力，所以，牛頓利用他的運動定律把行星的向心加速度與太陽對它的引力聯(lián)系起來了。（一）太陽對行星的引力1猜想與模型簡化師生互動：教師提出問題，引導學生共同解決，為推導太陽對行星的引力做好準備。由力和運動的關系知：已知力的作用規(guī)律可推測物體的運動規(guī)律；若已知物體的運動規(guī)律，也可以推測力的作用規(guī)律。問題l：今天探究太陽與行星間的引力屬于哪種情況？問題2：行星繞太陽運動的規(guī)律是怎樣的？問題3：前面我們學習了兩種曲線運動，是哪兩種，如何處理？問題4：若要解決橢圓軌道的運動，根據(jù)現(xiàn)在的知識水平，可作

15、如何簡化？學生交流討論后回答：明確：問題l：屬于已知運動求力的情況。問題2：由開普勒行星運動定律，行星繞太陽運動軌道是橢圓，相等的時間內(nèi)半徑掃過的面積相等且滿足。問題3：平拋運動、圓周運動。平拋運動可分解為兩個方向上的直線運動，圓周運動可分解為沿半徑方向和沿切線方向上的運動。問題4：簡化成圓周運動。2太陽對行星的引力問題探究問題1：根據(jù)開普勒行星運動第一、第二定律，在行星軌道為圓的簡化模型下，行星做何種運動？問題2：做勻速圓周運動的物體必定得有力提供向心力，行星的運動是由什么力提供的向心力？問題3：向心力公式有多個，如、我們選擇哪個公式推導出太陽對行星的引力？問題4：不同行星的公轉(zhuǎn)周期t是不同

16、的，f跟r關系式中不應出現(xiàn)周期t，我們可運用什么知識把t消去？師生交流討論明確：（1）既然把橢圓軌道簡化為圓形軌道，由第二定律：行星與太陽的連線在相等的時間內(nèi)掃過相等的面積，可知：行星做勻速圓周運動。（2）猜想：太陽對行星的引力，并且此引力等于行星做圓周運動所需要的向心力。（3）選擇，因為在日常生活中，行星繞太陽運動的線速度v、角速度不易觀測，但周期t比較容易觀測出來。（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。因此可對此式變形為t2 。合作交流根據(jù)對上述問題的探究，讓學生分組交流合作，推導出太陽對行星的引力的表達式。設行星的質(zhì)量為m，行星到太陽的距離為r，公轉(zhuǎn)周期為t，根據(jù)牛頓

17、第二定律可得太陽對行星的引力為 把開普勒第三定律變形為t2 代入上式便得到f42k·由這個式子可以引導出此式表明：太陽對不同行星的引力，與行星的質(zhì)量成正比，與行星和太陽間距離的二次方成反比。點評：通過對上述問題的探究，使學生了解物理問題的一般處理方法：抓住主要矛盾，忽略次要因素，大膽進行科學猜想，體會科學研究方法對人們認識自然的重要作用。（二）行星對太陽的引力問題探究1牛頓第三定律的內(nèi)容是什么？2根據(jù)牛頓第三定律，行星對太陽的引力滿足什么樣的條件？學生思考、歸納、代表發(fā)言。明確：1兩個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行星的

18、引力滿足的關系可知：行星對太陽的引力大小應該與太陽質(zhì)量m成正比，與行星、太陽距離的二次方成反比，也就是 。（三）太陽與行星間的引力合作探究內(nèi)容：1利用太陽對行星的作用力和行星對太陽的作用力的關系，猜想太陽與行星間作用力與m、m、r的關系。2寫出太陽與行星間引力的表達式。探究：通過此兩個問題鍛煉學生的邏輯思維能力。寫成等式就是對公式的說明： （1）公式表明，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結果（開普勒行

19、星運動定律）和理論引導（牛頓運動定律）下進行推測和分析，觀測結果僅對“行星繞太陽運動”成立。這還不是萬有引力定律。三、實例探究例1 火星繞太陽的運動可看作勻速圓周運動，火星與太陽間的引力提供火星運動的向心力。已知火星運行的軌道半徑為r，運行的周期為t，引力常量為g，試寫出太陽質(zhì)量m的表達式。解析：火星與太陽間的引力表達式為，式中g為引力常量，m為太陽質(zhì)量，m為火星質(zhì)量， r為軌道半徑。設火星運動的線速度為v，由f提供火星運動的向心力，有由線速度和周期的關系，得太陽質(zhì)量 。例2 關于太陽對行星的引力，下列說法中正確的是（ ）。a. 太陽對行星的引力提供行星做勻速圓周運動的向心力，因此有，由此可知，太陽對行星的引力f引與太陽到行星的距離r成反比b. 太陽對行星的引力提供行星繞太陽運動的向心力，因此有，由此可知，太陽對行星的引力f引與行星運動速度平方成正比c. 太陽對不同行星的引力，與行星的質(zhì)量成正比，與行星和太陽間的距離的二次方成反比d. 以上說法均不對答案：c解析