2022年人教版必修二.《太陽與行星間的引力》教案 2

1、名師精編 優(yōu)秀教案物理必修 2 人教新課標(biāo) 引力教案6.26.3 太陽與行星間的引力、 萬有課 題 6.26.3 太陽與行星間的引力、萬有引力課 型新授課（ 2 課時）知識與技能教 學(xué) 目1理解太陽與行星間引力的存在 2能根據(jù)開普勒行星運動定律和牛頓第三定律推導(dǎo)出太陽與行星間的引力表達(dá)式3了解萬有引力定律得出的思路和過程，理解萬有引力定律的含義，掌握萬有引力定律的公式；4知道任何物體間都存在著萬有引力，且遵循相同的規(guī)律。過程與方法1通過推導(dǎo)太陽與行星間的引力公式，體會邏輯推理在物理學(xué)中的重要性2體會推導(dǎo)過程中的數(shù)量關(guān)系標(biāo)教 學(xué) 重 點、難 點情感、態(tài)度與價值觀 感受太陽與行星間的引力關(guān)系，從而

2、體會大自然的奧秘教學(xué)重點 據(jù)開普勒行星運動定律和牛頓第三定律推導(dǎo)出太陽與行星間的引力公式，記住推導(dǎo)出的 引力公式教學(xué)難點 太陽與行星間的引力公式的推導(dǎo)過程教學(xué)方 法探究、講授、討論、練習(xí)名師精編 優(yōu)秀教案教學(xué) 手教具準(zhǔn)備 錄像資料、多媒體課件段教 學(xué) 活 動名師精編優(yōu)秀教案學(xué) 生 活 動(一)引入新課 提問：請同學(xué)們從運動的描述角度思考，開普勒行星運動定律的物理意義？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，但好奇的人們，面向天穹，深情地叩問：是什么力量支配著行星繞著太陽做如此和諧 而有規(guī)律的運動呢？(第一定律揭示了描述行星運動的參考系、及其運動軌

3、跡；第二定律揭示了行星在橢 圓軌道上運動經(jīng)過不同位置的快慢情況，近日點附近速度大，遠(yuǎn)日點附近速度??；第 三定律：揭示了不同行星雖然橢圓軌道和環(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 ) （以下的三定律只用課件打出）開普勒第一定律 也叫橢圓軌道定律，它的具體內(nèi)容是： 所有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 開普勒在確定地球運行軌道時發(fā)現(xiàn)，若將地球繞太陽運行的軌道分為若干小段，每一 段與太陽的連線在相等的時間間隔內(nèi)掃過相等的面積。開普勒把這一結(jié)果推廣到其他 行星，就得到

4、了 開普勒第二定律：對任意行星來說，他與太陽的連線（稱為徑矢）在相等的時間內(nèi)掃過相等的面積。開普勒第三定律的具體表述是 :行星繞太陽運動軌道半長軸a 的立方與運動周期的平方成正比3 a2 Tk（看課件的對應(yīng)圖片）問題及歸納 A行星在橢圓軌道上運動是否需要力？這個力是什么力提供的？這個力是多大？太 陽對行星的引力，大小跟太陽與行星間的距離有什么關(guān)系嗎？B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(xué)公式，我們現(xiàn)在怎么辦？把它簡化為什么運動呢？C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(jìn)一步簡化 為勻速圓周運動嗎？為什么？以上的過程歸納為： 行星做曲線運動必

5、受到力的作用把行星繞太陽的運動簡化為 圓周運動進(jìn)一步簡化為勻速圓周運動教師 ：既然行星圍繞太陽運動的軌道是橢圓，即為曲線運動，那么肯定有一個力要來 維持這個運動， 那么這個力是由什么來提供的呢？我們跟隨著科學(xué)家們一起去研究討 論這個問題。（二）萬有引力定律1、人類對行星運動規(guī)律原因認(rèn)識的過程 教師： 略微介紹十七世紀(jì)前以及伽俐略，開普勒，笛卡兒的觀點。17 世紀(jì)前：行星理所應(yīng)當(dāng)?shù)淖鲞@種完美的圓周運動 伽利略：一切物體都有合并的趨勢，這種趨勢導(dǎo)致物體做圓周運動。開普勒：受到了來自太陽的類似與磁力的作用。笛卡兒：在行星的周圍有旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)作用在行星上，使得行星繞太陽運動?？茖W(xué)家們對這個問題有了更進(jìn)一

6、步的認(rèn)識，例如胡克、教師：到牛頓這個時代的時候，哈雷等， 他們認(rèn)為行星繞地球運動受到太陽對它的引力，甚至證明了行星軌道如果為 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，引力也遵名師精編 優(yōu)秀教案循這個規(guī)律。牛頓在前人的基礎(chǔ)上，證明了如果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。教師： 接下來我們就跟隨牛頓先生一起去研究這個萬有引力定律。由于行星運動的橢圓軌道很接近與圓形軌道，所以我們把它理想化為一個圓形軌道，這樣就簡化了問題，易于我們在現(xiàn)有認(rèn)知水平上來接受。2、萬有引力定律(1)定律的推導(dǎo)則行星將作勻速圓周運動。根據(jù)

7、勻速圓周運動的條件可知，如果行星的運動軌道是圓，行星必然要受到一個引力。牛頓認(rèn)為這是太陽對行星的引力，那么，太陽對行星的引 力 F 提供行星作勻速圓周運動所需的向心力。學(xué)生活動：推導(dǎo)得F=mv2=m2rr教師 ：那么我們從這個式子中馬上就可看到一些比例關(guān)系，推導(dǎo)下去呢？那么為什么牛頓還要進(jìn)行學(xué)生活動： 學(xué)生進(jìn)行思考。 （這樣研究問題比較復(fù)雜，因為有四個變量。不能體現(xiàn)這 個行星運動的特點）教師 ：分為兩大組進(jìn)行推導(dǎo)：將V2 r/T 和w2代入上式得Fm42rTT2學(xué)生活動： 推導(dǎo)。教師 ：那么從這個式子中還是有很多的變量，研究仍舊復(fù)雜，怎么辦呢？（引導(dǎo)學(xué)生r 3 利用開普勒第三定律 T 2 =

8、K 代入上式）學(xué)生活動： 推導(dǎo)得到：F = 4 2 K r m 2師生總結(jié)： 由上式可得出結(jié)論：太陽對行星的引力跟行星的質(zhì)量成正比，跟行星到太 m 陽的距離的二次方成反比。即： F2 r教師：F = 4 2 K r m 2 中比值 k 是一個與行星無關(guān)的恒量只與太陽有關(guān)。那么究竟與太陽有什么關(guān)系呢？教師： 牛頓根據(jù)其第三定律：太陽吸引行星的力與行星吸引太陽的力是同性質(zhì)的作用 力，且大小相等。提出大膽得設(shè)想：既然這個引力與行星的質(zhì)量成正比，也應(yīng)跟太陽的質(zhì)量M 成正比。（引導(dǎo)學(xué)生，或者采用讓學(xué)生來解釋的方法）即：FMmr2寫成等式就是FMmr2教師： 行星繞太陽運動遵守這個規(guī)律，那么在其他地方是否

9、適用這個規(guī)律呢？（假如 說月球、衛(wèi)星繞地球）學(xué)生活動： 思考 教師： 為了驗證地面上的重力與地球吸引月球、太陽吸引行星的力是同一性質(zhì)的力，遵守同樣的規(guī)律，牛頓還做了著名的“ 月地” 檢驗(參見課本 P105 右側(cè) )，結(jié)果證明他的想法是正確的。27.3 天 . 地球半徑為6.37 106m.軌道半徑為如果我們已知月球繞地球的公轉(zhuǎn)周期為地球半徑的60 倍。教師： 同學(xué)們試計算一下月球繞地球的向心加速度是多大？進(jìn)行求解并分析結(jié)果）（引導(dǎo)學(xué)生采用兩種方法名師精編.優(yōu)秀教案103ms2學(xué)生活動： 根據(jù)向心加速度公式：a42r271103ms2T2因為 Fm所以 a1/r2 同學(xué)們通過計算驗證，ag.2

10、.722r3600兩者結(jié)果十分接近，說明遵循同一規(guī)律。牛頓在研究了這許多不同物體間的作用力都遵循上述引力規(guī)律之后。于是他把這一規(guī)律推廣到自然界中任意兩個物體間，于 力定律。(2)萬有引力定律 內(nèi)容 自然界中任何兩個物體都是相互吸引的，比，跟它們的距離的二次方成反比。公式 如果用 m1 和 m2 表示兩個物體的質(zhì)量，用 m 1 m 2 用下面的公式來表示 F = G r 21687 年正式發(fā)表了具有劃時代意義的萬有引引力的大小跟這兩個物體的質(zhì)量的乘積成正r 表示它們的距離，那么萬有引力定律可以教師： 既然自然界中任何兩個物體之間都存在引力，為什么我們感覺不到旁邊同學(xué)的引力？學(xué)生活動： 思考、納悶

11、教師： 下面我們粗略的來計算一下兩個質(zhì)量為50kg ，相距 0.5m 的人之間的引力。F 6 . 67 10 11 50 50 6 . 67 10 7N0 . 25教師： 1.G 為引力常量 ，在 SI 制中， G6.67 1011Nm 2/kg 2.（這個引力常量的出現(xiàn)要比萬有引力定律晚一百多年哪！是英國的物理學(xué)家卡文迪許測出來的），我們下節(jié)課就要學(xué)習(xí)。 那么這個力的大小到底是怎么樣一個概念呢，其實他相當(dāng)于提起一個質(zhì)量比頭發(fā)絲還小的物體所用的力，因此我們很難察覺。但它對于質(zhì)量較大的物體來說，就不可忽視了。教師： 為什么說是粗略？讓學(xué)生思考學(xué)生活動： 思考教師： 2萬有引力定律中的物體是指質(zhì)點

12、而言，不能隨意應(yīng)用于一般物體。a.對于相距很遠(yuǎn)因而可以看作質(zhì)點的物體，公式中的 b.對均勻的球體， 可以看成是質(zhì)量集中于球心上的質(zhì)點，法。教師： 萬有引力定律建立的重要意義r 就是指兩個質(zhì)點間的距離；這是一種等效的簡化處理方17 世紀(jì)自然科學(xué)最偉大的成果之一，它把地面上的物體運動的規(guī)律和天體運動的規(guī)了律統(tǒng)一了起來， 對以后物理學(xué)和天文學(xué)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)的影響，而且它第一次揭示自然界中的 一種基本相互作用的規(guī)律，在人類認(rèn)識自然的歷史上樹立了一座里程碑。名師精編 優(yōu)秀教案作業(yè)閱讀課本體會萬有引力的來源一萬有引力定律 月地檢測 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。 萬有引力定律板 書 設(shè) 計萬有引力定律： 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FGm 1m2r2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。注：公式的適用條件（1）適用于質(zhì)點間引力大小的計算（2）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（3）當(dāng)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，再求合力說明：（1）萬有引力的普遍性，一切