高中物理教案與課件6263太陽(yáng)與行星間的引力萬有引力

1、課 題年月日課 型新授課（ 2 課時(shí)） 6.26.3 太陽(yáng)與行星間的引力、萬有引力學(xué)問與技能教 學(xué)1懂得太陽(yáng)與行星間引力的存在 2能依據(jù)開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律和牛頓第三定律推導(dǎo)出太陽(yáng)與行星間的引力表達(dá)式3明白萬有引力定律得出的思路和過程,懂得萬有引力定律的含義,把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；過程與方法目標(biāo)教 學(xué) 重 點(diǎn)、難 點(diǎn)1通過推導(dǎo)太陽(yáng)與行星間的引力公式,體會(huì)規(guī)律推理在物理學(xué)中的重要性2體會(huì)推導(dǎo)過程中的數(shù)量關(guān)系情感、態(tài)度與價(jià)值觀感受太陽(yáng)與行星間的引力關(guān)系,從而體會(huì)大自然的秘密教學(xué)重點(diǎn)據(jù)開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律和牛頓第三定律推導(dǎo)出太陽(yáng)與行星間的引力公式,記

2、住推導(dǎo)出的 引力公式教學(xué)難點(diǎn)太陽(yáng)與行星間的引力公式的推導(dǎo)過程教學(xué)方 法探究、講授、爭(zhēng)論、練習(xí)教學(xué) 手教具預(yù)備 錄像資料、多媒體課件段教 學(xué) 活 動(dòng) 學(xué) 生 活 動(dòng)一引入新課提問：請(qǐng)同學(xué)們從運(yùn)動(dòng)的描述角度摸索,開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律的物理意義？開普勒在 1609 和 1619 年發(fā)表了行星運(yùn)動(dòng)的三個(gè)定律,解決了描述行星運(yùn)動(dòng)的問題,但奇怪的人們,面對(duì)天穹,深情地叩問：是什么力氣支配著行星圍著太陽(yáng)做如此和諧而有規(guī)律的運(yùn)動(dòng)呢？第肯定律揭示了描述行星運(yùn)動(dòng)的參考系、及其運(yùn)動(dòng)軌跡；其次定律揭示了行星在橢圓軌道上運(yùn)動(dòng)經(jīng)過不同位置的快慢情形,近日點(diǎn)鄰近速度大,遠(yuǎn)日點(diǎn)鄰近速度??；第三定律：揭示了不同行星雖然橢圓軌道和

3、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(zhǎng)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）開普勒第肯定律 也叫橢圓軌道定律,它的詳細(xì)內(nèi)容是： 全部行星分別在大小不同的軌道上環(huán)繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)；太陽(yáng)在這些橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)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(yùn)行軌道時(shí)發(fā)覺,如將地球繞太陽(yáng)運(yùn)行的軌道分為如干小段,每一段與太陽(yáng)的連線在相等的時(shí)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,就得到了 開普勒其次定律：對(duì)任意行星來說,他與太陽(yáng)的連線（稱為徑矢）在相等的時(shí)間內(nèi)掃過相等的面積；開普勒第三定律的詳細(xì)表述是 :行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)軌道半長(zhǎng)軸a 的立方

4、與運(yùn)動(dòng)周期的平方成正比3 a 2 Tk（看課件的對(duì)應(yīng)圖片）問題及歸納A行星在橢圓軌道上運(yùn)動(dòng)是否需要力？這個(gè)力是什么力供應(yīng)的？這個(gè)力是多大？太陽(yáng)對(duì)行星的引力,大小跟太陽(yáng)與行星間的距離有什么關(guān)系嗎？B行星的實(shí)際運(yùn)動(dòng)是橢圓運(yùn)動(dòng),但我們?nèi)圆恢狼蟪鰴E圓運(yùn)動(dòng)加速度的運(yùn)動(dòng)學(xué)公式,我們現(xiàn)在怎么辦？把它簡(jiǎn)化為什么運(yùn)動(dòng)呢？C既然把行星繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化為圓周運(yùn)動(dòng)；那么行星繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)可進(jìn)一步簡(jiǎn)化為勻速圓周運(yùn)動(dòng)嗎？為什么？以上的過程歸納為： 行星做曲線運(yùn)動(dòng)必受到力的作用把行星繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化為圓周運(yùn)動(dòng)進(jìn)一步簡(jiǎn)化為勻速圓周運(yùn)動(dòng)老師 ：既然行星環(huán)繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道是橢圓,即為曲線運(yùn)動(dòng),那么確定有一個(gè)力要來維護(hù)這個(gè)運(yùn)動(dòng),

5、那么這個(gè)力是由什么來供應(yīng)的呢？我們跟隨著科學(xué)家們一起去爭(zhēng)論討論這個(gè)問題；（二）萬有引力定律1、人類對(duì)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律緣由熟悉的過程老師： 略微介紹十七世紀(jì)前以及伽俐略,開普勒,笛卡兒的觀點(diǎn)；17 世紀(jì)前：行星理所應(yīng)當(dāng)?shù)淖鲞@種完善的圓周運(yùn)動(dòng)伽利略：一切物體都有合并的趨勢(shì),這種趨勢(shì)導(dǎo)致物體做圓周運(yùn)動(dòng)；開普勒：受到了來自太陽(yáng)的類似與磁力的作用；笛卡兒：在行星的四周有旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)作用在行星上,使得行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)；老師：到牛頓這個(gè)時(shí)代的時(shí)候,科學(xué)家們對(duì)這個(gè)問題有了更進(jìn)一步的熟悉,例如胡克、哈雷等, 他們認(rèn)為行星繞地球運(yùn)動(dòng)受到太陽(yáng)對(duì)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(yáng)距離的二次方成反比,但

6、無法證明在橢圓軌道下,引力也遵 循這個(gè)規(guī)律；牛頓在前人的基礎(chǔ)上,證明白假如太陽(yáng)和行星的引力與距離的二次方成反比,就 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；老師： 接下來我們就跟隨牛頓先生一起去爭(zhēng)論這個(gè)萬有引力定律；由于行星運(yùn)動(dòng)的橢圓軌道很接近與圓形軌道,所以我們把它抱負(fù)化為一個(gè)圓形軌道,這樣就簡(jiǎn)化了問題,易于我們?cè)诂F(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)就行星將作勻速圓周運(yùn)動(dòng)；依據(jù)勻速圓周運(yùn)動(dòng)的條件可知,假如行星的運(yùn)動(dòng)軌道是圓,行星必定要受到一個(gè)引力；牛頓認(rèn)為這是太陽(yáng)對(duì)行星的引力,那么,太陽(yáng)對(duì)行星的引 力 F 供應(yīng)行星作勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力；同學(xué)活動(dòng)：推導(dǎo)得F=m

7、v2=m2rr老師 ：那么我們從這個(gè)式子中立刻就可看到一些比例關(guān)系,推導(dǎo)下去呢？那么為什么牛頓仍要進(jìn)行同學(xué)活動(dòng)： 同學(xué)進(jìn)行摸索； （這樣爭(zhēng)論問題比較復(fù)雜,由于有四個(gè)變量；不能表達(dá)這個(gè)行星運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)）老師 ：分為兩大組進(jìn)行推導(dǎo)：將V2 r/T 和w2代入上式得Fm42rT2T同學(xué)活動(dòng)： 推導(dǎo)；老師 ：那么從這個(gè)式子中仍是有很多的變量,爭(zhēng)論仍然復(fù)雜,怎么辦呢？（引導(dǎo)同學(xué)3利用開普勒第三定律 r2 = K 代入上式）T同學(xué)活動(dòng)： 推導(dǎo)得到：F = 4 2 K m2 r師生總結(jié)： 由上式可得出結(jié)論：太陽(yáng)對(duì)行星的引力跟行星的質(zhì)量成正比,跟行星到太m陽(yáng)的距離的二次方成反比；即： F2 r老師：F = 4

8、2 K m2 中比值 k 是一個(gè)與行星無關(guān)的恒量只與太陽(yáng)有關(guān)；那么到底與r太陽(yáng)有什么關(guān)系呢？老師： 牛頓依據(jù)其第三定律：太陽(yáng)吸引行星的力與行星吸引太陽(yáng)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(gè)引力與行星的質(zhì)量成正比,也應(yīng)跟太陽(yáng)的質(zhì)量 M 成正比；Mm（引導(dǎo)同學(xué),或者采納讓同學(xué)來說明的方法）即：F2 rMm 寫成等式就是 F 2 r老師： 行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)遵守這個(gè)規(guī)律,那么在其他地方是否適用這個(gè)規(guī)律呢？（假如說月球、衛(wèi)星繞地球）同學(xué)活動(dòng)： 摸索老師： 為了驗(yàn)證地面上的重力與地球吸引月球、太陽(yáng)吸引行星的力是同一性質(zhì)的力,遵守同樣的規(guī)律,牛頓仍做了聞名的“ 月地” 檢驗(yàn)參見課本 P10

9、5 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.軌道半徑為假如我們已知月球繞地球的公轉(zhuǎn)周期為地球半徑的60 倍；老師： 同學(xué)們?cè)囘\(yùn)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)同學(xué)采納兩種方法同學(xué)活動(dòng)： 依據(jù)向心加速度公式：a42r2.71103ms2103ms2T2由于 Fm所以 a1/r2 同學(xué)們通過運(yùn)算驗(yàn)證,ag.2. 722r3600兩者結(jié)果非常接近,說明遵循同一規(guī)律；于是他把這一規(guī)牛頓在爭(zhēng)論了這很多不同物體間的作用力都遵循上述引力規(guī)律之后；律推廣到自然界中任意兩個(gè)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(gè)物體都是相

10、互吸引的,比,跟它們的距離的二次方成反比；公式 假如用 m1 和 m2 表示兩個(gè)物體的質(zhì)量,用1687 年正式發(fā)表了具有劃時(shí)代意義的萬有引引力的大小跟這兩個(gè)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用下面的公式來表示F=Gm1 m2為什么我們感覺不到旁邊同學(xué)的r2老師： 既然自然界中任何兩個(gè)物體之間都存在引力,引力？同學(xué)活動(dòng)： 摸索、納悶老師： 下面我們粗略的來運(yùn)算一下兩個(gè)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老師： 1.G 為引力常量 ,在 SI 制中, G6.67 1011Nm2/k

11、g2.（這個(gè)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(guó)的物理學(xué)家卡文迪許測(cè)出來的）,我們下節(jié)課就要學(xué)習(xí)； 那么這個(gè)力的大小到底是怎么樣一個(gè)概念呢,其實(shí)他相當(dāng)于提起一個(gè)質(zhì)量比頭發(fā)絲仍小的物體所用的力,因此我們很難察覺；但它對(duì)于質(zhì)量較大的物體來說,就不行忽視了；老師： 為什么說是粗略？讓同學(xué)摸索同學(xué)活動(dòng)： 摸索老師： 2萬有引力定律中的物體是指質(zhì)點(diǎn)而言,不能隨便應(yīng)用于一般物體；a.對(duì)于相距很遠(yuǎn)因而可以看作質(zhì)點(diǎn)的物體,公式中的 b.對(duì)勻稱的球體, 可以看成是質(zhì)量集中于球心上的質(zhì)點(diǎn),法；老師： 萬有引力定律建立的重要意義r 就是指兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)間的距離；這是一種等效的簡(jiǎn)化處理方17 世紀(jì)自然科學(xué)最宏

12、大的成果之一,它把地面上的物體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律和天體運(yùn)動(dòng)的規(guī)了律統(tǒng)一了起來, 對(duì)以后物理學(xué)和天文學(xué)的進(jìn)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,在人類熟悉自然的歷史上樹立了一座里程碑；作業(yè)閱讀課本體會(huì)萬有引力的來源一萬有引力定律 月地檢測(cè) 結(jié)論：太陽(yáng)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(jì)萬有引力定律： 自然界中的任何兩物體都相互吸引沒,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 1m 2r2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(diǎn)間引力大小的運(yùn)算（2）對(duì)于可視為質(zhì)點(diǎn)的物體間的引力求解也可以利用萬有引力公式（3）當(dāng)爭(zhēng)論的物體不能看成質(zhì)點(diǎn)時(shí),可以把物體假想分割成很多質(zhì)點(diǎn),求分力,再求合力說明：（1）萬有引力的普遍