2024-2025學(xué)年高中物理第六章萬有引力與航天2太陽與行星間的引力教案新人教版必修2

PAGE1-太陽與行星間的引力【設(shè)計(jì)思想】（一）教材分析《太陽與行星間的引力》是中學(xué)物理必修二第六章《萬有引力與航天》的其次節(jié)，內(nèi)容是從動(dòng)力學(xué)的角度探討行星的運(yùn)動(dòng)，發(fā)覺太陽與行星間的引力規(guī)律。展示了從已知規(guī)律經(jīng)演繹推理發(fā)覺未知物理規(guī)律的探究過程。是對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究過程教化的良好素材，也是本章的教學(xué)重點(diǎn)。（二）學(xué)情分析學(xué)生通過前面的學(xué)習(xí)，對(duì)運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系已有了較為深化的理解，駕馭了拋體運(yùn)動(dòng)及勻速圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。并能嫻熟的運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決常見的兩類動(dòng)力學(xué)問題。能用開普勒三定律描述行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。（三）設(shè)計(jì)思路基于教材內(nèi)容和學(xué)生的學(xué)情，擬采納在老師引導(dǎo)下的學(xué)生自主探究模式進(jìn)行教學(xué)。在課堂上老師設(shè)疑引導(dǎo)激勵(lì)學(xué)生主動(dòng)參加、主動(dòng)思索、主動(dòng)探究，充分呈現(xiàn)探究的過程，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生探究實(shí)力的培育。采納多媒體協(xié)助教學(xué)，增大課堂容量。注意以問題為先導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生在對(duì)問題的探究中學(xué)習(xí)物理?！窘虒W(xué)目標(biāo)】（一）學(xué)問與技能1、理解太陽與行星間存在引力。2、能依據(jù)開普勒三定律和牛頓運(yùn)動(dòng)定律推導(dǎo)出太陽與行星間的引力公式。（二）過程與方法1、了解行星繞太陽運(yùn)動(dòng)緣由的相識(shí)過程。2、通過太陽與行星間引力公式的推導(dǎo)過程，體會(huì)邏輯推理在物理學(xué)中的重要性。（三）情感、看法與價(jià)值觀1、體會(huì)科學(xué)發(fā)覺過程的曲折與艱辛。2、感受太陽與行星間的引力關(guān)系，體會(huì)物理學(xué)的簡潔美，感受大自然的奇妙?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】依據(jù)開普勒行星三定律和牛頓運(yùn)動(dòng)定律推導(dǎo)出太陽與行星間的引力公式【教學(xué)難點(diǎn)】太陽與行星間引力公式的推導(dǎo)【教學(xué)方法】引導(dǎo)探究邏輯推理【課前打算】多媒體課件【課時(shí)支配】1課時(shí)【教學(xué)過程】（一）復(fù)習(xí)舊學(xué)問提出新問題仰視夜空，斗轉(zhuǎn)星移，人們很想知道行星是怎樣運(yùn)動(dòng)的。開普勒在前人工作的基礎(chǔ)上，用他的行星運(yùn)動(dòng)三定律，簡明地描述了行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，同學(xué)們回憶一下，這三條定律的內(nèi)容分別是什么?學(xué)生思索并回答。（依次投影三定律）第肯定律（軌道定律）：全部行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓，太陽處在橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。其次定律（面積定律）：對(duì)隨意一個(gè)行星來說，它與太陽的連線在相等時(shí)間內(nèi)掃過相等的面積。第三定律（周期定律）：全部行星的軌道的半長軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等。即：（比值k是一個(gè)與行星無關(guān)的常量）多數(shù)行星的軌道特別接近圓，假如按圓軌道來處理，開普勒三定律又該怎樣表述呢？對(duì)某一行星來說，它繞太陽作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其軌道半徑的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等。即（比值k是一個(gè)與行星無關(guān)的常量）開普勒行星運(yùn)動(dòng)三定律解決了行星怎樣運(yùn)動(dòng)的問題，人們對(duì)未知世界總是充溢了新奇和猜想，人們很快又在想：為什么行星繞太陽如此和諧而又有規(guī)律地做橢圓運(yùn)動(dòng)？（二）科學(xué)家們給出的答案我們首先來看一下那個(gè)時(shí)代的科學(xué)巨匠是怎樣說明這個(gè)問題的。1、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)。2、開普勒：受到了來自太陽的類似于磁力的作用。3、笛卡兒：在行星的四周有旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)作用在行星上，使得行星繞太陽運(yùn)動(dòng)。4、胡克等:受到了太陽對(duì)它的引力，證明白假如行星的軌道是圓形的，其所受的引力大小跟行星到太陽的距離的二次方成反比，但沒法證明在橢圓軌道時(shí)規(guī)律也成立。在今日的我們看來這些說明都還不夠完善，這是由于那時(shí)關(guān)于運(yùn)動(dòng)和力的概念及其關(guān)系還沒有建立。他們不行能深化探討。牛頓利用他的運(yùn)動(dòng)定律和超凡的數(shù)學(xué)才能明確地回答了這個(gè)問題：行星繞太陽運(yùn)動(dòng)是因?yàn)槭艿搅颂柕囊ψ饔?，并從運(yùn)動(dòng)與力關(guān)系動(dòng)身，深化探究了這種力，發(fā)覺了萬有引力定律。這里我們將追尋牛頓的蹤跡，體驗(yàn)牛頓的思維方式和推理過程。（三）追尋牛頓的蹤跡探究太陽與行星間的引力一、太陽對(duì)行星的引力1.猜想與模型簡化由力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系知:已知力的作用規(guī)律可推想物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律;若已知物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,也可以推想力的作用規(guī)律.問題1.今日探究太陽與行星間的相互作用屬于哪種狀況?問題2.行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道是怎樣的?且滿意什么規(guī)律？問題3.若要解決橢圓軌道的運(yùn)動(dòng)，依據(jù)現(xiàn)在的學(xué)問水平，可作如何簡化?（投影表格）學(xué)生溝通探討后回答：明確:1.屬于已知運(yùn)動(dòng)求力的狀況.2.由開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律,行星繞太陽運(yùn)動(dòng)軌道是橢圓,相等的時(shí)間內(nèi)半徑掃過的面積相等,且滿意=k.3.簡化成勻速圓周運(yùn)動(dòng).問題4.太陽對(duì)行星的引力供應(yīng)向心力，那么這個(gè)力的大小跟哪些因素有關(guān)呢？2.太陽對(duì)行星的引力.問題探究:若已知某行星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為r，線速度為v，質(zhì)量為m問題1.行星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)須要的向心力的表達(dá)式是怎樣的？問題2.天文觀測(cè)難以干脆得到行星運(yùn)動(dòng)的線速度v，但可得到行星的公轉(zhuǎn)周期T，線速度v與公轉(zhuǎn)周期T的關(guān)系是怎樣的？寫出用公轉(zhuǎn)周期T表示的向心力的表達(dá)式。問題3.不同行星的公轉(zhuǎn)周期T是不同的,F跟r關(guān)系式中不應(yīng)出現(xiàn)周期T,我們可運(yùn)用什么學(xué)問把T消去?師生合作溝通探討推導(dǎo)或?qū)W生合作推導(dǎo)明確:1.2.將代入得3.由開普勒第三定律可知,=k,并且k是由中心天體的質(zhì)量確定的.因此可對(duì)此式變形為T2=.代入得課件展示推導(dǎo)過程。再共同分析公式中除了m、r以外，其余都是常量，對(duì)任何行星都相同，這應(yīng)當(dāng)是太陽對(duì)行星引力的確定式。即:說明：太陽對(duì)行星的引力，與行星的質(zhì)量成正比，與行星和太陽的距離的二次方成反比。二、行星對(duì)太陽的引力既然太陽對(duì)行星有引力，那么行星對(duì)太陽有無引力？它有怎樣的定量關(guān)系？引導(dǎo)說明變換探討對(duì)象。（類比法）由牛頓第三定律可知行星對(duì)太陽的引力與太陽對(duì)行星的引力是一對(duì)作用力與反作用力，二者同性等大，那么它們的大小應(yīng)當(dāng)具有相像的表達(dá)式,所以應(yīng)有：三、太陽與行星間的引力太陽對(duì)行星的引力與行星對(duì)太陽的引力是一對(duì)作用力與反作用力，二者性質(zhì)相同且大小相等，那么它們的大小應(yīng)當(dāng)具有相同的表達(dá)式，因此和應(yīng)當(dāng)能夠合二為一，你能做的到嗎？

組織探討得出:

說明該式的物理意義：太陽與行星間引力的大小與太陽的質(zhì)量、行星的質(zhì)量成正比，與兩者距離的二次方成反比。引導(dǎo)學(xué)生寫成等式即：式中G為比例系數(shù)，與太陽、行星的質(zhì)量無關(guān)，引力的方向：沿著太陽和行星的連線。從第谷的幾千個(gè)數(shù)據(jù)到開普勒的三個(gè)定律再到牛頓的一個(gè)公式，讓學(xué)生體會(huì)物理的簡潔美?！菊n堂小結(jié)】本節(jié)課探究了太陽與行星間引力的表達(dá)式一、太陽對(duì)行星的引力二、行星對(duì)太陽的引力三、太陽與行星間的引力【課堂練習(xí)】投影【課后拓展】投影【作業(yè)布置】1、完成課本36頁“問題與練習(xí)”第1、2題；2、牛頓曾說：“假如說我