高一物理 必修二 萬有引力定律

1、6.2 太陽與行星間的引力教學(xué)設(shè)計(jì)鄒書生一、教學(xué)目標(biāo)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(yùn)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)式過程與方法通過推導(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。情感、態(tài)度與價(jià)值觀感受太陽與行星間的引力關(guān)系，從而體會大自然的奧秘。二、重點(diǎn)、難點(diǎn)據(jù)開普勒行星運(yùn)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、太陽與行星間的引力公式的推導(dǎo)三、教學(xué)過程知識回顧思考：請同學(xué)們從運(yùn)動學(xué)的角度，思考開普勒行星運(yùn)動定律的物理意義？開普勒行星運(yùn)動定律第一定律：所有行星繞太陽的軌道都是橢圓，太陽處在橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。第二定律：對任意一個(gè)

2、行星來說，它與太陽的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過相等的面積。第三定律：所有行星的橢圓軌道的半長軸的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等，即提出問題：開普勒發(fā)表了行星運(yùn)動的三個(gè)定律，解決了描述行星運(yùn)動的問題，但好奇的人們，面向天穹，深情地叩問：是什么原因行星繞著太陽做如此和諧而有規(guī)律的運(yùn)動呢？科學(xué)足跡：人類對行星運(yùn)動規(guī)律原因認(rèn)識的過程：伽利略：一切物體都有合并的趨勢。開普勒：行星的運(yùn)動是受到了來自太陽的類似于磁力的作用 ，與距離成反比。笛卡兒：在行星的周圍有旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)(以太)作用在行星上，使得行星繞太陽運(yùn)動。胡克：行星繞太陽運(yùn)動是因?yàn)樾行鞘艿搅颂枌λ囊?。如果行星的軌道是圓形的，那么引力的大小

3、與到太陽距離的平方成反比。進(jìn)一步介紹：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。新課教學(xué)思考：太陽對行星的引力F跟哪些因素有關(guān)系呢？如何尋找這個(gè)關(guān)系呢？與行星到太陽的距離r有關(guān)。模型簡化思考：行星的實(shí)際運(yùn)動是橢圓運(yùn)動，但我們還不了解橢圓運(yùn)動規(guī)律，那應(yīng)該怎么辦？可以把它簡化成什么運(yùn)動呢？利用表格中軌道半長軸和半短軸的距離比較，可以將橢圓運(yùn)動簡化成圓周運(yùn)動。思考：是勻速圓周運(yùn)動還是變速圓周運(yùn)動？對于某一確定的行星來說，它繞太陽做圓周運(yùn)動的周清是不變，因此我們可以將行星繞太陽做圓周運(yùn)動看著是勻速圓周運(yùn)動?？茖W(xué)探究太陽對

4、行星的引力提供了行星做勻速圓周運(yùn)動的向心力。設(shè)行星的質(zhì)量為m，速度為v，行星到太陽的距離為r，則行星繞太陽做勻速圓周運(yùn)動的向心力 思考：天文觀測能直接測得行星運(yùn)動的線速度v嗎？能直接觀測出什么？盡管我們在觀測行星運(yùn)動時(shí)，我們是無法直接觀測出行星運(yùn)動的線速度。但是我們觀測出行星運(yùn)動的周期，那么我們可以利用周期來替換行星運(yùn)動的線速度。思考：不同行星的公轉(zhuǎn)周期是不同的，F(xiàn)與r的關(guān)系的表達(dá)式中不應(yīng)該出現(xiàn)T,如何消去T呢？根據(jù)開普勒第三定律：所有行星的橢圓軌道的半長軸的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等，那么一、太陽對行星的引力太陽對行星的引力跟行星的質(zhì)量成正比，與行星到太陽距離的二次方成反比。思

5、考：既然太陽對行星有引力，那么行星對太陽是否也有引力？這個(gè)力有怎么樣定量的關(guān)系？對于太陽對行星的引力，太陽是施力物體，而根據(jù)牛頓第三定律，太陽也要受到行星大小相等，方向相反的引力作用，對于這個(gè)引力，太陽又是受力物。對稱性是許多物理規(guī)律的一個(gè)重要特性。二、行星對太陽的引力 行星對太陽的引力跟太陽的質(zhì)量成正比，與太陽到行星距離的二次方成反比.三、太陽與行星間的引力綜合以上推導(dǎo)過程，推導(dǎo)出太陽與行星間的引力與太陽質(zhì)量、行星質(zhì)以及兩者距離的關(guān)系式?？纯茨軌虻贸鍪裁唇Y(jié)論。既然太陽對行星的引力與行星對太陽的引力是一對作用力與反作用力，二者同性質(zhì)且等大，那么它們的大小應(yīng)該是相同的表達(dá)式，因此太陽對行星與行星對太陽應(yīng)該能合二為一，組織討論得出太陽與行星之間結(jié)論：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。太陽與行星間引力的方向沿著二者的連線。思考：如何證明在其他星體之間也滿足 ？留給學(xué)生課后思考師生小結(jié)：1、太陽對行星的引力：太陽對不同行星的引力，與行星的質(zhì)量m成正比，與太陽到行星間的距離r的二次方成反比2、行星對太陽的引力：與太陽的質(zhì)量M成正比，與行星到太陽的距離r的二次方成反比3、太陽與行星間的引力：與太陽的質(zhì)量M、行星的質(zhì)量m成正比，與兩者距離的二次方成反比問題與練習(xí)1.在