2015-2016学年人教版必修2太阳与行星间的引力、万有引力定律教案.doc

高中物理课堂教学教案 年 月 日 课 题§7.2～7.3太阳与行星间的引力、万有引力课 型新授课（2课时）教 学 目 标知识与技能 1．理解太阳与行星间引力的存在 2．能根据开普勒行星运动定律和牛顿第三定律推导出太阳与行星间的引力表达式 3．了解万有引力定律得出的思路和过程，理解万有引力定律的含义，掌握万有引力定律的公式； 4．知道任何物体间都存在着万有引力，且遵循相同的规律。 过程与方法 1．通过推导太阳与行星间的引力公式，体会逻辑推理在物理学中的重要性． 2．体会推导过程中的数量关系． 情感、态度与价值观 感受太阳与行星间的引力关系，从而体会大自然的奥秘． 教学重点、难点教学重点 据开普勒行星运动定律和牛顿第三定律推导出太阳与行星间的引力公式，记住推导出的引力公式． 教学难点 太阳与行星间的引力公式的推导过程． 教 学 方 法 探究、讲授、讨论、练习教 学 手 段 教具准备 录像资料、多媒体课件 教 学 活 动 引入新课 提问：请同学们从运动的描述角度思考，开普勒行星运动定律的物理意义？ 开普勒在1609和1619年发表了行星运动的三个定律，解决了描述行星运动的问题，但好奇的人们，面向天穹，深情地叩问：是什么力量支配着行星绕着太阳做如此和谐而有规律的运动呢？ (第一定律揭示了描述行星运动的参考系、及其运动轨迹；第二定律揭示了行星在椭圆轨道上运动经过不同位置的快慢情况，近日点附近速度大，远日点附近速度小；第三定律：揭示了不同行星虽然椭圆轨道和环绕周期不同，但由于中心天体相同，所以共同遵循轨道半长轴的三次方与周期的二次方比值相同的规律) （以下的三定律只用课件打出） 开普勒第一定律也叫椭圆轨道定律，它的具体内容是：所有行星分别在大小不同的轨道上围绕太阳运动。太阳在这些椭圆的一个焦点上。他的这条定律否定了行星轨道为圆形的理论 开普勒在确定地球运行轨道时发现，若将地球绕太阳运行的轨道分为若干小段，每一段与太阳的连线在相等的时间间隔内扫过相等的面积。开普勒把这一结果推广到其他行星，就得到了开普勒第二定律：对任意行星来说，他与太阳的连线（称为径矢）在相等的时间内扫过相等的面积。 开普勒第三定律的具体表述是:行星绕太阳运动轨道半长轴a的立方与运动周期的平方成正比 （看课件的对应图片） 问题及归纳 A．行星在椭圆轨道上运动是否需要力？这个力是什么力提供的？这个力是多大？太阳对行星的引力，大小跟太阳与行星间的距离有什么关系吗？ B．行星的实际运动是椭圆运动，但我们还不知道求出椭圆运动加速度的运动学公式，我们现在怎么办？把它简化为什么运动呢？ C．既然把行星绕太阳的运动简化为圆周运动。那么行星绕太阳的运动可进一步简化为匀速圆周运动吗？为什么？ 以上的过程归纳为：行星做曲线运动→必受到力的作用→把行星绕太阳的运动简化为圆周运动→进一步简化为匀速圆周运动 教师：既然行星围绕太阳运动的轨道是椭圆，即为曲线运动，那么肯定有一个力要来维持这个运动，那么这个力是由什么来提供的呢？我们跟随着科学家们一起去研究讨论这个问题。 （二） 万有引力定律 人类对行星运动规律原因认识的过程 教师：略微介绍十七世纪前以及伽俐略，开普勒，笛卡儿的观点。 17世纪前：行星理所应当的做这种完美的圆周运动 伽利略：一切物体都有合并的趋势，这种趋势导致物体做圆周运动。? 开普勒：受到了来自太阳的类似与磁力的作用。 笛卡儿：在行星的周围有旋转的物质作用在行星上，使得行星绕太阳运动。 教师：到牛顿这个时代的时候，科学家们对这个问题有了更进一步的认识，例如胡克、哈雷等，他们认为行星绕地球运动受到太阳对它的引力，甚至证明了行星轨道如果为圆形，引力的大小跟太阳距离的二次方成反比，但无法证明在椭圆轨道下，引力也遵循这个规律。 牛顿在前人的基础上，证明了如果太阳和行星的引力与距离的二次方成反比，则行星的轨迹是椭圆，并且阐述了普遍意义下的万有引力定律。 教师：接下来我们就跟随牛顿先生一起去研究这个万有引力定律。 由于行星运动的椭圆轨道很接近与圆形轨道，所以我们把它理想化为一个圆形轨道，这样就简化了问题，易于我们在现有认知水平上来接受。 2、万有引力定律 (1)定律的推导 如果行星的运动轨道是圆，则行星将作匀速圆周运动。根据匀速圆周运动的条件可知，行星必然要受到一个引力。牛顿认为这是太阳对行星的引力，那么，太阳对行星的引力F提供行星作匀速圆周运动所需的向心力。 学生活动： 推导得= 教师：那么我们从这个式子中马上就可看到一些比例关系，那么为什么牛顿还要进行推导下去呢？ 学生活动：学生进行思考。（这样研究问题比较复杂，因为有四个变量。不能体现这个行星运动的特点） 教师