2024-2025学年高中物理第六章万有引力与航天2太阳与行星间的引力2教案新人教版必修2

PAGE1-“太阳与行星间的引力”【学习内容分析】在行星运动规律与万有引力定律两节内容之间支配本节内容，是为了更突动身觉万有引力定律的这个科学过程。假如说上一节内容是从运动学角度描述行星运动的话，那么，本节内容是从动力学角度来探讨行星运动的，探讨过程是依据已有规律进行的演绎推理过程。教科书在敬重历史事实的前提下，通过一些逻辑思维的铺垫，让学生以自己现有的学问基础身于历史的背景下，经验一次“发觉”万有引力的过程，因此体验物理学探讨问题的方法就成为主要的教学目标。【学情分析】在学太阳对行星的引力之前，学生已经对力、重力、向心力、加速度、重力加速度、向心加速度等概念有了较好的理解，并且驾驭自由落体运动和圆周运动等运动规律，能娴熟运用牛顿运动定律解决动力学问题。已经完全具备深化探究和学习万有引力定律的起点实力。所以在推导太阳与行星运动规律时，老师可以要求学生自主地运用原有已经的学问进行推导，并要求说明每一步推理的理论依据是什么，老师仅在难点问题上做适当的点拨。【教学目标】一、学问与技能1、了解关于行星绕太阳运动的不同观点和引力思想形成的历程。2、知道行星绕太阳运动的缘由，知道太阳与行星间存在着引力作用，知道行星绕太阳做匀速圆周运动向心力来源；3、知道太阳与行星间引力的方向和表达式，知道牛顿定律在推导太阳与行星间引力时的作用，领悟将不易测量的物理量转化为易测量物理量的方法。二、过程与方法1、追寻得出太阳与行星间引力的科学探究过程，相识科学探究中沟通和独创的意义；2、了解物理学的探讨方法，相识物理模型和数学工具在物理学发展过程中的作用；3、通过思维程序“提出问题→猜想与假设→理论分析→试验观测→验证结论”培育学生探究思维实力。三、情感看法与价值观1、领会自然界的奇异与和谐，蕴涵其中的规律之简洁，发展对科学的新奇心与求知欲，乐于探究自然界的奇异，体验探究自然规律的艰辛与喜悦；2、培育与他人合作的精神，将自己的见解与他人沟通的愿望。【教学重难点】太阳与行星间的引力的推导思路和过程；突出教学重难点的方法：引导学生动手参加推导过程，关注学生推导细微环节并刚好沟通和反馈，总结推导步骤；老师呈现推导过程要层次分明，突出关键。【教学资源】1、教学课件(PPT文件)2、多媒体教学设备【教学设计过程】一、复习旧课（引导学生回答，老师刚好订正补充）老师活动：请同学们从运动的描述角度思索，开普勒行星运动定律的物理意义？（提问）学生活动：第肯定律揭示了描述行星运动的参考系、及其运动轨迹；其次定律揭示了行星在椭圆轨道上运动经过不同位置的快慢状况，近日点旁边速度大，远日点旁边速度小；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。老师活动：课件展示开普勒三定律：开普勒第肯定律也叫椭圆轨道定律，它的详细内容是：全部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。开普勒其次定律：对随意行星来说，他与太阳的连线在相等的时间内扫过相等的面积。开普勒第三定律的详细表述是:行星绕太阳运动轨道半长轴R的立方与运动周期T的平方成正比。老师活动：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，但新奇的人们，面对天穹，深情地叩问：是什么力气支配着行星围着太阳做如此和谐而有规律的运动呢？（问题的提出：）引导学生思索：问题1：行星在椭圆轨道上运动是否须要力？这个力是什么力供应的？大小跟太阳与行星间的距离有什么关系吗？学生活动：行星在椭圆轨道上运动须要力，这个力可能是太阳与行星之间引力供应的，大小跟太阳与行星间的距离应有关。问题2：.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？学生活动：揣测可以简化为圆周运动。行星轨道半长轴(106km)轨道半短轴(106km)水星57.956.7金星108.2108.1地球149.6149.5火星227.9226.9木星778.3777.4土星1427.01424.8天王星2882.32879.1海王星4523.94523.8问题3：.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？学生活动：.揣测可以简化为匀速圆周运动。老师活动：多媒体展示八大行星的轨道数据：视察八大行星的轨道半长轴与半短轴的区分并结合开普勒其次定律的内容得到结论：行星绕太阳的运动可以看作是匀速圆周运动。（简化模型）老师活动：总结：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。设计说明：依照已学学问点提出问题，然后让学生个体作答解决问题，同时不断抛出新的探讨点，引导学生主动参加探讨探究。模型简化也经过先揣测再推理的过程。【新课教学】一、人类对行星运动规律缘由相识的过程：老师活动：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备的圆周运动；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于磁力的作用。笛卡儿：在行星的四周有旋转的物质作用在行星上，使得行星绕太阳运动。进一步介绍：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相识，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，甚至证明白行星轨道假如为圆形，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。（猜想与假设）牛顿在前人的基础上，证明白假如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。过渡：这一节和下一节，我们将追寻牛顿的踪迹，用自己的手和脑，重新“发觉”万有引力定律。由于受到数学学问的限制，我们要对行星绕太阳的运动进行简化，简化为匀速圆周运动。二、引力的推导：思路：已知运动规律>求受力规律（太阳对行星的引力）探究:老师活动：太阳与行星间的引力F跟行星到太阳的距离有关，然而它们之间有什么定量关系呢？关于这个问题我们可以将行星的运动简化行星绕太阳做匀速圆周运动。那么太阳对行星的引力，就等于行星做匀速圆周运动的向心力。假如设行星的质量为m，速度为v，运行周期为T，行星到太阳的距离为r，则行星绕太阳做匀速圆周运动的向心力可以怎样表示？学生活动：向心力可以表示为=老师活动：在天文观测中我们应当用哪个方程来探究向心力呢？学生活动：天文观测中难以干脆得到行星运动的速度v，但可以得到行星公转的周期T，因此应当用来表示向心力。老师活动：能不能依据得到的结论？学生活动：不同行星的公转周期是不同的，所以不能说。老师活动：而且要找寻F跟的关系，那么表达式中就不应当出现周期T，所以要设法消去上式中的T，应当怎么消呢？学生活动：可以把开普勒第三定律变形为，代入上式得到：

或

①老师活动：我们留意到K是一个与行星无关，而仅与太阳有关的常数，这表明太阳对不同行星的引力，与行星的质量成正比，与行星和太阳间距离的二次方成反比。老师活动：但是，假如中心天体的质量发生改变，引力F变不变呢？用叠加的观点分析此问题，可以得出：F将改变，且M增大，F也增大；反之亦然。很明显，F还应与中心天体的质量M有关，它们之间有什么关系呢？怎样探讨F与M的关系呢？（思索1分钟）思路分析：刚才我们选择行星为探讨对象，探讨的结果中并没有出现太阳质量M。下面我们不妨尝试以太阳为探讨对象，看看行星对太阳的引力什么特征？对于太阳对行星的引力，太阳是施力物，而依据牛顿第三定律，太阳也要受到行星大小相等，方向相反的引力作用，对于这个引力，太阳又是受力物。对称性是很多物理规律的一个重要特性。假如太阳与行星，行星与卫星间的引力是同种性质的力，那么行星对太阳的引力是不是也应当与太阳的质量成正比呢？假如这个猜想是正确的，那么行星对太阳的引力又可以表示成什么呢？学生活动：（探讨、推导、沟通），

或

②（M为太阳质量，是与行星有关的常数）老师活动：很好，太阳对行星的引力和行星对太阳的引力有什么关系？你能结合①、②式得到什么关系？学生活动：……，这两个力是作用力与反作用力的关系，依据牛顿第三定律可知：，由①②得：

③老师活动：假如把这个结论进一步拓展，你还能得到什么结论？学生活动：应当还可以得到：老师活动：看到这样的式子，你是不是有些兴奋？是不是能发觉些什么？学生活动：我觉得从应当可以得到比值应当是个常数。老师活动：这个想法很大胆，但是从可以下结论认为是常数吗？你的结论还只能是个猜想或假设，当然这个想法特别具有建设性。不过我们还应当进行验证。

假如这个猜想成立，即（C是一个常数），那么①②式中的又可以怎样表示？假如再把它们代回到①②式，你又能有什么发觉？学生活动：……，可以得到：老师活动：留意到是个常数，可以用令，这个结论也可以写成：，方向：太阳与行星间引力的方向沿着二者的连线。适用范围：太阳与行星间的引力老师活动：上面，我们用自己的手和脑，得到了太阳与行星间的引力公式。我们今日得到的结论是万有引力定律么?讲解并描述：通过演绎推理得到的结论，推广到一般意义上的规律，在科学上是特别严谨的事情，须要经过实践和试验的检验。设计说明:书本上依据太阳对不同行星的引力，行星对太阳的引力，推导太阳与行星间的引力为过于牵强附会，不符合学科的认知规律，学生不易接受,学生感到很茫然，而用该方法思路过程很严密,学生简单驾驭。【作业设计】推导太阳与行星间的引力；做《步步高》上相关物理题。【板书设计】太阳与行星间的引力探究1、行星饶太阳运动向心加速度为，依据牛顿其次定律，太阳对不同行星的引力：探究2（1）太阳对行星的引力大小：结论：或（1）（2）行星对太阳的引力结论：

或（2）（3）由（1）、（2）式得，设，则，令（4）太阳与行星间的引力：是比例系数，与太阳、行星都没有关系方向：太阳与行星间引力的方向沿着二者的连线。适用范围：太阳与行星间的引力【教学反思】为了让学生驾驭建立物理模型、运用数学工具进行数学推导发觉物理规律的探讨方法，教学中应当调动学生参加探究的过程，这须要老师的引导，为此，本节课采纳“导探”式教学法，即在老师的引导下，让学生通过独立思索、合作沟通、小组探讨的方式完成探究的过程，让学生真正体验科学探究的方法。太阳