2019-2020年人教版必修二6.2《太阳与行星间的引力》WORD教案1.doc

2019-2020年人教版必修二6.2太阳与行星间的引力WORD教案1科目物理年级高一班级时间xx年 3月 日课题：（人教必修2）第六章第二节：太阳与行星间的引力教学目标1.知识与技能（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）在开普勒行星运动定律、匀速圆周运动知识和牛顿运动定律的基础上，推导得到太阳与行星间的引力的表达式，并初步理解其物理意义。2.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，认识科学探究中交流和独创的意义。（2）了解物理学的研究方法，认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3.情感态度与价值观（1）感受太阳与行星间的引力关系，从而体会大自然的奥秘领略自然界的奇妙与和谐，蕴涵其中的规律之简洁，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，体验探索自然规律的艰辛与喜悦。（2）通过探究体验“发现”的乐趣体验逻辑推理的乐趣，提高分析问题、解决问题。3）培育与他人合作的精神，将自己的见解与他人交流的愿望，和勇于修正错误的科学精神。教 材分析重点：太阳与行星间引力的推导。突出教学重点的方法：通过有效问题的设置，引导学生动手参与推导过程，关注学生推导细节并及时交流和反馈，总结推导步骤；过程中突出层次关系，抓住关键。难点：太阳与行星间引力的推导。突破教学难点的策略：有效设置问题，启发和引导学生思考并界定问题、预定目标，明确达成目标过程中的每一步的研究对象、物理模型、物理规律和数学工具。教学过程设计一、新课引入：在有些人看来，物理是枯燥、难懂的，其实物理学是优美的，不过它的美表现在基本物理规律的简洁和普遍性，并且是含蓄的，隐蔽的，因此有时很难让人所领会。万有引力定律的发现堪称一部逐步揭示物理规律简洁美的壮丽史诗。上穷碧落下黄泉，天上人间，凡有引力参与的一切复杂现象，无不归结为一条简洁的定律，真可谓“囊括万殊，裁成一相”。因此从本节课开始，我们来探索万有引力定律的美之所在。首先，让我们从回顾开普勒行星运动定律开始本节课的探究之旅。1、开普勒行星运动定律的内容是什么？从运动的描述角度看，分别描述了什么物理情景？第一定律：所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上； 第一定律指明了研究行星运动的参考系、及行星运动的轨迹； 第二定律：对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间内扫过相等的面积；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：所有行星的轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等。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。二、新课讲授：1、探究引力的存在问：开普勒行星运动定律揭示了行星的运动规律，回答了人们千百年来一直追寻的 “行星怎样运动”的问题。然而好奇的人们，却并不满足，他们面向天穹，深情地叩问：行星为什么要这样运动？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？学生猜想是什么原因，并根据自己已有的知识和经验初步说出理由。经过若干个学生的发言、补充后，组织学生理出逻辑顺序：椭圆运动（至少速度变方向）变速运动加速度（由牛顿第二定律）合外力引力评价：大家之所以能顺利地确定引力存在是由于我们所处的时代，是由于上一章我们学过的圆周运动的知识，你知道几百年前科学刚刚萌芽发展的时代科学家们（不是一般民众）怎样回答的这个问题吗？阅读媒体素材：了解历史上人们关于行星运动原因的猜想简单介绍开普勒、笛卡儿、胡克、哈雷、牛顿等人的观点，其中开普勒认为是太阳发出的磁力；笛卡儿认为是流质涡旋带动；胡克、哈雷认为是太阳引力，甚至证明了如果行星轨道是圆形的，引力大小跟轨道半径的平方成反比（但对于椭圆轨道他们无法证明）；牛顿支持胡克、哈雷的观点，而且对椭圆轨道也做了严格的证明。（图片：流质涡旋带动可以以一个水的漩涡形象替代） 评价：由于流质涡旋带动符合人们的生活经验，所以当时被广泛接受，甚至牛顿都是在信仰这种学说中长大的，因此牛顿敢于坚持引力说是需要很大的勇气的。当然这种勇气也来自他广泛汲取的别人的成就，包括欧几里得数学，阿基米德静力学，开普勒定律，伽利略运动理论和实验结果，惯性概念，惠更斯的向心力等，同时亦来自于他自己的研究思考成果：后来出版的自然哲学的数学原理的初步理论。下面我们就沿着牛顿的足迹来探究太阳及行星间的引力2、探究太阳对行星引力大小问3：既然太阳对行星有一种引力，那么这个引力是由哪些因素决定的呢？大小、方向如何呢？1、猜想：请同学们猜一猜这个引力大小跟什么有关？不说根据。学生能猜出距离、二者质量，但很可能也会说出行星周期、线速度、角速度等。2、验证思路：有什么办法来验证你的结论的正确性？ 学生讨论出：由运动情况（通过运动学公式）加速度（通过牛顿第二定律）受力情况。（即已知力的作用规律，可以推测物体的运动规律；已知物体的运动规律，也可以推测力的作用规律。开普勒行星运动定律既然描述了行星绕太阳运动的规律，那么就可以根据这个运动规律，推测太阳对行星作用力的规律。简单地说，就是把解决问题归结为“已知运动求力”的动力学问题。）牛顿运动定律 运动力MmFr过渡介绍：在牛顿所处时代，行星的运动情况观测资料已经相当丰富，因此得出行星受到的引力的表达式是可能的，但是运动轨迹椭圆难倒了胡克、哈雷等，也使牛顿困惑了许多年，直到他用自己发明的微积分解决了问题（历史上是否如此呢？缺乏考证）。我们不会微积分，因此我们研究不了椭圆，但是多数行星的轨道十分接近圆，因此我们现在就通过圆轨道用刚才的思路导出太阳对行星引力的表达式，验证我们的猜测，同时再现牛顿当时的思维过程。3、模型简化：问：行星轨道按圆处理，开普勒定律怎样表述？（投影出答案）4、验证推理：问：若已知某行星匀速圆周运动轨道半径为r，线速度为v，质量为m行，则它需要的向心力多大？F需向=m行引导：天文观测能直接得到行星的线速度吗？能直接观测出什么？应该怎样变化刚才的公式？将代入得F需向=引导：这是行星需要的向心力，我们要求的是太阳对行星的引力，这两个力有何关系吗？F太阳对行星=F需向=引导：我们知道引力应该是某种性质的力，不管行星运动还是静止都应该存在这个力，因此太阳对行星的引力大小应该与行星的周期是无关的，仅与两个星球本身情况有关，即以上得到的仅是太阳对行星的引力计算式，而不是决定式！为找到引力的决定式，我们必须将周期T去掉？怎么办呢？引导：由开普勒第三定律得，代入得F太阳对行星=再共同分析出公式中除了m行、r2以外，其余都是常量，对任何行星都相同，这才是只跟距离以及天体本身有关的表达式，即太阳对行星引力的决定式。总结上式的物理意义，并给出简化式：F太阳对行星3、探究行星对太阳引力大小问：刚才我们猜测到太阳对行星的引力应该与双方的质量均有关，直觉告诉我们这个猜测是正确的，可是我们得出的结论好像只与行星质量有关，难道我们猜测错了吗？引导学生观察等式F太阳对行星=讨论出结论：公式中的常数k是开普勒第三定律中的常数，此常数是一个与行星无关而与太阳有关的量，与太阳的什么有关，最可能就是质量，因此说太阳对行星的引力与双方的质量均有关。问：那么与太阳质量到底有什么关系呢？怎样研究这一问题呢？引导学生讨论得出研究思路：如果还是研究太阳对行星的引力，只能到上式为止，不可能再有什么突破，何不研究行星对太阳的引力呢？因为太阳对行星的引力和行星对太阳的引力是一对作用力与反作用力，二者同性质且等大。（以上这两个问题的设计目的就是为了由讨论太阳对行星的引力向讨论行星对太阳引力进行过渡，让学生理解这种研究方向的转变是一种思维的必然，同时也让学生体会到牛顿能够转变这种研究方向，其思维技巧多么高超。） 问：行星对太阳的引力跟太阳的质量有什么关系呢？引导学生讨论。利用施力物与受力物互换的办法得出：F行星对太阳。另一种应该利用运动相对性的办法，行星围绕太阳做匀速圆周运动，若以行星为参考系，太阳也在绕行星做匀速圆周运动，即若行星绕太阳转了一周，以行星为参考系，太阳也绕行星转了一周。4、行星与太阳之间的引力大小问：既然太阳对行星的引力与行星对太阳的引力是一对作用力与反作用力，二者同性质且等大，那么它们的大小应该是相同的表达式，因此F太阳对行星与F行星对太阳应该能合二为一，你能办到吗？组织讨论得出F太阳与行星之间（学生可能得出r4，组织学生评价是否正确）问：该式的物理意义，问能否写成等式？F太阳与行星之间G是比例系数，与行星和太阳质量均无关。（可将以上关键步骤列出投影出示）（以上各公式的脚标只是为了强调物理意义，本节课是必需的，以后不是必需的）5、总结（一）将本节课的探究过程的幻灯片最后重新播放一遍，替代总结。 （二）点评逻辑思维的严谨与巧妙，提醒学生感悟、学习这种思维。6、课堂练习1、下列说法正确的是（ ）A.行星绕太阳的椭圆轨道可以近似的看作圆形轨道，其向心力来源于太阳对行星的引力；B太阳对行星的引力大于行星对太阳的引力，所以行星绕太阳运转而不是太阳绕行星运转；C太阳对行星的引力关系不适用于地球对卫星的作用力；D行星与卫星之间的引力，地面上的物体所受的重力和太阳对行星的引力，是性质不相同的力。2关于地球和太阳，下列说法正确的是（ ）A.地球对太阳的引力比太阳对地球的引力小；B.地球绕太阳运转的向心力来源于太阳对地球的引力；C.太阳对地球的作用力有引力和向心力；D.在地球对太阳的引力作用下，太阳绕地球做圆周运动。3.对于太阳对行星的引力的表达式FGMm/r2,下面说法正确的是（ ）A公式中G常量，与太阳和行星均无关；B公式中G由太阳与行星间的距离，作用力和质量决定；CM和m受到的引力总是大小相等，方向相反，是一对平衡力；DM和m受到的引力总是大小相等，方向相反，是作用力和反作用力。7作业：思考上式结论中是否适用于行星和它的卫星，如果要验证你的结论是否成立 ，我们需要观测这些卫星运动的哪些数据？观测前你对这些数据的规律有什么假设？教学反思