7物理必修二素材生活中的圓周運(yùn)動(dòng).doc

1、 人教版新課標(biāo)普通高中物理 必修 6.2 太陽(yáng)與行星間的引力教案 a教學(xué)目標(biāo)一、知識(shí)與技能1理解太陽(yáng)與行星間存在引力。2能根據(jù)開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律和牛頓第三定律推導(dǎo)出太陽(yáng)與行星間的引力表達(dá)式。二、過程與方法1了解行星與太陽(yáng)間的引力公式的建立和發(fā)展過程。2體會(huì)推導(dǎo)過程中的數(shù)量關(guān)系。三、情感、態(tài)度與價(jià)值觀了解太陽(yáng)與行星間的引力關(guān)系，從而體會(huì)到大自然的奧秘。教學(xué)重點(diǎn) 對(duì)太陽(yáng)與行星間引力的理解。教學(xué)難點(diǎn) 運(yùn)用所學(xué)知識(shí)對(duì)太陽(yáng)與行星間引力的推導(dǎo)。課時(shí)安排 1課時(shí)。教學(xué)過程一、導(dǎo)入新課教師活動(dòng)：開普勒在前人的基礎(chǔ)上，經(jīng)過計(jì)算總結(jié)出了他的三條定律，請(qǐng)同學(xué)們回憶一下，三條定律的內(nèi)容是什么？（學(xué)生回答）教師活動(dòng)：開

2、普勒第三定律適用于圓軌道時(shí)，是怎樣表述的？（學(xué)生回答）教師活動(dòng)：通過對(duì)開普勒定律的學(xué)習(xí)，知道了行星運(yùn)動(dòng)時(shí)所遵循的規(guī)律，即行星怎樣運(yùn)動(dòng)？那么行星為什么要做這樣的運(yùn)動(dòng)呢？二、新課教學(xué) 許多科學(xué)家都對(duì)運(yùn)動(dòng)的原因提出了各種猜想。牛頓在前人對(duì)慣性研究的基礎(chǔ)上，認(rèn)為：以任何方式改變速度（包括方向）都需要力。因此，使行星沿圓或橢圓運(yùn)動(dòng)，需要指向圓心或橢圓焦點(diǎn)的力，這個(gè)力應(yīng)該是太陽(yáng)對(duì)它的引力，所以，牛頓利用他的運(yùn)動(dòng)定律把行星的向心加速度與太陽(yáng)對(duì)它的引力聯(lián)系起來了。 （一）太陽(yáng)對(duì)行星的引力教師活動(dòng)：引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材，出示提綱，讓學(xué)生在練習(xí)本上獨(dú)立推導(dǎo)：1. 行星繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，寫出行星需要的向心力表達(dá)式，

3、并說明式中符號(hào)的物理意義。2. 行星運(yùn)動(dòng)的線速度v與周期t的關(guān)系式如何？為何要消去v？寫出要消去v后的向心力表達(dá)式。3. 如何應(yīng)用開普勒第三定律消去周期t？為何要消去周期t？4. 寫出引力f與距離r的比例式，說明比例式的意義。教師活動(dòng)：投影學(xué)生的推導(dǎo)過程，點(diǎn)評(píng)。師生交流討論或大膽猜測(cè)。明確：1既然把橢圓軌道簡(jiǎn)化為圓形軌道，由第二定律：行星與太陽(yáng)的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過相等的面積，可知：行星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。2猜想：太陽(yáng)對(duì)行星的引力，并且此引力等于行星做圓周運(yùn)動(dòng)所需要的向心力。3選擇，因?yàn)樵谌粘Ｉ钪?，行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的線速度v、角速度不易觀測(cè)，但周期t比較容易觀測(cè)出來。4由開普勒第三定律可知，并且

4、k是由中心天體的質(zhì)量決定的。因此可對(duì)此式變形為。合作交流根據(jù)對(duì)上述問題的探究，讓學(xué)生分組交流合作，推導(dǎo)出太陽(yáng)對(duì)行星的引力的表達(dá)式。設(shè)行星的質(zhì)量為m，行星到太陽(yáng)的距離為r，公轉(zhuǎn)周期為t，根據(jù)牛頓第二定律可得太陽(yáng)對(duì)行星的引力為：由開普勒第三定律可得t2=由得：即f42k 式表明：太陽(yáng)對(duì)不同行星的引力，與行星的質(zhì)量成正比，與行星和太陽(yáng)間距離的二次方成反比。點(diǎn)評(píng)：通過對(duì)上述問題探究，使學(xué)生了解物理問題的一般處理方法：抓住主要矛盾，忽略次要因素，大膽進(jìn)行科學(xué)猜想，體會(huì)科學(xué)研究方法對(duì)人們認(rèn)識(shí)自然的重要作用。（二）行星對(duì)太陽(yáng)的引力教師活動(dòng)：行星對(duì)太陽(yáng)的引力與太陽(yáng)的質(zhì)量m以及行星到太陽(yáng)的距離r之間又有何關(guān)系？

5、請(qǐng)?jiān)诰毩?xí)本上用學(xué)過的知識(shí)推導(dǎo)出來。學(xué)生活動(dòng)：在練習(xí)本上用牛頓第三定律推導(dǎo)行星對(duì)太陽(yáng)的引力f與太陽(yáng)的質(zhì)量m以及行星到太陽(yáng)的距離r之間的關(guān)系。教師活動(dòng)：投影學(xué)生的推導(dǎo)過程，點(diǎn)評(píng)。學(xué)生思考、歸納、代表發(fā)言。明確：1兩個(gè)物體間的作用力和反作用力總是大小相等、方向相反，作用在同一條直線上。2根據(jù)牛頓第三定律和太陽(yáng)對(duì)行星的引力滿足的關(guān)系可知：行星對(duì)太陽(yáng)的引力大小應(yīng)該與太陽(yáng)質(zhì)量m成正比，與行星、太陽(yáng)距離的二次方成反比，也就是。（三）太陽(yáng)與行星間的引力教師活動(dòng)：綜合以上推導(dǎo)過程，推導(dǎo)出太陽(yáng)與行星間的引力與太陽(yáng)質(zhì)量、行星質(zhì)量、以及兩者距離的關(guān)系式?？纯茨軌虻贸鍪裁唇Y(jié)論？學(xué)生活動(dòng)：在練習(xí)本上推導(dǎo)出太陽(yáng)與行星間的引

6、力表達(dá)式。教師活動(dòng)：投影學(xué)生的推導(dǎo)過程，點(diǎn)評(píng)。點(diǎn)評(píng)：通過學(xué)生獨(dú)立推導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生邏輯推理能力，同時(shí)讓學(xué)生感受探究新知的樂趣。教師活動(dòng)：引導(dǎo)學(xué)生就教材“說一說”欄目中的問題進(jìn)行討論，總結(jié)、點(diǎn)評(píng)。對(duì)公式的說明：（1）公式表明，太陽(yáng)與行星間的引力大小，與太陽(yáng)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。（2）式中g(shù)是比例系數(shù)，與太陽(yáng)、行星都沒有關(guān)系。（3）太陽(yáng)與行星間引力的方向沿著兩者的連線方向。（4）我們沿著牛頓的足跡，一直是在已有的觀測(cè)結(jié)果（開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律）和理論引導(dǎo)（牛頓運(yùn)動(dòng)定律）下進(jìn)行推測(cè)和分析，觀測(cè)結(jié)果僅對(duì)“行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)”成立，這還不是萬有引力定律。三、課堂小結(jié)通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，

7、我們了解了：1太陽(yáng)對(duì)行星的引力大小與行星的質(zhì)量成正比，與行星和太陽(yáng)間距離的二次方成反比。2行星對(duì)太陽(yáng)的引力大小與太陽(yáng)的質(zhì)量m成正比，與太陽(yáng)到行星的距離的二次方成反比。3太陽(yáng)與行星間的引力與太陽(yáng)的質(zhì)量、行星的質(zhì)量成正比，與兩者距離的平方成反比： 寫成等式。四、課堂訓(xùn)練1.下列說法正確的是（ ）。a.行星繞太陽(yáng)的橢圓軌道可以近似地看作圓形軌道，其向心力來源于太陽(yáng)對(duì)行星的引力 b.太陽(yáng)對(duì)行星的引力大于行星對(duì)太陽(yáng)的引力，所以行星繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)而不是太陽(yáng)繞行星運(yùn)轉(zhuǎn)c.太陽(yáng)對(duì)行星的引力等于行星對(duì)太陽(yáng)的引力，其方向一定在兩者的連線上 d.所有行星與太陽(yáng)間的引力都相等2關(guān)于力學(xué)問題的研究方法，下列描述正確的是（

8、）。a.行星與太陽(yáng)間作用的規(guī)律，是根據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)探究它受的力 b.平拋運(yùn)動(dòng)的研究是根據(jù)物體的受力探究它的運(yùn)動(dòng) c.圓周運(yùn)動(dòng)的研究是根據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)探究它的力 d.圓周運(yùn)動(dòng)的研究是根據(jù)物體的受力探究它的運(yùn)動(dòng)3.如果認(rèn)為行星圍繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，那么下列說法中正確的是（ ）。a. 行星受到太陽(yáng)的引力，提供行星做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力b. 行星受到太陽(yáng)的引力，但行星運(yùn)動(dòng)不需要向心力c. 行星同時(shí)受到太陽(yáng)的引力和向心力的作用d. 行星受到太陽(yáng)的引力與它運(yùn)行的向心力可能不等4.如果要驗(yàn)證太陽(yáng)與行星之間引力的規(guī)律是否適用于行星與它的衛(wèi)星，需要觀測(cè)衛(wèi)星的（ ）。a.質(zhì)量 b.運(yùn)動(dòng)周期 c.軌道半徑 d.半徑5.把

9、行星運(yùn)動(dòng)近似看作勻速圓周運(yùn)動(dòng)以后，開普勒第三定律可寫為t2kr3，則可推得（ ）。a.行星受太陽(yáng)的引力為 b.行星受太陽(yáng)的引力都相同c.行星受太陽(yáng)的引力 d.質(zhì)量越大的行星受太陽(yáng)的引力一定越大6.關(guān)于太陽(yáng)與行星間的引力，下列說法中正確的是（ ）。a太陽(yáng)對(duì)行星的引力與行星對(duì)太陽(yáng)的引力是一對(duì)平衡力b太陽(yáng)對(duì)行星的引力與行星對(duì)太陽(yáng)的引力是作用力與反作用力的關(guān)系c太陽(yáng)與行星間的引力大小與太陽(yáng)的質(zhì)量、行星的質(zhì)量成正比，與兩者距離的平方成反比d以上說法均不對(duì)7.兩顆做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的人造地球衛(wèi)星，它們的角速度和線速度分別為1、2和v1、v2。如果它們的軌道半徑之比r1r2=12，則下列式子正確的是（ ）。a.

10、121 b.12=21 c.v1v21 d.v1v2=18.兩個(gè)行星的質(zhì)量分別為m1和m2，繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道半徑分別為r1和r2，求：（1）它們與太陽(yáng)間的引力之比；（2）它們的公轉(zhuǎn)周期之比。答案：1.ac 2. abc 3.a 4. bc 5. c 6.bc 7. ac 8.（1） （2） 五、布置作業(yè)1教材p39 問題與練習(xí) 第2、3題。2分組討論教材“說一說”欄目中的問題。 教案 b整體設(shè)計(jì)本節(jié)課我們將追尋牛頓的足跡，根據(jù)開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律和勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力公式（牛頓第二定律在圓周運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用）推導(dǎo)出太陽(yáng)對(duì)行星的引力與行星的質(zhì)量、行星與太陽(yáng)間的距離的比例關(guān)系，再根據(jù)牛頓第三定律推導(dǎo)出行

11、星對(duì)太陽(yáng)的引力與太陽(yáng)的質(zhì)量、太陽(yáng)與行星間的距離的比例關(guān)系，從而進(jìn)一步得到太陽(yáng)與行星間的引力所遵循的規(guī)律，為重新“發(fā)現(xiàn)”萬有引力定律打下基礎(chǔ)。行星圍繞太陽(yáng)運(yùn)行軌道是橢圓，實(shí)際上，多數(shù)大行星的軌道與圓十分接近，也就是行星圍繞太陽(yáng)做圓周運(yùn)動(dòng)，那么一定就得有力來提供向心力，這個(gè)力應(yīng)該是太陽(yáng)對(duì)行星的引力。本節(jié)主要內(nèi)容就是介紹科學(xué)家對(duì)行星運(yùn)動(dòng)原因的各種猜想，及運(yùn)用舊知識(shí)推導(dǎo)太陽(yáng)與行星間的引力。在介紹是什么原因使行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，教師可補(bǔ)充一些材料，使學(xué)生領(lǐng)略前輩科學(xué)家對(duì)自然奧秘不屈不撓的探索精神和對(duì)待科學(xué)研究一絲不茍的態(tài)度。在推導(dǎo)太陽(yáng)與行星間的引力時(shí)，教師可先引導(dǎo)學(xué)生理清推導(dǎo)思路，然后放手讓學(xué)生自主推導(dǎo)，

12、充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主體地位，培養(yǎng)學(xué)生用已有知識(shí)進(jìn)行創(chuàng)新，發(fā)現(xiàn)新規(guī)律的能力。教學(xué)目標(biāo)一、知識(shí)與技能1知道行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的原因是受到太陽(yáng)引力的作用。2理解并會(huì)推導(dǎo)太陽(yáng)與行星間的引力大小。3記住物體間的引力公式 。 二、過程與方法1了解行星與太陽(yáng)間的引力公式的建立和發(fā)展過程。2體會(huì)推導(dǎo)過程中的數(shù)量關(guān)系。三、情感態(tài)度與價(jià)值觀了解太陽(yáng)與行星間的引力關(guān)系，從而體會(huì)到大自然的奧秘。教學(xué)重點(diǎn)對(duì)太陽(yáng)與行星間引力的理解。教學(xué)難點(diǎn)運(yùn)用所學(xué)知識(shí)對(duì)太陽(yáng)與行星間引力的推導(dǎo)。課時(shí)安排1課時(shí)。教學(xué)過程一、導(dǎo)入新課1. 情景導(dǎo)入目前已知太陽(yáng)系中有8顆大行星，它們通常被分為兩組：內(nèi)層行星（水星、金星、地球、火星）和外層行星（木星

13、、土星、天王星、海王星），內(nèi)層行星體積較小，主要由巖石和鐵組成；外層行星體積要大得多，主要由氫、氦、冰物質(zhì)組成。哥白尼說：“太陽(yáng)坐在它的皇位上，管理著圍繞著它的一切星球?！蹦敲词鞘裁丛蚴剐行抢@太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)呢？伽利略、開普勒以及法國(guó)數(shù)學(xué)家笛卡兒都提出過自己的解釋。然而，只有牛頓才給出了正確的解釋。2. 復(fù)習(xí)導(dǎo)入根據(jù)開普勒三大定律我們已經(jīng)知道了八大行星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。八大行星之所以繞太陽(yáng)做圓周運(yùn)動(dòng)，是什么原因造成的呢？我們這節(jié)課就一起來探究這個(gè)問題。二、新課教學(xué)開普勒描述了行星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，那么它們?yōu)槭裁催@樣運(yùn)動(dòng)呢？許多科學(xué)家都對(duì)運(yùn)動(dòng)的原因提出了各種猜想。牛頓在前人對(duì)慣性研究的基礎(chǔ)上，認(rèn)為：以任何方式改變

14、速度（包括方向）都需要力。因此，使行星沿圓或橢圓軌道運(yùn)動(dòng)，需要指向圓心或橢圓焦點(diǎn)的力，這個(gè)力應(yīng)該是太陽(yáng)對(duì)它的引力，所以，牛頓利用他的運(yùn)動(dòng)定律把行星的向心加速度與太陽(yáng)對(duì)它的引力聯(lián)系起來了。（一）太陽(yáng)對(duì)行星的引力1猜想與模型簡(jiǎn)化師生互動(dòng)：教師提出問題，引導(dǎo)學(xué)生共同解決，為推導(dǎo)太陽(yáng)對(duì)行星的引力做好準(zhǔn)備。由力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系知：已知力的作用規(guī)律可推測(cè)物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；若已知物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，也可以推測(cè)力的作用規(guī)律。問題l：今天探究太陽(yáng)與行星間的引力屬于哪種情況？問題2：行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的規(guī)律是怎樣的？問題3：前面我們學(xué)習(xí)了兩種曲線運(yùn)動(dòng)，是哪兩種，如何處理？問題4：若要解決橢圓軌道的運(yùn)動(dòng)，根據(jù)現(xiàn)在的知識(shí)水平，可作

15、如何簡(jiǎn)化？學(xué)生交流討論后回答：明確：?jiǎn)栴}l：屬于已知運(yùn)動(dòng)求力的情況。問題2：由開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律，行星繞太陽(yáng)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足。問題3：平拋運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)。平拋運(yùn)動(dòng)可分解為兩個(gè)方向上的直線運(yùn)動(dòng)，圓周運(yùn)動(dòng)可分解為沿半徑方向和沿切線方向上的運(yùn)動(dòng)。問題4：簡(jiǎn)化成圓周運(yùn)動(dòng)。2太陽(yáng)對(duì)行星的引力問題探究問題1：根據(jù)開普勒行星運(yùn)動(dòng)第一、第二定律，在行星軌道為圓的簡(jiǎn)化模型下，行星做何種運(yùn)動(dòng)？問題2：做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體必定得有力提供向心力，行星的運(yùn)動(dòng)是由什么力提供的向心力？問題3：向心力公式有多個(gè)，如、我們選擇哪個(gè)公式推導(dǎo)出太陽(yáng)對(duì)行星的引力？問題4：不同行星的公轉(zhuǎn)周期t是不同

16、的，f跟r關(guān)系式中不應(yīng)出現(xiàn)周期t，我們可運(yùn)用什么知識(shí)把t消去？師生交流討論明確：（1）既然把橢圓軌道簡(jiǎn)化為圓形軌道，由第二定律：行星與太陽(yáng)的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過相等的面積，可知：行星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。（2）猜想：太陽(yáng)對(duì)行星的引力，并且此引力等于行星做圓周運(yùn)動(dòng)所需要的向心力。（3）選擇，因?yàn)樵谌粘Ｉ钪?，行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的線速度v、角速度不易觀測(cè)，但周期t比較容易觀測(cè)出來。（4）由開普勒第三定律可知并且k是由中心天體的質(zhì)量決定的。因此可對(duì)此式變形為t2 。合作交流根據(jù)對(duì)上述問題的探究，讓學(xué)生分組交流合作，推導(dǎo)出太陽(yáng)對(duì)行星的引力的表達(dá)式。設(shè)行星的質(zhì)量為m，行星到太陽(yáng)的距離為r，公轉(zhuǎn)周期為t，根據(jù)牛頓

17、第二定律可得太陽(yáng)對(duì)行星的引力為 把開普勒第三定律變形為t2 代入上式便得到f42k·由這個(gè)式子可以引導(dǎo)出此式表明：太陽(yáng)對(duì)不同行星的引力，與行星的質(zhì)量成正比，與行星和太陽(yáng)間距離的二次方成反比。點(diǎn)評(píng)：通過對(duì)上述問題的探究，使學(xué)生了解物理問題的一般處理方法：抓住主要矛盾，忽略次要因素，大膽進(jìn)行科學(xué)猜想，體會(huì)科學(xué)研究方法對(duì)人們認(rèn)識(shí)自然的重要作用。（二）行星對(duì)太陽(yáng)的引力問題探究1牛頓第三定律的內(nèi)容是什么？2根據(jù)牛頓第三定律，行星對(duì)太陽(yáng)的引力滿足什么樣的條件？學(xué)生思考、歸納、代表發(fā)言。明確：1兩個(gè)物體間的作用力和反作用力總是大小相等、方向相反，作用在同一條直線上。2根據(jù)牛頓第三定律和太陽(yáng)對(duì)行星的

18、引力滿足的關(guān)系可知：行星對(duì)太陽(yáng)的引力大小應(yīng)該與太陽(yáng)質(zhì)量m成正比，與行星、太陽(yáng)距離的二次方成反比，也就是 。（三）太陽(yáng)與行星間的引力合作探究?jī)?nèi)容：1利用太陽(yáng)對(duì)行星的作用力和行星對(duì)太陽(yáng)的作用力的關(guān)系，猜想太陽(yáng)與行星間作用力與m、m、r的關(guān)系。2寫出太陽(yáng)與行星間引力的表達(dá)式。探究：通過此兩個(gè)問題鍛煉學(xué)生的邏輯思維能力。寫成等式就是對(duì)公式的說明： （1）公式表明，太陽(yáng)與行星間的引力大小，與太陽(yáng)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。 （2）式中g(shù)是比例系數(shù)，與太陽(yáng)、行星都沒有關(guān)系。 （3）太陽(yáng)與行星間引力的方向沿著兩者的連線方向。 （4）我們沿著牛頓的足跡，一直是在已有的觀測(cè)結(jié)果（開普勒行

19、星運(yùn)動(dòng)定律）和理論引導(dǎo)（牛頓運(yùn)動(dòng)定律）下進(jìn)行推測(cè)和分析，觀測(cè)結(jié)果僅對(duì)“行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)”成立。這還不是萬有引力定律。三、實(shí)例探究例1 火星繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)可看作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，火星與太陽(yáng)間的引力提供火星運(yùn)動(dòng)的向心力。已知火星運(yùn)行的軌道半徑為r，運(yùn)行的周期為t，引力常量為g，試寫出太陽(yáng)質(zhì)量m的表達(dá)式。解析：火星與太陽(yáng)間的引力表達(dá)式為，式中g(shù)為引力常量，m為太陽(yáng)質(zhì)量，m為火星質(zhì)量， r為軌道半徑。設(shè)火星運(yùn)動(dòng)的線速度為v，由f提供火星運(yùn)動(dòng)的向心力，有由線速度和周期的關(guān)系，得太陽(yáng)質(zhì)量 。例2 關(guān)于太陽(yáng)對(duì)行星的引力，下列說法中正確的是（ ）。a. 太陽(yáng)對(duì)行星的引力提供行星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，因此有，由此可知，太陽(yáng)對(duì)行星的引力f引與太陽(yáng)到行星的距離r成反比b. 太陽(yáng)對(duì)行星的引力提供行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的向心力，因此有，由此可知，太陽(yáng)對(duì)行星的引力f引與行星運(yùn)動(dòng)速度平方成正比c. 太陽(yáng)對(duì)不同行星的引力，與行星的質(zhì)量成正比，與行星和太陽(yáng)間的距離的二次方成反比d. 以上說法均不對(duì)答案：c解析