《太陽(yáng)與行星間的引力》物理教案物理太陽(yáng)與行星間的引力

1、第5頁(yè) 共5頁(yè)太陽(yáng)與行星間的引力物理教案 物理太陽(yáng)與行星間的引力太陽(yáng)與行星間的引力教學(xué)設(shè)計(jì)更多資來(lái)自jsfw8教學(xué)環(huán)節(jié)1.發(fā)現(xiàn)問(wèn)題;2.確定引力存在;3.探究太陽(yáng)對(duì)行星引力大小;4.探究行星對(duì)太陽(yáng)引力大小;5.探究行星與太陽(yáng)之間的引力大小;6.總結(jié),教學(xué)的難點(diǎn)一是如何通過(guò)師生互動(dòng)幫助學(xué)生用已有知識(shí)自主探究出三種引力的大小,讓學(xué)生心服口服地承受得出的結(jié)論,感受到結(jié)論的得出是一種思維的必然,而不是偶然;讓學(xué)生充分體會(huì)邏輯推理的重要作用,享受邏輯推理之美。二是在學(xué)生自主探究過(guò)程中如何在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候適當(dāng)介紹前人(當(dāng)然主要是牛頓)在當(dāng)時(shí)的觀點(diǎn)和思維過(guò)程,讓學(xué)生充分體會(huì)科學(xué)研究的方法,感受偉人們深邃的洞察力

2、,超前的意識(shí),學(xué)習(xí)大家的研究風(fēng)范。關(guān)于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題環(huán)節(jié)的教學(xué)建議采用復(fù)習(xí)開(kāi)普勒定律后提問(wèn)的方法:是什么原因?qū)е滦行抢@太陽(yáng)做如此和諧且有規(guī)律的運(yùn)動(dòng)呢?這是一種被廣泛采用的引入新課的方法,他符合人們的思維習(xí)慣,知其然而問(wèn)其所以然是人類(lèi)一種本能,因此建議采用此法引入新課。另外為了增加感性認(rèn)識(shí),也可以播放行星橢圓運(yùn)動(dòng)的動(dòng)畫(huà)。關(guān)于確定引力存在環(huán)節(jié)的教學(xué)建議教師讓學(xué)生猜想是什么原因,并根據(jù)自己已有的知識(shí)和經(jīng)歷初步說(shuō)出理由。由于天體之間存在引力根本上已經(jīng)成為一種群眾化的常識(shí),因此學(xué)生根本上都可以答復(fù)出是引力,甚至說(shuō)出是萬(wàn)有引力,因此重點(diǎn)不在這個(gè)結(jié)果上,而在學(xué)生能否說(shuō)出他的根據(jù),而且是有嚴(yán)密邏輯順序的根據(jù)。經(jīng)過(guò)假

3、設(shè)干個(gè)學(xué)生的發(fā)言、補(bǔ)充后,教師組織學(xué)生理出邏輯順序:橢圓運(yùn)動(dòng)(至少速度變方向)變速運(yùn)動(dòng)加速度(由牛頓第二定律)合外力引力(這個(gè)邏輯順序可以由投影出示)教師評(píng)價(jià):大家之所以能順利地確定引力存在是由于我們所處的時(shí)代,是由于上一章我們學(xué)過(guò)的圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí),你知道幾百年前科學(xué)剛剛萌芽開(kāi)展的時(shí)代科學(xué)家們(不是一般民眾)怎樣答復(fù)的這個(gè)問(wèn)題嗎?教師簡(jiǎn)單介紹開(kāi)普勒、笛卡兒、胡克、哈雷、牛頓等人的觀點(diǎn),其中開(kāi)普勒認(rèn)為是太陽(yáng)發(fā)出的磁力;笛卡兒認(rèn)為是流質(zhì)渦旋帶動(dòng);胡克、哈雷認(rèn)為是太陽(yáng)引力,甚至證明了假設(shè)行星軌道是圓形的,引力大小跟軌道半徑的平方成反比(但對(duì)于橢圓軌道他們無(wú)法證明);牛頓支持胡克、哈雷的觀點(diǎn),而且對(duì)橢

4、圓軌道也做了嚴(yán)格的證明。(有條件可以做成一個(gè)短片播放,流質(zhì)渦旋帶動(dòng)可以以一個(gè)水的漩渦形象替代)教師評(píng)價(jià):由于流質(zhì)渦旋帶動(dòng)符合人們的生活經(jīng)歷,所以當(dāng)時(shí)被廣泛承受,甚至牛頓都是在信仰這種學(xué)說(shuō)中長(zhǎng)大的,因此牛頓敢于堅(jiān)持引力說(shuō)是需要很大的勇氣的。當(dāng)然這種勇氣也來(lái)自他廣泛汲取的別人的成就,包括歐幾里得數(shù)學(xué),阿基米德靜力學(xué),開(kāi)普勒定律,伽利略運(yùn)動(dòng)理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果,慣性概念,惠更斯的向心力等,來(lái)自于他的研究考慮成果:后來(lái)出版的自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理的初步理論。(介紹這樣一個(gè)歷史背景的目的一是讓學(xué)生體會(huì)如今我們認(rèn)為很簡(jiǎn)單的知識(shí),在歷史上的發(fā)現(xiàn)過(guò)程不是一蹴而就的,是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間甚至幾代人的努力的,可以說(shuō)它不是一個(gè)人的功

5、績(jī)。二是讓學(xué)生體會(huì)牛頓之偉大來(lái)自于其天才,更來(lái)自于他廣泛汲取別人的成就的勤奮。對(duì)學(xué)生進(jìn)展勵(lì)志教育。假設(shè)時(shí)間緊迫,此部分內(nèi)容可略去)關(guān)于探究太陽(yáng)對(duì)行星引力大小環(huán)節(jié)的教學(xué)建議教師先讓學(xué)生猜一猜這個(gè)引力大小跟什么有關(guān)?不說(shuō)根據(jù)。學(xué)生能猜出間隔 、二者質(zhì)量,但很可能也會(huì)說(shuō)出行星周期、線(xiàn)速度、角速度等。教師不做點(diǎn)評(píng),只說(shuō)我們需要用理論驗(yàn)證。(學(xué)生可能知道萬(wàn)有引力,但知道萬(wàn)有引力大小與什么有關(guān)的應(yīng)該很少,因此此處的猜想有意義)教師提問(wèn):請(qǐng)用我們學(xué)過(guò)的知識(shí)提供一種驗(yàn)證思路:讓學(xué)生討論出:由運(yùn)動(dòng)情況(通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式)加速度(通過(guò)牛頓第二定律)受力情況(以上可以投影出)教師介紹:在牛頓所處時(shí)代,行星的運(yùn)動(dòng)情況觀

6、測(cè)資料已經(jīng)相當(dāng)豐富,因此得出行星受到的引力的表達(dá)式是可能的,但是運(yùn)動(dòng)軌跡橢圓難倒了胡克、哈雷等,也使牛頓困惑了許多年,直到他用自己創(chuàng)造的微積分解決了問(wèn)題(歷史上是否如此呢?缺乏考證)。我們不會(huì)微積分,因此我們研究不了橢圓,但是多數(shù)行星的軌道非常接近圓,因此我們?nèi)缃窬屯ㄟ^(guò)圓軌道用剛剛的思路導(dǎo)出太陽(yáng)對(duì)行星引力的表達(dá)式,驗(yàn)證我們的猜想,同時(shí)再現(xiàn)牛頓當(dāng)時(shí)的思維過(guò)程。教師提問(wèn):行星軌道按圓處理,開(kāi)普勒定律怎樣表述?(投影出答案)提問(wèn):假設(shè)某行星勻速圓周運(yùn)動(dòng)軌道半徑為r,線(xiàn)速度為v,質(zhì)量為m行,那么它需要的向心力多大?F需向=m行引導(dǎo):天文觀測(cè)能直接得到行星的線(xiàn)速度嗎?能直接觀測(cè)出什么?怎樣變化剛剛的公式

7、?將代入得F需向=引導(dǎo):這是行星需要的向心力,我們要求的是太陽(yáng)對(duì)行星的引力,這兩個(gè)力有關(guān)系嗎?F太陽(yáng)對(duì)行星=F需向=引導(dǎo):從上一章我們就知道,需要的向心力和提供的力是不一定相等的,否那么也就不會(huì)有離心運(yùn)動(dòng)、向心運(yùn)動(dòng)了,因此太陽(yáng)對(duì)行星的引力大小應(yīng)該與行星的周期是無(wú)關(guān)的,僅與兩個(gè)星球本身情況有關(guān),即以上得到的僅是太陽(yáng)對(duì)行星的引力計(jì)算式,而不是決定式(正象密度的計(jì)算式一樣),(或舉例:光滑程度面上用輕彈簧拴住一個(gè)質(zhì)量為m的小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng),軌道半徑為r,周期為T(mén),那么,這只是用周期T來(lái)計(jì)算拉力F,因?yàn)榍『眯枰南蛐牧Φ扔诶?但實(shí)際上拉力F僅由勁度系數(shù)k和伸長(zhǎng)量_有關(guān),跟作圓周運(yùn)動(dòng)的物體的運(yùn)動(dòng)學(xué)量無(wú)關(guān)。)為找到引力的決定式,我們必須將周期T去掉?怎么辦呢?引導(dǎo):由開(kāi)普勒第三定律得,代入得F太陽(yáng)對(duì)行星=再共同分析p 出公式中除了m行、r2以外,其余都是常量,對(duì)任何行星都一樣,這才是只跟間隔 以及天體本身有關(guān)的表達(dá)式,即太陽(yáng)對(duì)行星引力的決定式?？偨Y(jié)上式的物理意義,并給出簡(jiǎn)化式:F太陽(yáng)對(duì)行星(可將以上關(guān)鍵步驟列出