2太阳与行星间的引力

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1、6.2太阳与行星间的引力一、教学目标　一、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．知道行星绕太阳运动的原因，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，领会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，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．通过思维程序

2、“提出问题→猜想与假设→理论分析→实验观测→验证结论”培养学生探究思维能力。　三、情感态度与价值观　　1．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．培育与他人合作的精神，将自己的见解与他人交流的愿望。二、教学重点、难点重难点：对太阳与行星间引力的理解及公式应用三、教材分析、学情分析本节课是本章的第二节，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，并且掌握自由落体运动和圆周运动等运动规律，能熟练

3、运用牛顿运动定律解决动力学问题。已经完全具备深入探究和学习万有引力定律的起点能力。所以在推导太阳与行星运动规律时，教师可以要求学生自主地运用原有的知识进行推导，并要求说明每一步推理的理论依据是什么，教师仅在难点问题上做适当的点拨。四、教学方法1、启发引导，探究讨论，归纳总结得出太阳与行星间的引力。2、史实导入，引导学生探寻科学家的足迹。五、教学准备多媒体课件六、教学过程（一）引入新课知识回顾：分别请三位学生回忆开普勒行星运动定律答：轨道定律、面积定律、周期定律师：同学们已经知道太阳系中八大行星围绕太阳成一个椭圆轨道的运动，是什么原因使行星如此完

4、美而又和谐地绕太阳运动呢？（二）新课教学一、人类对行星运动规律原因认识的过程：师：下面我们沿着前人的脚步探索行星绕太阳运动的原因。介绍几位科学家的观点伽利略：行星的运动是“惯性”自行维持的。开普勒：行星的运动是受到了来自太阳的类似于磁力的作用，与距离成反比。笛卡尔：在行星的周围有旋转的物质(以太)作用在行星上，使得行星绕太阳运动。胡克：行星的运动是太阳吸引的缘故，并且力的大小与到太阳距离的平方成反比。由于关于运动和力的清晰概念是在后来由牛顿建立的，当时没有这些概念，因此他们无法深入研究。因此站在巨人肩膀上的牛顿出现了。进一步介绍：牛顿在前人对惯

5、性研究的基础上，开始思考“物体怎样才会不沿直线运动”这一问题。请学生回答这一问题。生：（讨论之后）力与速度不在一条直线上。牛顿：以任何方式改变速度都需要力。使行星沿圆或椭圆运动，需要指向圆心或椭圆焦点的力，这个力应该就是太阳对它的引力。这一节和下一节，我们将追寻牛顿的足迹，用自己的手和脑，重新“发现”万有引力定律。实际上，行星的椭圆轨道与圆十分接近。在中学阶段的研究中按圆轨道处理而得到的结果与行星的实际运行情况相差并不很大。二、引力的推导：1.太阳对行星的引力由开普勒运动定律和牛顿第二定律推得：根据开普勒行星运动第一、第二定律，在行星轨道为圆的

6、简化模型下，行星以太阳为圆心做匀速圆周运动，太阳对行星的引力提供了行星做匀速圆周运动的向心力。设行星的质量为m，速度为v，行星到太阳的距离为r，公转周期为T，根据牛顿第二定律可得太阳对行星的引力为。将开普勒行星运动第三定律变形为，代入上式可得 。2.行星对太阳的引力设太阳的质量为M，根据牛顿第三定律，可得行星对太阳的引力F’的大小也存在与上述关系对称的结果，即。3.太阳与行星间的引力由于、，且，则有  。设比例系数为G，则有。4.对公式的说明对公式，应注意以下几点：① 公式表明，太阳与行星间引力的大小，与太阳的质量、行星的质量成正比，与两者距离

7、的二次方成反比。② 式中G是比例系数，与太阳、行星都没有关系。③ 太阳与行星间引力的方向沿着二者的连线。④ 至此，我们沿着牛顿的足迹，一直是在已有的观测结果（开普勒行星运动定律）和理论引导（牛顿运动定律）下进行推测和分析，观测结果仅对“行星绕太阳运动”成立（下面我们将把它推广到卫星绕行星的运动），这还不是万有引力定律。5.对“说一说”栏目问题的讨论本节“说一说”栏目提出：“如果要验证太阳与行星之间引力的规律是否适用于行星与它的卫星，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？”我们知道，在推测和分析太阳与行星之间引力

8、规律的过程中，应用了开普勒行星运动定律和牛顿运动定律，而开普勒行星运动定律是开普勒根据研究天文学家第谷的行星观测记录发现的。因此，要验证太阳与行星之间