高中物理教案与课件6263太阳与行星间的引力万有引力

1、课 题年月日课 型新授课（ 2 课时） 6.26.3 太阳与行星间的引力、万有引力学问与技能教 学1懂得太阳与行星间引力的存在 2能依据开普勒行星运动定律和牛顿第三定律推导出太阳与行星间的引力表达式3明白万有引力定律得出的思路和过程,懂得万有引力定律的含义,把握万有引力定律的公式；4知道任何物体间都存在着万有引力,且遵循相同的规律；过程与方法目标教 学 重 点、难 点1通过推导太阳与行星间的引力公式,体会规律推理在物理学中的重要性2体会推导过程中的数量关系情感、态度与价值观感受太阳与行星间的引力关系,从而体会大自然的秘密教学重点据开普勒行星运动定律和牛顿第三定律推导出太阳与行星间的引力公式,记

2、住推导出的 引力公式教学难点太阳与行星间的引力公式的推导过程教学方 法探究、讲授、争论、练习教学 手教具预备 录像资料、多媒体课件段教 学 活 动 学 生 活 动一引入新课提问：请同学们从运动的描述角度摸索,开普勒行星运动定律的物理意义？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,但奇怪的人们,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？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情形,近日点邻近速度大,远日点邻近速度小；第三定律：揭示了不同行星虽然椭圆轨道和

3、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 （以下的三定律只用课件打出）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环绕太阳运动；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在确定地球运行轨道时发觉,如将地球绕太阳运行的轨道分为如干小段,每一段与太阳的连线在相等的时间间隔内扫过相等的面积；开普勒把这一结果推广到其他行星,就得到了 开普勒其次定律：对任意行星来说,他与太阳的连线（称为径矢）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a 的立方

4、与运动周期的平方成正比3 a 2 Tk（看课件的对应图片）问题及归纳A行星在椭圆轨道上运动是否需要力？这个力是什么力供应的？这个力是多大？太阳对行星的引力,大小跟太阳与行星间的距离有什么关系吗？B行星的实际运动是椭圆运动,但我们仍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？C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？以上的过程归纳为： 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老师 ：既然行星环绕太阳运动的轨道是椭圆,即为曲线运动,那么确定有一个力要来维护这个运动,

5、那么这个力是由什么来供应的呢？我们跟随着科学家们一起去争论讨论这个问题；（二）万有引力定律1、人类对行星运动规律缘由熟悉的过程老师： 略微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善的圆周运动伽利略：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与磁力的作用；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；老师：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熟悉,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

6、无法证明在椭圆轨道下,引力也遵 循这个规律；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,就 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；老师： 接下来我们就跟随牛顿先生一起去争论这个万有引力定律；由于行星运动的椭圆轨道很接近与圆形轨道,所以我们把它抱负化为一个圆形轨道,这样就简化了问题,易于我们在现有认知水平上来接受；2、万有引力定律1定律的推导就行星将作匀速圆周运动；依据匀速圆周运动的条件可知,假如行星的运动轨道是圆,行星必定要受到一个引力；牛顿认为这是太阳对行星的引力,那么,太阳对行星的引 力 F 供应行星作匀速圆周运动所需的向心力；同学活动：推导得F=m

7、v2=m2rr老师 ：那么我们从这个式子中立刻就可看到一些比例关系,推导下去呢？那么为什么牛顿仍要进行同学活动： 同学进行摸索； （这样争论问题比较复杂,由于有四个变量；不能表达这个行星运动的特点）老师 ：分为两大组进行推导：将V2 r/T 和w2代入上式得Fm42rT2T同学活动： 推导；老师 ：那么从这个式子中仍是有很多的变量,争论仍然复杂,怎么办呢？（引导同学3利用开普勒第三定律 r2 = K 代入上式）T同学活动： 推导得到：F = 4 2 K m2 r师生总结： 由上式可得出结论：太阳对行星的引力跟行星的质量成正比,跟行星到太m阳的距离的二次方成反比；即： F2 r老师：F = 4

8、2 K m2 中比值 k 是一个与行星无关的恒量只与太阳有关；那么到底与r太阳有什么关系呢？老师： 牛顿依据其第三定律：太阳吸引行星的力与行星吸引太阳的力是同性质的作用力,且大小相等；提出大胆得设想：既然这个引力与行星的质量成正比,也应跟太阳的质量 M 成正比；Mm（引导同学,或者采纳让同学来说明的方法）即：F2 rMm 写成等式就是 F 2 r老师： 行星绕太阳运动遵守这个规律,那么在其他地方是否适用这个规律呢？（假如说月球、卫星绕地球）同学活动： 摸索老师： 为了验证地面上的重力与地球吸引月球、太阳吸引行星的力是同一性质的力,遵守同样的规律,牛顿仍做了闻名的“ 月地” 检验参见课本 P10

9、5 右侧 ,结果证明他的想法是正确的；27.3 天 . 地球半径为6.37 106m.轨道半径为假如我们已知月球绕地球的公转周期为地球半径的60 倍；老师： 同学们试运算一下月球绕地球的向心加速度是多大？进行求解并分析结果）（引导同学采纳两种方法同学活动： 依据向心加速度公式：a42r2.71103ms2103ms2T2由于 Fm所以 a1/r2 同学们通过运算验证,ag.2. 722r3600两者结果非常接近,说明遵循同一规律；于是他把这一规牛顿在争论了这很多不同物体间的作用力都遵循上述引力规律之后；律推广到自然界中任意两个物体间,于 力定律；2万有引力定律 内容 自然界中任何两个物体都是相

10、互吸引的,比,跟它们的距离的二次方成反比；公式 假如用 m1 和 m2 表示两个物体的质量,用1687 年正式发表了具有划时代意义的万有引引力的大小跟这两个物体的质量的乘积成正r 表示它们的距离,那么万有引力定律可以用下面的公式来表示F=Gm1 m2为什么我们感觉不到旁边同学的r2老师： 既然自然界中任何两个物体之间都存在引力,引力？同学活动： 摸索、纳闷老师： 下面我们粗略的来运算一下两个质量为50kg ,相距 0.5m 的人之间的引力；F 6 . 67 10 11 50 50 6 . 67 10 7N0 . 25老师： 1.G 为引力常量 ,在 SI 制中, G6.67 1011Nm2/k

11、g2.（这个引力常量的出现要比万有引力定律晚一百多年哪！是英国的物理学家卡文迪许测出来的）,我们下节课就要学习； 那么这个力的大小到底是怎么样一个概念呢,其实他相当于提起一个质量比头发丝仍小的物体所用的力,因此我们很难察觉；但它对于质量较大的物体来说,就不行忽视了；老师： 为什么说是粗略？让同学摸索同学活动： 摸索老师： 2万有引力定律中的物体是指质点而言,不能随便应用于一般物体；a.对于相距很远因而可以看作质点的物体,公式中的 b.对匀称的球体, 可以看成是质量集中于球心上的质点,法；老师： 万有引力定律建立的重要意义r 就是指两个质点间的距离；这是一种等效的简化处理方17 世纪自然科学最宏

12、大的成果之一,它把地面上的物体运动的规律和天体运动的规了律统一了起来, 对以后物理学和天文学的进展具有深远的影响,而且它第一次揭示自然界中的 一种基本相互作用的规律,在人类熟悉自然的历史上树立了一座里程碑；作业阅读课本体会万有引力的来源一万有引力定律 月地检测 结论：太阳与行星间、地球与月球间、地球与地面物体间的力是同一种性质的力； 万有引力定律板 书 设 计万有引力定律： 自然界中的任何两物体都相互吸引没,引力的大小与物体的质量m1 和 m2 成正比,与他们之间的距离r 的二次方成反比即FGm 1m 2r2式中质量的单位为kg,距离的单位为m,力的单位N,G 叫引力常量；注：公式的适用条件（1）适用于质点间引力大小的运算（2）对于可视为质点的物体间的引力求解也可以利用万有引力公式（3）当争论的物体不能看成质点时,可以把物体假想分割成很多质点,求分力,再求合力说明：（1）万有引力的普遍