2022年《太阳与行星间的引力》教学设计2 .pdf
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1、6.2 太阳与行星间的引力教学设计【设计思想】（一）教材分析太阳与行星间的引力是高中物理必修二第六章万有引力与航天的第二节，内容是从动力学的角度研究行星的运动，发现太阳与行星间的引力规律。展示了从已知规律经演绎推理发现未知物理规律的探究过程。是对学生进行科学探究过程教育的良好素材，也是本章的教学重点。（二）学情分析学生通过前面的学习，对运动和力的关系已有了较为深入的理解，掌握了抛体运动及匀速圆周运动的规律。并能熟练的运用牛顿运动定律解决常见的两类动力学问题。能用开普勒三定律描述行星运动的规律。（三）设计思路基于教材内容和学生的学情，拟采用在教师引导下的学生自主探究模式进行教学。在课堂上教师设疑
2、引导鼓励学生主动参与、主动思考、主动探究，充分展现探究的过程，实现对学生探究能力的培养。采用多媒体辅助教学，增大课堂容量。注重以问题为先导，引导学生在对问题的探究中学习物理。【教学目标】（一）知识与技能1、理解太阳与行星间存在引力。2、能根据开普勒三定律和牛顿运动定律推导出太阳与行星间的引力公式。（二）过程与方法1、了解行星绕太阳运动原因的认识过程。2、通过太阳与行星间引力公式的推导过程，体会逻辑推理在物理学中的重要性。（三）情感、态度与价值观1、体会科学发现过程的曲折与艰辛。2、感受太阳与行星间的引力关系，体会物理学的简单美，感受大自然的奥秘。【教学重点】根据开普勒行星三定律和牛顿运动定律推
3、导出太阳与行星间的引力公式【教学难点】太阳与行星间引力公式的推导【教学方法】引导探究逻辑推理【教学过程】（一）复习旧知识提出新问题仰望夜空，斗转星移，人们很想知道行星是怎样运动的。开普勒在前人工作的基础上，用他的行星运动三定律，简明地描述了行星运动的规律，同学们回忆一下，这三条定律的内容分别是什么?学生思考并回答。第一定律（轨道定律）：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。第二定律（面积定律）：对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等时间内扫过相等的面积。第三定律（周期定律）：所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等。即：32akT（比值 k 是一个与
4、行星无关的常量）多数行星的轨道非常接近圆，如果按圆轨道来处理，开普勒三定律又该怎样表述呢？对某一行星来说，它绕太阳作匀速圆周运动，其轨道半径的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等。即kTr23（比值 k 是一个与行星无关的常量）开普勒行星运动三定律解决了行星怎样运动的问题，人们对未知世界总是充满了好奇和猜想，人们很快又在想：行星为什么要做这样的运动呢?这样运动的原因是什么？（二）科学家们给出的答案我们首先来看一下那个时代的科学巨匠是怎样解释这个问题的。1、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。2、开普勒：受到了来自太阳的类似于磁力的作用。3、笛卡儿：在行星的周围有旋转的物
5、质作用在行星上，使得行星绕太阳运动。4、胡克等:受到了太阳对它的引力，证明了如果行星的轨道是圆形的，其所受的引力大小跟行星到太阳的距离的二次方成反比，但没法证明在椭圆轨道时规律也成立。在今天的我们看来这些解释都还不够完善，这是由于那时关于运动和力的概念及其关系还没有建立。他们不可能深入研究。牛顿利用他的运动定律和超凡的数学才能明确地回答了这个问题：行星绕太阳运动是因为受到了太阳的引力作用，并从运动与力关系出发，深入探究了这种力，发现了万有引力定律。这里我们将追寻牛顿的足迹，体验牛顿的思维方式和推理过程。为了简化问题，我们把行星的轨道当做圆来处理。文档编码:CE6B5W8N1M2 HS7T3Y9
6、V10Y3 ZY4N5U7T7K3文档编码:CE6B5W8N1M2 HS7T3Y9V10Y3 ZY4N5U7T7K3文档编码:CE6B5W8N1M2 HS7T3Y9V10Y3 ZY4N5U7T7K3文档编码:CE6B5W8N1M2 HS7T3Y9V10Y3 ZY4N5U7T7K3文档编码:CE6B5W8N1M2 HS7T3Y9V10Y3 ZY4N5U7T7K3文档编码:CE6B5W8N1M2 HS7T3Y9V10Y3 ZY4N5U7T7K3文档编码:CE6B5W8N1M2 HS7T3Y9V10Y3 ZY4N5U7T7K3文档编码:CE6B5W8N1M2 HS7T3Y9V10Y3 ZY4N5U7
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12、T3Y9V10Y3 ZY4N5U7T7K3文档编码:CE6B5W8N1M2 HS7T3Y9V10Y3 ZY4N5U7T7K3文档编码:CE6B5W8N1M2 HS7T3Y9V10Y3 ZY4N5U7T7K3文档编码:CE6B5W8N1M2 HS7T3Y9V10Y3 ZY4N5U7T7K3（三）追寻牛顿的足迹探究太阳与行星间的引力一、太阳对行星的引力展示问题：太阳对行星引力的大小应该由哪些物理量决定？引导学生做出猜想。我们应该怎样探究这个力？讨论力和运动的关系，物体受力情况决定了其运动状态，运动状态反映了受力情况。我们通过讨论行星运动的规律来探究这个力。展示推导过程。行星在绕太阳做匀速圆周运动，
13、如何确定它需要向心力的大小？1若已知某行星匀速圆周运动轨道的半径为r，线速度为 v，质量为 m，则它需要的向心力：rmvF2向2.引导：天文观测能直接得到行星的线速度吗？能直接观测的是什么？该怎样变化刚才的公式？将Trv2代入rmvF2向得224TmrF向3.引导：这是行星绕太阳运动所需要的向心力，我们要求的是太阳对行星的引力，它需要的向心力和太阳对该行星的吸引力有什么关系？是太阳对行星的引力提供了行星做匀速圆周运动的向心力，故有：向太行FF即：224TmrF太行4.周期是描述行星运动状态的物理量，我们说力决定物体的运动，运动反映了物体的受力，行星运动的周期不应该是决定太阳对行星的引力大小的物
14、理量，我们必须将周期 T 去掉，怎么办呢？引导：由开普勒第三定律kTr23文档编码:CE6B5W8N1M2 HS7T3Y9V10Y3 ZY4N5U7T7K3文档编码:CE6B5W8N1M2 HS7T3Y9V10Y3 ZY4N5U7T7K3文档编码:CE6B5W8N1M2 HS7T3Y9V10Y3 ZY4N5U7T7K3文档编码:CE6B5W8N1M2 HS7T3Y9V10Y3 ZY4N5U7T7K3文档编码:CE6B5W8N1M2 HS7T3Y9V10Y3 ZY4N5U7T7K3文档编码:CE6B5W8N1M2 HS7T3Y9V10Y3 ZY4N5U7T7K3文档编码:CE6B5W8N1M2
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