江蘇省六合高級中學(xué)物理新課程教案7.1 行星的運動知識與技能1 知道地心說和日心說的基本內(nèi)容。2 知道所有行星繞太陽運動的軌道都是橢圓，太陽處在橢圓的一個焦點上。3知道所有行星的軌道半長軸的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等，且這個比值與行星的質(zhì)量無關(guān)，但與太陽的質(zhì)量有關(guān)。4理解人們對行星運動的認(rèn)識過程是漫長復(fù)雜的，真理是來之不易的。過程與方法1通過托勒密、哥白尼、第谷、開普勒等幾位科學(xué)家對行星運動的不同認(rèn)識，了解人類認(rèn)識事物本質(zhì)的曲折性并加深對行星運動的理解。情感態(tài)度與價值觀1 澄清對天體運動神秘、模糊的認(rèn)識，掌握人類認(rèn)識自然規(guī)律的科學(xué)方法。2感悟科學(xué)是人類進步不竭的動力。教學(xué)重點1 理解和掌握開普勒行星運動定律，認(rèn)識行星的運動。學(xué)好本節(jié)有利于對宇宙中行星的運動規(guī)律的認(rèn)識，掌握人類認(rèn)識自然規(guī)律的科學(xué)方法，并有利于對人造衛(wèi)星的學(xué)習(xí)。教學(xué)難點1對開普勒行星運動定律的理解和應(yīng)用，通過本節(jié)的學(xué)習(xí)可以澄清人們對天體運動神秘、模糊的認(rèn)識。教學(xué)過程：略新課教學(xué)引入：72太陽與行星間的引力73萬有引力定律知識與技能理解太陽與行星間存在引力能根據(jù)開普勒行星運動定律和牛頓第三定律推導(dǎo)出太陽與行星間的引力表達(dá)式理解萬有引力定律的含義并會推導(dǎo)萬有引力定律理解地面上物體所受的重力與天體間的引力是同一性質(zhì)的力，即服從平方反比定律的萬有引力過程與方法通過推導(dǎo)太陽與行星間的引力公式，體會邏輯推理在物理學(xué)中的重要性體會推導(dǎo)過程中的數(shù)量關(guān)系情感態(tài)度與價值觀 感受太陽與行星間的引力關(guān)系，從而體會大自然的奧秘 通過學(xué)習(xí)認(rèn)識和借鑒科學(xué)的實驗方法，充實自己的頭腦，更好地去認(rèn)識世界，建立科學(xué)的價值觀教學(xué)重點根據(jù)開普勒行星運動定律和牛頓第三定律推導(dǎo)出太陽與行星間的引力公式，記住推導(dǎo)出的引力公式在研究具體問題時，如何選取參考系質(zhì)點概念的理解教學(xué)難點太陽與行星間的引力公式推導(dǎo)過程什么情況下可以把物體看作質(zhì)點教具多媒體視頻課時安排課時教學(xué)過程開普勒定律發(fā)現(xiàn)之后，人們便開始更深入的思考：行星為什么這樣運動？這節(jié)課我們“追尋著牛頓的足跡”，用自己的手和腦，重新“發(fā)現(xiàn)”萬有引力定律。一 太陽對行星的引力 為了簡化問題，行星的軌道按圓來處理，請猜想太陽與行星的引力與什么因數(shù)有關(guān) 研究的問題中，只有太陽、行星，那么他們之間的引力可能與太陽的質(zhì)量、行星的質(zhì)量、他們之間的距離以及行星與太陽之間的媒介物有關(guān)，還可能與太陽與行星的形狀、大小有關(guān)。太陽與行星的是否可以看作質(zhì)點？太陽與行星之間是真空，對太陽與行星的引力有無影響？ 討論小結(jié)：太陽與行星之間的引力應(yīng)該與行星到太陽的距離、太陽的質(zhì)量、行星的質(zhì)量有關(guān)。我們先研究太陽對行星的引力，這樣只研究引力與行星的質(zhì)量以及太陽與行星之間的距離的關(guān)系。那么，F(xiàn)與r的定量關(guān)系是什么？閱讀教材：太陽對行星的引力部分。讓學(xué)生回答如何來進行理論分析 ：根據(jù)開普勒行星運動定律，行星以太陽為圓心做勻速圓周運動，由太陽對行星的引力提供向心力。（1） 向心力等于F=（2） 天文觀測到行星周期T，則v=代入上式得F=（3） 根據(jù)開普勒第三定律代入上式得（4） 上式中對太陽系中任何行星都相同，因而F與成正比，既F 結(jié)論：太陽對不同行星的引力與行星的質(zhì)量成正比，與太陽與行星間的距離的二次方成反比。二 行星對太陽的引力就太陽對行星的引力而言，行星是受力物體，引力與受力物體的質(zhì)量成正比，行星對太陽的引力也應(yīng)該與太陽的質(zhì)量成正比。 閱讀教材行星對太陽的引力部分，學(xué)生回答行星對太陽的引力與太陽的質(zhì)量、行星到太陽的距離是什么關(guān)系？ 結(jié)論：行星對太陽的引力大小與太陽的質(zhì)量M成正比，與行星到太陽的距離r的二次方成反比。三 太陽與行星間的引力綜上推導(dǎo)過程，推導(dǎo)出太陽與行星間的引力與太陽質(zhì)量、行星質(zhì)量以及兩者距離的關(guān)系式，看看能得出什么結(jié)論。 結(jié)論：太陽與行星間的引力與太陽的質(zhì)量、行星的質(zhì)量成正比，與兩者距離的二次方成反比：說明：（1） G是比例系數(shù)，與行星和太陽均有關(guān)（2） 太陽與行星間的引力規(guī)律，也適用于地球與衛(wèi)星間的引力（3） 該引力規(guī)律普遍適用于任何有質(zhì)量的物體四 萬有引力定律知道了太陽與行星之間作用力的規(guī)律，可以完全解釋行星的運動了，那么，是什么力使得地面的物體不能離開地球，總要落回地面呢？如蘋果被拋出后總要落回地面，那么是什么力使得蘋果不能離開地球呢？是否也是由于地球?qū)μO果的引力造成的？地球?qū)μO果的引力和太陽對行星的引力是同一種力嗎，若真是這樣，物體離地面越遠(yuǎn)，其受地球的引力就應(yīng)該越小，可是地面上的物體在距離地面很遠(yuǎn)時似乎重力沒有明顯的減弱，是不是不夠遠(yuǎn)，我們想這樣的高度比起天體之間的距離來說，真的不算遠(yuǎn)！再往遠(yuǎn)處設(shè)想如果物體遠(yuǎn)到地球那邊，物體是否也會象月球那樣繞地球運動？也許真的是同一種力，我們就來探究這個問題。 月地檢測猜想：“天上”的力與“人間”的力可能出于同一根源。閱讀教材月地檢測，回答學(xué)生假定成立在牛頓時代，重力加速度已能比較精確測定，當(dāng)時也能比較精確地測定月球與地球之間的距離、月球的公轉(zhuǎn)周期，從而能夠算出月球運動的向心加速度，證明了猜想的正確性例題：已知：=3.8m，=27.3 天，g=9.8,求結(jié)論：太陽與行星間、地球與月球間、地球與地面物體間的力是同一種性質(zhì)的力。 萬有引力定律任意兩個物體之間都有這樣的力存在嗎？閱讀教材萬有引力部分。學(xué)生回答：牛頓作了大膽的猜想，任意兩個物體間都存在著這樣的力。于是這個結(jié)論被推廣到宇宙中的一切物體之間。即： 萬有引力定律：自然界中的任何兩物體都互相吸引沒，引力的大小與物體的質(zhì)量m1和m2成正比，與他們之間的距離r的二次方成反比即 式中質(zhì)量的單位為kg，距離的單位為m，力的單位N，G叫引力常量。注：公式的適用條件（1） 適用于質(zhì)點間引力大小的計算（2） 對于可視為質(zhì)點的物體間的引力求解也可以利用萬有引力公式（3） 當(dāng)研究的物體不能看成質(zhì)點時，可以把物體假想分割成無數(shù)質(zhì)點，求分力，再求合力說明： （1） 萬有引力的普遍性，一切物體間（2） 萬有引力的相互性，兩物體間相互作用（3） 萬有引力的宏觀性，只有在質(zhì)量大星球間，它的存在才有實際物理意義（4） 萬有引力的特殊性，兩物體間只與本身有關(guān)，與周圍其他物體無關(guān) 引力常量卡文迪許通過實驗測出G= 意義：證明了萬有引力的存在；使萬有引力定律有了真正的實用價值；標(biāo)志著力學(xué)實驗精密程度的提高，開創(chuàng)了測量弱引力的新時代五小結(jié)，布置作業(yè)7.4 萬有引力理論的成就知識與技能1了解萬有引力定律在天文學(xué)上的重要應(yīng)用。2 會用萬有引力定律計算天體質(zhì)量。3理解并運用萬有引力定律處理天體問題的思路和方法。過程與方法1通過萬有引力定律推導(dǎo)出計算天體質(zhì)量的公式。2了解天體中的知識。情感態(tài)度與價值觀1通過推導(dǎo)，鞏固前面所學(xué)的知識，使自己更好地了解天體中的物理。2體會萬有引力定律在人類認(rèn)識自然界奧秘中的巨大作用，讓學(xué)生懂得理論來源于實踐，反過來又可以指導(dǎo)實踐的辯證唯物主義觀點。教學(xué)重點1 萬有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用，要掌握利用萬有引力定律計算天體質(zhì)量、天體密度的基本方法。學(xué)好本節(jié)有利于對天體運行規(guī)律的認(rèn)識，更有利于我們在今后學(xué)習(xí)人造衛(wèi)星。教學(xué)難點1熟知并掌握計算天體質(zhì)量的不同表達(dá)式，由于題目所給條各不相同，因此從多種表達(dá)式中挑選合適的形式較難，主要是對表達(dá)式的形式和含義不夠熟悉，應(yīng)理解并記住各種表達(dá)式。教學(xué)過程新課教學(xué)一、由地面可測量求地球的質(zhì)量1、思考：地面上物體的重力與地球?qū)ξ矬w的引力是什么關(guān)系？分析：地球?qū)ξ矬w的引力指向地心，一部分提供物體隨地球自轉(zhuǎn)所需向心力，另一部分為物體的重力。只有在赤道和兩極處物體的重力方向才指向地心，且赤道處物體的重力最小，兩極處物體的重力最大；物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心力很小，在計算時可近似認(rèn)為物體的重力就等于地球?qū)λ囊Α?、若不考慮地球自轉(zhuǎn)的影響，地面上的物體的重力等于地球?qū)λ囊ΑgG gGM例1、離地面某一高度h處的重力加速度是地球表面重力加速度的 ,則高度h是地球半徑的倍。例2、假設(shè)火星和地球都是球體，火星的質(zhì)量M火和地球的質(zhì)量M地之比M火/M地=p，火星的半徑R火和地球的半徑R地之比R火/R地=q，那么火星表面處的重力加速度g火和地球表面處的重力的加速度g地之比等于A.p/q2 B.pq2 C.p/q D.pq二、由行星或衛(wèi)星運動量求中心天體的質(zhì)量行星或衛(wèi)星繞中心天體做圓周運動的向心力由中心天體對它的引力提供，由此可列出方程。例3、某行星表面附近有一顆衛(wèi)星，其軌道半徑可認(rèn)為近似等于該行星的球體半徑。已測出此衛(wèi)星運行的周期為T，已知萬有引力常量為G，據(jù)此求得該行星的平均密度約為_。例4、登月飛行器關(guān)閉發(fā)動機后在離月球表面h的空中沿圓形軌道繞月球飛行，周期是T，已知月球半徑是R，引力常量為G，根據(jù)這些數(shù)據(jù)計算月球的平均密度。三、發(fā)現(xiàn)未知天體1781年發(fā)現(xiàn)天王星后，根據(jù)萬有引力定律計算天王星的軌道與觀察到的結(jié)果總有偏差。年輕的英國劍橋大學(xué)學(xué)生亞當(dāng)斯、法國青年天文愛好者勒維相信有新星的存在，各自獨立根據(jù)萬有引力定律計算出這顆新星的軌道。1846年9月23日由德國的伽勒發(fā)現(xiàn)了海王星。用同樣的方法發(fā)現(xiàn)了冥王星。四、小結(jié)：作業(yè)：P74T1、37.5宇宙航行知識與技能1了解人造衛(wèi)星的有關(guān)知識。2知道三個宇宙速度的含義，會推導(dǎo)第一宇宙速度。3理解衛(wèi)星的運行速度與軌道半徑的關(guān)系。過程與方法1通過萬有引力定律推導(dǎo)第一宇宙速度，培養(yǎng)學(xué)生運用知識解決問題的能力。情感態(tài)度與價值觀1通過介紹我國在衛(wèi)星發(fā)射方面的情況，激發(fā)學(xué)生的愛國熱情。2感知人類探索宇宙的夢想，促使學(xué)生樹立獻身科學(xué)的人生價值觀。教學(xué)重點1 第一宇宙速度的推導(dǎo)。教學(xué)難點1運行速率與軌道半徑之間的關(guān)系。教學(xué)過程新課教學(xué)一、宇宙速度課件展示：牛頓在思考萬有引力定律時就曾想過，從高山上水平拋出物體，速度一次比一次大，落地點也就一次比一次遠(yuǎn)，所在區(qū)域也就不能再看成平面，而是圓弧形。當(dāng)速度增大到某一值時，物體就會繞地球做圓周運動，成為一顆衛(wèi)星，不再落回地面。我們能否來推導(dǎo)出這一速度是多少？方法一：設(shè)地球的質(zhì)量為M，繞地球做勻速圓周運動的衛(wèi)星的質(zhì)量為m，速度為v，衛(wèi)星到地心的距離為r。由向心力由地球的萬有引力提供，所以由此解出近地衛(wèi)星在100Km左右的高度飛行，與地球半徑6400Km相比小得多，軌道半徑與地球半徑可以忽略不計，則把地球質(zhì)量和半徑代入可計算出v7.9Km/s。方法二、在地面附近，重力等于萬有引力，提供衛(wèi)星做勻速圓周運動的向心力，能否推導(dǎo)出這一速度？由7.9Km/s討論：1、當(dāng)衛(wèi)星距地心的距離越遠(yuǎn)，由可知它運動的速度越慢。所以7.9Km/s是人造衛(wèi)星環(huán)繞地球的最大運動速度，叫第一宇宙速度，也叫環(huán)繞速度。2、將人造衛(wèi)星送入預(yù)定的軌道運行所必須具有的速度叫發(fā)射速度。發(fā)射過程中能量如何變化？克服地球引力做功，衛(wèi)星離地面越高，所需要的發(fā)射速度越大。第一宇宙速度是最小的發(fā)射速度。例1、關(guān)于第一宇宙速度，下面說法中錯誤的是 A它是人造地球衛(wèi)星繞地飛行的最小速度B它是人造地球衛(wèi)星在近地圓形軌道上的運行速度C它是能使衛(wèi)星進入近地圓形軌道的最小發(fā)射速度D 從人造衛(wèi)星環(huán)繞地球的速度V可知，把衛(wèi)星發(fā)射到越遠(yuǎn)的地方越容易例2、有兩個人造地球衛(wèi)星質(zhì)量之比為m1m2=12，都繞地球做勻速圓周運動，已知它們的軌道半徑之比r1r241，則這兩個衛(wèi)星的線速度之比為；角速度之比為；運動周期之比為；向心加速度之比為；向心力之比為例3、人造地球衛(wèi)星運行中由于受大氣阻力，軌道半徑逐漸減小，則線速度和周期變化情況是 A速度減小，周期增大B速度減小，周期減小C速度增大，周期增大D速度增大，周期減小若發(fā)射速度大于7.9Km/s衛(wèi)星將在橢圓軌道上運動，根據(jù)不同的需要可以用不同的發(fā)射速度讓衛(wèi)星在不同的軌道上運動。介紹衛(wèi)星通訊衛(wèi)星例4、關(guān)于我國發(fā)射的“亞洲一號”地球同步通訊衛(wèi)星的說法，正確的是 A若其質(zhì)量加倍，則軌道半徑也要加倍B它在北京上空運行，