物理必修22.太阳与行星间的引力教案

这是一份物理必修22.太阳与行星间的引力教案，共6页。教案主要包含了教学目标，教学内容剖析，教学思路与方法，教学准备，课堂教学设计，视野拓展等内容，欢迎下载使用。
知识与技能：
1、理解太阳与行星间存在引力。
2、在开普勒行星运动定律、匀速圆周运动知识和牛顿运动定律的基础上，推导得到太阳与行星间的引力，促进学生对此规律有初步理解。
3、了解牛顿得到太阳与行星间的引力与其它学科之间的联系。
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，体会逻辑推理在物理学中的重要性。
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。
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，和勇于修正错误的科学精神。二、教学内容剖析
本节课的地位和作用：
本节内容是上一节的延伸，也为下一节—万有引力定律的推导和理解打下了基础，可以说是承上启下的一节内容，学习本节内容时要抓住太阳与行星间引力公式的推导，要明确太阳与行星间的引力与那些因素有关。
本节课教学重点：
1．探究太阳与行星间的引力与那些因素有关。
本节课教学难点：
1．探究太阳与行星间的引力与那些因素有关。
三、教学思路与方法
本节课的教学活动和学生活动的安排，力求按两条线索展开，明线是引导学生在解决了行星运动的运动学问题的基础上探索解决行星运动的动力学问题，促使学生拓展性地运用前面已学的经典力学知识（此前用于解决地球上的问题）解决天体运动，暗线是再现历史上牛顿完成这些探索性工作的细节和历史意义。
四、教学准备
1.太阳对行星的引力与行星对太阳的引力大小相等（动画）。
2.牛顿在乡间的苹果树下沉思1（图片、文本）。
3.多媒体教学设备。
五、课堂教学设计
六、视野拓展
太阳系拥有九大行星的说法现在也许该重写了
美加州理工学院行星天文学家迈克·布朗29日宣称，他发现了比冥王星更大的太阳系天体，以其大小来衡量，可位于十大行星之列。
对此，我国专家发表看法说，“现在要确认刚发现的天体为第十大行星还为时过早。”
美国加州理工学院行星科学教授迈克·布朗29日下午通过电话向新闻界发布：“拿起你们的笔，从今天开始改写教科书。 ”
他说，他发现了第十大行星，这颗行星位于太阳系外围的柯伊伯带（由围绕太阳公转的一大群较小天体组成，离太阳距离为45亿公里以外），距离太阳约145亿公里。从亮度判断，它的直径至少相当于直径为2300公里的冥王星的1．5倍。
布朗博士称：“如果冥王星能被接受为一颗行星，那么2003－UB313更有资格。”但目前他们还没能更精确地估算，只能确定其直径的上限可能为3000多公里。
天文学家目前暂时将其命名为“2003－UB313”。布朗说，他已经为这颗新星拟好了名字，正等待国际天文学联合会批准。
这颗新星表面可能与冥王星类似，由固态甲烷构成。星体的轨道为椭圆形，环绕太阳周期是560年，最近点距太阳约53亿公里。
布朗说，这颗行星之所以此前没有被注意，是因为它的轨道平面和其他行星的轨道平面成45度角，在地球上看来“出没无常”的缘故。现在，业余天文观测者可以在凌晨时分，在天穹东部的鲸鱼座看到这颗行星。
布朗等人在2003年10月第一次拍到了这颗行星，原本他们准备在更精确地计算出它的尺寸和轨道后再宣布这一发现，但28日另一个天文学家小组宣布在柯伊伯带发现了高亮度的星体，同时他们发现保存研究资料的网站被黑客侵入，并威胁要将资料公布于世，于是在29日下午仓促发布消息。
反对 美国“小行星中心”负责人布赖恩·马斯登称，如果冥王星也算行星的话，那么其他和它差不多大小的天体都应该被称做行星，根据该逻辑，“2003-UB313”的确算是行星，但它却要排在一系列以前发现的“行星”———包括“塞德娜”和“夸奥尔”之后，而不能称为“第十行星”。
美国行星组成理论家阿兰·波斯对记者道：“将它们称作行星的话，对太阳系中的其他大家伙来说，显然太不公平了。”教学环节
教学内容
师生互动
设计意图
备注
引入新课
以提问的方式引入新课的教学
师：提问：请同学们从运动的描述角度思考，开普勒行星运动定律的物理意义？
生：思考、回答、交流：第一定律揭示了描述行星运动的参考系、及其运动轨迹；第二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况，近日点附近速度大，远日点附近速度小；第三定律：揭示了不同行星虽然椭圆轨道和环绕周期不同，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。
师：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，但好奇的人们，面向天穹，深情地叩问：是什么力量支配着行星绕着太阳做如此和谐而有规律的运动呢？
生：听讲、议论。
设置疑问，激发学生的兴趣
前人对行星运动的研究
行星的运动是曲线运动，物体做曲线运动要受到外力的作用，这个外力从何而来呢？
师：历史上有许多关于行星运动原因的猜想。这些猜想所针对的问题是什么？ 如果我们根据自己已有知识和经验，会作出怎样的猜想呢？能解释自己的猜想吗？
生：阅读、思考：行星在椭圆轨道上运动是否需要力？如果需要力，这个力是什么力提供的？这个力是多大？需要，太阳对行星的引力，椭圆运动是曲线运动，是变速运动，根据牛顿第一定律，要受到外力。大小跟太阳与行星间的距离有关。
师：讲解、质疑、提问：这些问题的实质是什么呢？就是我们在学习牛顿运动定律的时候运用牛顿运动定律解决问题的两类基本问题中的一类。是哪一类问题？如何解决这类问题？同学们能解决这些问题吗？
生：听讲、议论、回答：已知运动情况求解受力问题。根据运动学公式求出加速度，根据牛顿第二定律求出力。
展现历史事实，激发学生对物理学习的兴趣
太阳对行星的引力
太阳对行星的引力：
又
所以
则
师：启发、引导：行星的实际运动是椭圆运动，但我们还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？
生：听讲、议论：简化问题，先解决简单问题。圆周运动。
师：引导、指导：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？
生：讨论、回答、交流：可以，根据开普勒行星运动第一定律和第二定律并做解释。
师：引导、指导：行星绕太阳做匀速圆周运动需要力吗？为什么？需要的向心力由什么力提供呢？
生：讨论、回答：需要，匀速圆周运动是速度方向时刻在变化的变速运动，需要有向心力。需要的向心力由太阳对行星的引力提供。
师：如何求太阳对行星的引力？如何求需要的向心力？选择什么公式？请同学们在草稿本上列式解答。
生：思考、对话、解答：根据牛顿第二定律，太阳对行星的引力提供行星绕太阳做匀速圆周运动需要的向心力
。
师：引导、指导：一般的，天文观测能直接得到行星运动的线速度吗？选择什么公式实现数学代换？请同学们在草稿本上列式解答。
生：思考、解答：不是，一般的，天文观测直接得到的是行星运动的周期。
。
师：引导、指导：就供需关系来说，引力跟太阳与行星间的距离关系中是否应该出现行星的公转周期？选择什么公式实现数学代换？
生：思考、对话、解答：不应该，需要的向心力与行星公转的周期有关，提供的向心力应该与天体本身的因素有关。
师：不同行星的公转周期是不同的，引力跟太阳与行星间的距离关系的表达式中不应出现周期，根据开普勒第三定律，得
上式有何物理意义呢？如何对上式做物理简化？
生：思考、解答：等号右边除了、以外，其余都是常量，对任何行星来说都是相同的。物理意义：太阳对不同行星的引力，与行星的质量成正比，与行星和太阳间距离的二次方成反比。
物理意义：太阳对不同行星的引力，与行星的质量成正比，与行星和太阳间距离的二次方成反比。
树立把物理事实作为证据的观念，比较不同的观点，形成根据证据、逻辑和已有知识进行科学解释的思维方法。
行星对太阳的引力
根据牛顿第三定律，就行星对太阳的引力来说，太阳是受力星体，则
师：就太阳对行星的引力来说，行星是受力物体，因而可以说，上式引力与受力星体的质量成正比。根据牛顿第三定律，就行星对太阳的引力来说，太阳是受力星体，则
物理意义：不同行星对太阳的引力，与太阳的质量成正比，与行星和太阳间距离的二次方成反比。
根据牛顿第三定律，作用力与反作用力有哪些关系？对两个式子如何做出物理的综合概括？要反映哪些物理意义？能改写成等式吗？
生：思考、解答：性质、大小、方向、作用线等。
领略自然界的奇妙与和谐，蕴涵其中的规律之简洁。
太阳与行星间的引力
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，与两者距离的二次方成反比。
写成等式为
式中是比例系数，与太阳、行星都没有关系。
师：根据牛顿第三定律，和性质相同、大小相等，可以概括为
物理意义：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，与两者距离的二次方成反比。
写成等式为
式中是比例系数，与太阳、行星都没有关系。
太阳与行星间引力的方向沿着二者的连线。
生：听讲、思考、记忆
体验探索自然规律的艰辛与喜悦。培育与他人合作的精神，将自己的见解与他人交流的愿望，和勇于修正错误的科学精神。
小结
上面，我们用自己的手和脑，得到了太阳与行星间的引力公式。我们回顾一下我们解决的问题和预期目标，以及达成预期目标过程中的每一步的研究对象、物理模型、物理规律和数学工具。首先，我们把行星绕太阳的椭圆运动简化为匀速圆周运动……；其次，我们一致认为行星绕太阳做匀速圆周运动需要向心力，这个向心力是由太阳对行星的引力提供的……；其三，我们预期太阳对行星的引力与太阳到行星的距离有关，希望通过行星绕太阳做匀速圆周运动需要的向心力求出这个引力，通过两次数学代换得到了太阳对行星的引力与太阳到行星的距离相关的数学表达式……；其四，通过类比得到了行星对太阳的引力与太阳到行星的距离相关的数学表达式……；其五，综合概括得到了太阳与行星间引力的数学表达式……。
教师引导
学生总结