高中物理必修二第六章《万有引力与航天》优秀教案精品教案整理.docx

1、高中物理必修二第六章万有引力与航天优秀教案精品教案整理高中物理必修二第六章万有引力与航天优秀教案6.1 行星的运动教学目标一、知识与技能1知道地心说和日心说的基本内容。2知道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。3知道所有行星的轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等，且这个比值 与行星的质量无关，但与太阳的质量有关。4理解人们对行星运动的认识过程是漫长复杂的，真理是来之不易的。二、过程与方法通过托勒密、哥白尼、第谷布拉赫、开普勒等几位科学家对行星运动的不同认识，了解人类认识事物本质的曲折性并加深对行星运动的理解。三、情感、态度与价值观1澄清对天体运动神秘模

2、糊的认识，掌握人类认识自然规律的科学方法。2感悟科学是人类进步不竭的动力。教学重点开普勒行星运动定律。教学难点对开普勒行星运动定律的理解和应用。教学过程一、引入新课多媒体演示：天体运动的图片浏览。在浩瀚的宇宙中有无数大小不一、形态各异的天体，如月亮、地球、太阳、夜空中的星星由这些天体组成的广袤无限的宇宙始终是我们渴望了解、不断探索的领域。人们对行星运动的认识过程是漫长复杂的，历史上有过不同的看法，科学家对此进行了不懈的探索，通过本节内容的学习，将使我们正确地认识行星的运动。二、新课教学（一）古代对行星运动规律的认识教师活动：引导学生阅读教材第一段，投影出示以下提纲： 1古代人们对天体运动存在哪

3、些看法？ 2什么是“地心说”？什么是“日心说”？ 3哪种学说占统治地位的时间较长？ 4两种学说争论的结果是什么？学生活动：阅读课文，并从课文中找出相应的答案。学生代表发言。 1在古代，人们对于天体的运动存在着地心说和日心说两种对立的看法。 2“地心说”认为地球是宇宙的中心，是静止不动的，太阳、月亮以及其他行星都绕地球运动；“日心说”认为太阳是宇宙的中心，地球、月亮以及其他行星都在绕太阳运动。 3“地心说”占统治地位的时间较长。 4“日心说”与“地心说”争论的结果是“日心说”最终战胜了“地心说”。真理最终战胜了谬误。（二）开普勒行星运动三定律 问1：古人认为天体做什么运动？ 古人把天体的运动看得

4、十分神圣，他们认为天体的运动不同于地面物体的运动，天体做的是最完美、最和谐的匀速圆周运动。 问2：开普勒认为行星做什么样的运动？他是怎样得出这一结论的？ 开普勒认为行星做椭圆运动。他发现假设行星做匀速圆周运动，计算所得的数据与观测数据不符，只有认为行星做椭圆运动，才能解释这一差别。 问3：开普勒行星运动定律从哪几个方面描述了行星绕太阳运动的规律？具体表述是什么？ 开普勒行星运动定律从行星运动轨道、行星运动的线速度变化、轨道与周期的关系三个方面揭示了行星运动的规律。 （多媒体播放行星绕椭圆轨道运动的课件）开普勒第一定律：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。 问4：这一定律

5、说明了行星运动轨迹的形状，不同的行星绕大阳运行时椭圆轨道相同吗？不同。教材做一做 可以用一条细绳和两图钉来画椭圆。如图所示，把白纸放在木板上，然后按上图钉。把细绳的两端系在图钉上，用一枝铅笔紧贴着细绳滑动，使绳始终保持张紧状态。铅笔在纸上画出的轨迹就是椭圆，图钉在纸上留下的痕迹叫做椭圆的焦点。想一想，椭圆上某点到两个焦点的距离之和与椭圆上另一点到两个焦点的距离之和有什么关系？开普勒第二定律：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。问5：如图所示，行星沿着椭圆轨道运行，太阳位于椭圆的一个焦点上，行星在远日点的速率与在近日点的速率谁大？ 因为相等时间内面积相等，所以近日点速率

6、大。开普勒第三定律：所有行星的椭圆轨道的半长轴的三次方跟公转周期的平方的比值都相等。 问6：由于行星的椭圆轨道都跟圆近似，在中学阶段研究中按圆处理，开普勒三定律适用于圆轨道时，应该怎样表述呢？1多数大行星绕太阳运动轨道十分接近圆，太阳处在圆心上。2对某一行星来说，它绕太阳做圆周运动的角速度（或线速度）不变。3所有行星的轨道半径的三次方跟它的公转周期的平方的比值都相等。若用R代表轨道半径，T代表公转周期，开普勒第三定律可以用下面的公式表示：比值k是一个与行星无关的恒量。问7：这一定律发现了所有行星的轨道的半长轴与公转周期之间的定量关系，比值k是一个与行星无关的常量，你能猜想出它可能跟谁有关吗？根

7、据开普勒第三定律知：所有行星绕太阳运动的半长轴的三次方跟公转周期二次方的比值是一个常数k，可以猜想，这个“k”一定与运动系统的物体有关。因为常数k对于所有行星都相同，而各行星是不一样的，故跟行星无关，而在运动系中除了行星就是中心天体太阳，故这一常数“k”一定与中心天体太阳有关。说明：开普勘定律不仅适用于行星绕大阳运动，也适用于卫星绕着地球转，k是一个与行星质量无关的常量，但不是恒量，在不同的星系中，k值不相同。k与中心天体有关。 三、课堂小结教师活动：让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。学生活动：认真总结概括本节内容，并把自

8、己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。点评：总结课堂内容，培养学生的概括总结能力。教师要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架。本节学习的是开普勒行星运动的三定律，其中第一定律反映了行星运动的轨迹是椭圆，第二定律描述了行星在近日点的速率最大，在远日点的速率最小，第三定律揭示了轨道半长轴与公转周期的定量关系。在近似计算中可以认为行星都以太阳为圆心做匀速圆周运动。四、课堂训练1.关于行星的运动，以下说法正确的是（ ）。A行星轨道的半长轴越长，自转周期就越长B行星轨道的半长轴越长，公转周期就越长C水星轨道的半长轴最短，公转

9、周期就最长D冥王星离太阳“最远”，公转周期就最长解析： 由开普勒第三定律可知，a越大，T越大，故BD正确，C错误；式中的T是公转周期而非自转周期，故A错。答案：BD2.已知木星绕太阳公转的周期是地球绕太阳公转周期的12倍。则木星绕太阳公转轨道的半长轴为地球公转轨道半长轴的 倍。思维入门指导： 木星和地球均为绕太阳运行的行星，可利用开普勒第三定律直接求解。本题考查开普勒第三定律的应用。解析：由开普勒第三定律可知：对地球： 对木星所以点拨：在利用开普勒第三定律解题时，应注意它们的比值中的k是一个与行星运动无关的常量。3.已知地球绕太阳做椭圆运动。在地球远离太阳运动的过程中，其速率越来越小，试判断地

10、球所受向心力如何变化。若此向心力突然消失，则地球的运动情况将如何？思维入门指导：行星的运动为曲线运动，因此本节知识常常和曲线运动知识相综合。解析：由于地球在远离太阳运动的过程中，其速率减小，据牛顿第二定律有，由开普勒第二定律知，地球在远离太阳运动的过程中角速度（单位时间内地球与太阳的连线扫过的角度）也减小，故向心力减小。若此向心力突然消失，则地球将沿轨道的切线方向做离心运动。点拨：地球绕太阳的运动虽然并非匀速圆周运动，但向心力公式仍适用。任一时刻，地球的速度方向均沿椭圆的切线方向。五、布置作业教材P36问题与练习 第1、3题6.2 太阳与行星间的引力教学目标一、知识与技能1理解太阳与行星间存在

11、引力。2能根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。二、过程与方法1了解行星与太阳间的引力公式的建立和发展过程。2体会推导过程中的数量关系。三、情感、态度与价值观了解太阳与行星间的引力关系，从而体会到大自然的奥秘。教学重点 对太阳与行星间引力的理解。教学难点 运用所学知识对太阳与行星间引力的推导。课时安排 1课时。教学过程一、导入新课教师活动：开普勒在前人的基础上，经过计算总结出了他的三条定律，请同学们回忆一下，三条定律的内容是什么？（学生回答）教师活动：开普勒第三定律适用于圆轨道时，是怎样表述的？（学生回答）教师活动：通过对开普勒定律的学习，知道了行星运动时所遵循的

12、规律，即行星怎样运动？那么行星为什么要做这样的运动呢？二、新课教学 许多科学家都对运动的原因提出了各种猜想。牛顿在前人对惯性研究的基础上，认为：以任何方式改变速度（包括方向）都需要力。因此，使行星沿圆或椭圆运动，需要指向圆心或椭圆焦点的力，这个力应该是太阳对它的引力，所以，牛顿利用他的运动定律把行星的向心加速度与太阳对它的引力联系起来了。 （一）太阳对行星的引力教师活动：引导学生阅读教材，出示提纲，让学生在练习本上独立推导：1. 行星绕太阳做匀速圆周运动，写出行星需要的向心力表达式，并说明式中符号的物理意义。2. 行星运动的线速度v与周期T的关系式如何？为何要消去v？写出要消去v后的向心力表达

13、式。3. 如何应用开普勒第三定律消去周期T？为何要消去周期T？4. 写出引力F与距离r的比例式，说明比例式的意义。教师活动：投影学生的推导过程，点评。师生交流讨论或大胆猜测。明确：1既然把椭圆轨道简化为圆形轨道，由第二定律：行星与太阳的连线在相等的时间内扫过相等的面积，可知：行星做匀速圆周运动。2猜想：太阳对行星的引力，并且此引力等于行星做圆周运动所需要的向心力。3选择，因为在日常生活中，行星绕太阳运动的线速度v、角速度不易观测，但周期T比较容易观测出来。4由开普勒第三定律可知，并且k是由中心天体的质量决定的。因此可对此式变形为。合作交流根据对上述问题的探究，让学生分组交流合作，推导出太阳对行

14、星的引力的表达式。设行星的质量为m，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： 由开普勒第三定律可得T2= 由得： 即F42k 式表明：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。点评：通过对上述问题探究，使学生了解物理问题的一般处理方法：抓住主要矛盾，忽略次要因素，大胆进行科学猜想，体会科学研究方法对人们认识自然的重要作用。（二）行星对太阳的引力教师活动：行星对太阳的引力与太阳的质量M以及行星到太阳的距离r之间又有何关系？请在练习本上用学过的知识推导出来。学生活动：在练习本上用牛顿第三定律推导行星对太阳的引力F与太阳的质量M以

15、及行星到太阳的距离r之间的关系。教师活动：投影学生的推导过程，点评。学生思考、归纳、代表发言。明确：1两个物体间的作用力和反作用力总是大小相等、方向相反，作用在同一条直线上。2根据牛顿第三定律和太阳对行星的引力满足的关系可知：行星对太阳的引力大小应该与太阳质量M成正比，与行星、太阳距离的二次方成反比，也就是。（三）太阳与行星间的引力教师活动：综合以上推导过程，推导出太阳与行星间的引力与太阳质量、行星质量、以及两者距离的关系式。看看能够得出什么结论？学生活动：在练习本上推导出太阳与行星间的引力表达式。教师活动：投影学生的推导过程，点评。点评：通过学生独立推导，培养学生逻辑推理能力，同时让学生感受

16、探究新知的乐趣。教师活动：引导学生就教材“说一说”栏目中的问题进行讨论，总结、点评。对公式的说明：（1）公式表明，太阳与行星间的引力大小，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。（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两者的连线方向。（4）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，这还不是万有引力定律。三、课堂小结通过本节课的学习，我们了解了：1太阳对行星的引力大小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。2行星对太阳的引力

17、大小与太阳的质量M成正比，与太阳到行星的距离的二次方成反比。3太阳与行星间的引力与太阳的质量、行星的质量成正比，与两者距离的平方成反比： 写成等式。四、课堂训练1.下列说法正确的是（ ）。A.行星绕太阳的椭圆轨道可以近似地看作圆形轨道，其向心力来源于太阳对行星的引力 B.太阳对行星的引力大于行星对太阳的引力，所以行星绕太阳运转而不是太阳绕行星运转C.太阳对行星的引力等于行星对太阳的引力，其方向一定在两者的连线上 D.所有行星与太阳间的引力都相等2关于力学问题的研究方法，下列描述正确的是（ ）。A.行星与太阳间作用的规律，是根据物体的运动探究它受的力 B.平抛运动的研究是根据物体的受力探究它的运

18、动 C.圆周运动的研究是根据物体的运动探究它的力 D.圆周运动的研究是根据物体的受力探究它的运动3.如果认为行星围绕太阳做匀速圆周运动，那么下列说法中正确的是（ ）。 A、行星受到太阳的引力，提供行星做圆周运动的向心力 B、行星受到太阳的引力，但行星运动不需要向心力 C、行星同时受到太阳的引力和向心力的作用 D、行星受到太阳的引力与它运行的向心力可能不等4.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，需要观测卫星的（ ）。A.质量 B.运动周期 C.轨道半径 D.半径5.把行星运动近似看作匀速圆周运动以后，开普勒第三定律可写为T2kr3，则可推得（ ）。A.行星受太阳的引力为

19、B.行星受太阳的引力都相同C.行星受太阳的引力 D.质量越大的行星受太阳的引力一定越大6.关于太阳与行星间的引力，下列说法中正确的是（ ）。A太阳对行星的引力与行星对太阳的引力是一对平衡力B太阳对行星的引力与行星对太阳的引力是作用力与反作用力的关系C太阳与行星间的引力大小与太阳的质量、行星的质量成正比，与两者距离的平方成反比D以上说法均不对7.两颗做匀速圆周运动的人造地球卫星，它们的角速度和线速度分别为1、2和v1、v2。如果它们的轨道半径之比r1r2=12，则下列式子正确的是（ ）。A.121 B.12=21 C.v1v21 D.v1v2=18.两个行星的质量分别为m1和m2，绕太阳运动的轨

20、道半径分别为r1和r2，求：（1）它们与太阳间的引力之比；（2）它们的公转周期之比。答案：1.AC 2. ABC 3.A 4. BC 5. C 6.BC 7. AC 8.（1） （2） 五、布置作业1教材P39 问题与练习 第2、3题。2分组讨论教材“说一说”栏目中的问题。高中物理必修二优秀教案：6.3 万有引力定律6.3 万有引力定律教学目标一、知识与技能在开普勒第三定律的基础上，推导得到万有引力定律，使学生对此规律有初步理解。二、过程与方法通过牛顿发现万有引力定律的思考过程和卡文迪许扭秤的设计方法，渗透科学发现与科学实验的方法论教育。三、情感、态度与价值观介绍万有引力恒量的测定方法，增加学

21、生对万有引力定律的感性认识。教学重点1. 万有引力推导的过程。2. 万有引力公式的体会及应用。3. 引力常量的有关知识。教学难点1. 万有引力推导的过程。2. 万有引力公式的体会及应用。教学过程一、引入新课上节课我们推导出了太阳与行星间的引力规律，即。知道了行星为什么能够绕太阳运转而不会飞离太阳。那么大家想到过，是什么力使得地面的物体不能离开地球，总要落回地面呢？地球吸引物体的力与地球和太阳间的引力是同种性质的力吗？还有，月球能够绕地球运转，说明月球与地球之间也一定存在着相互作用力，这个拉住月球使它绕地球运转的力与地球对物体的引力是同一种力吗？这节课我们就来深入研究这些问题。二、新课教学（一）

22、月地检验教师活动：引导学生阅读教材“月地检验”部分的内容，投影以下数据：地面附近的重力加速度g=9.8m/s2，月球绕地球运动的周期为27.3天，地球半径为R =6.4106m，试利用教材提供的信息，通过计算，证明教材上提出的假设，即地球对月球的力与地球使苹果自由下落的力的是同一种力，都遵守“反平方”的规律。学生活动：阅读课文，从课文中找出必要的信息，在练习本上进行定量计算。教师活动：投影学生的证明过程，点评。设质量为m的物体在月球的轨道上运动的加速度（月球公转的向心加速度）为a，则，r=60R，得 代入数据解得 点评：引导学生定量计算，用无可辩驳的事实证明猜想的正确性，增强学生的理性认识。（

23、二）万有引力定律教师：在月地检验后，牛顿作了更大胆的设想：是否任意两个物体之间都存在这样的引力？很可能是一般物体的质量比天体质量小得多，它们之间的引力我们不易觉察罢了。于是牛顿将结论大胆推广到宇宙中的一切物体：自然界中任何两个物体之间都相互吸引，引力大小与m1和m2的乘积成正比，与r2成反比，即。教师：尽管这个推广是自然的，但仍要接受事实的直接或间接的检验。本章后面的讨论表明，由此得出的结论与事实相符，于是它成为科学史上最伟大的定律之一万有引力定律。它于1687年发表在牛顿的传世之作自然哲学的数学原理中。教师：万有引力定律清楚地向人们揭示，复杂运动的后面隐藏着简洁的科学规律，它明确地向人们宣告

24、，天上和地上的物体都遵循着完全相同的科学法则。教师：万有引力定律的发现有着重要的物理意义：它对物理学、天文学的发展具有深远的影响；它把地面上物体运动的规律和天体运动的规律统一起来；对科学文化发展起到了积极的推动作用，解放了人们的思想，给人们探索自然的奥秘建立了极大信心，人们有能力理解天地间的各种事物。注意：1. 此公式适用于可视为质点的两物体间的引力的计算。（1）如果两物体间的距离远远大于物体本身大小，则两物体看作质点； （2）对于均匀球体，可视为质量集中于球心。2. 万有引力是相互的，相互作用的两个物体之间的万有引力总是大小相等、方向相反、在同一条直线上，作用在两个不同的物体上。例如太阳对地

25、球的吸引力与地球对太阳的吸引力是等大的。课堂练习1. 由公式可知，当两物体间距离趋向于0时，两物体之间的引力趋于无穷大。这种观点对吗？ 解析：当两物体间距离趋于0时，公式已不适用。2. 证明太阳系中各行星绕太阳公转周期的平方，与公转轨道半径的三次方的比值是与太阳质量有关的恒量。证明：设太阳质量为M，某行星质量为m，行星绕太阳公转周期为T，半径为R。轨道近似看作圆，万有引力提供行星公转的向心力而， （三）引力常量教师活动：引导学生阅读教材，思考问题：1. 测定引力常量有何意义？2. 引力常量是由哪位物理学家测出的，它的数值是多大？3. 引力常量的测定有何实际意义？学生活动：阅读教材，思考问题，学

26、生代表发表见解。教师活动：听取学生汇报，点评总结。牛顿在前人的基础上，应用他超凡的数学才能，发现了万有引力定律，却没能给出准确的引力常量，使万有引力定律只有其理论意义，而无更多的实际意义。引力常量G的测出，使万有引力定律具有了实际意义。教师简要介绍卡文迪许及其扭秤实验。观看动画：扭秤；卡文迪许实验；桌面微小形变。牢记：通常取G=6.67x10-11Nm2/kg2。卡文迪许测出G值的意义：（1） 证明了万有引力的存在。（2） 使得万有引力定律有了实用价值。课堂练习3.要使两物体间的万有引力减小到原来的1/4，下列办法不可采用的是（ D ）。A.使两物体的质量各减小一半，距离不变B.使其中一个物体

27、的质量减小到原来的1/4，距离不变C.使两物体间的距离增为原来的2倍，质量不变D.使两物体间的距离和质量都减为原来的1/44为什么我们感觉不到旁边同学的引力呢？解析：下面我们粗略地来计算一下两个质量为50kg，相距0.5m的人之间的引力F=GMm/R2=6.67107N，力太小，所以感觉不到旁边同学的引力。课堂小结：教师活动：让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。点评：总结课堂内容，培养学生概括总结能力。教师要放

28、开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架。五、课堂达标训练1关于万有引力，下列说法中正确的是（ ）。A.万有引力是普遍存在于宇宙空间中所有具有质量的物体之间的相互作用B.重力和引力是两种不同性质的力C.当两物体间有另一质量不可忽略的物体存在时，则这两个物体间万有引力将增大D.当两个物体间距为零时，万有引力将无穷大2地球表面的重力加速度为g0，物体在距地面上方3R处（R为地球半径）的重力加速度为g，那么两个加速度之比gg0等于（ ）。A.1：1 B.1：4 C.1：9 D.1：163某球状行星具有均匀的密度，若在赤道上随行星一起转动的物体对行星表面的压力恰好为零

29、，则该行星自转周期为（万有引力常量为G） （ ）。 4设地球的质最为M，半径为R，自转角速度为，万有引力常量为G，同步卫星离地心高度为r，地表重力加速度为g，则同步卫星的速度v：v=r 其中正确的是（ ）。A. B. C. D.5启动卫星的发动机使其速度加大，待它运动到距离地面的高度比原来大的位置，再定位使它绕地球做匀速圆周运动成为另一轨道的卫星，该卫星后一轨道与前一轨道相比（ ）。A.速率增大 B.周期增大C.向心力增大 D.加速度增大6.有关开普勒关于行星运动的描述，下列说法中正确的是（ ）。A.所有的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B.所有的行星绕太阳运动的轨道都是

30、圆，太阳处在圆心上C.所有的行星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D.不同的行星绕太阳运动的椭圆轨道是不同的7.已知引力常量G和下列几组数据，能计算出地球质量的是（ ）。A.地球绕太阳运行的周期及地球离太阳的距离B.月球绕地球运行的周期及月球离地球的距离C.人造卫星在地面附近绕行的速度和运行周期D.若不考虑地球自转，已知地球的半径及重力加速度8.天文学上把两个相距较近，由于彼此的引力作用而沿各自的轨道互相环绕旋转的恒星系统称为“双星”系统，设一双星系统中的两个子星保持距离不变，共同绕着连线上的某一点以不同的半径做匀速圆周运动，则（ ）。A.两子星的线速度的大小一定相等B.两子星的角速度的大小一定相等C.两子星受到的向心力的大小一定相等D.两子星的向心加速度的大小一定相等参考答案：1.A 2.D 3.C 4.D 5.B 6.ACD 7.BCD 8.BC六、布置作业教材P41问题与练习 第2、3题高中物理必修二优秀教案：6.4 万有引力理论的成就6.4 万有引力理论的成就教学目标一、知识与技能