高中物理必修2《太陽與行星間的引力》教案
教學(xué)目標(biāo)
1、知識與技能
(1)理解太陽與行星間引力的存在;
(2)能根據(jù)開普勒行星運(yùn)動(dòng)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;
(3)了解萬有引力定律得出的思路和過程，理解萬有引力定律的含義，掌握萬有引力定律的公式;
(4)知道任何物體間都存在著萬有引力，且遵循相同的規(guī)律。
2、過程與方法
(1)通過推導(dǎo)太陽與行星間的引力公式，體會(huì)邏輯推理在物理學(xué)中的重要性;
(2)體會(huì)推導(dǎo)過程中的數(shù)量關(guān)系。
3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀：感受太陽與行星間的引力關(guān)系，從而體會(huì)大自然的奧秘。
教學(xué)重難點(diǎn)
教學(xué)重點(diǎn)：
據(jù)開普勒行星運(yùn)動(dòng)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。
教學(xué)難點(diǎn)：
太陽與行星間的引力公式的推導(dǎo)過程。
教學(xué)工具
多媒體、板書
教學(xué)過程
一、太陽與行星間的引力
探究交流
如圖，行星所做的勻速圓周運(yùn)動(dòng)與我們平常生活中見到的勻速圓周運(yùn)動(dòng)是否符合同樣的動(dòng)力學(xué)規(guī)律?如果是，分析行星的受力情況.
【提示】 行星與平常我們見到的做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體一樣，遵守牛頓第二定律
行星所需要的向心力由太陽對它的引力提供.
1.基本知識
(1)猜想
行星圍繞太陽的運(yùn)動(dòng)可能是太陽的引力作用造成的，太陽對行星的引力F應(yīng)該與行星到太陽的距離r有關(guān).
(2)模型簡化
行星以太陽為圓心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，太陽對行星的引力提供了行星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力.
(3)太陽對行星的引力
(4)行星對太陽的引力
根據(jù)牛頓第三定律，行星對太陽的引力F′的大小也存在與上述關(guān)系類似的結(jié)果，
(5)太陽與行星間的引力
2.思考判斷
(1)
G是比例系數(shù)，與太陽行星都沒關(guān)系.(√)
(2)在推導(dǎo)太陽與行星的引力公式時(shí)，用到了牛頓第二定律和牛頓第三定律.(√)
(3)由于天體間距離很遠(yuǎn)，在研究天體間的引力時(shí)可以將它們視為質(zhì)點(diǎn).(√)
二、萬有引力定律
1.基本知識
(1)月—地檢驗(yàn)
①檢驗(yàn)?zāi)康模壕S持月球繞地球運(yùn)動(dòng)的力與地球上蘋果下落的力是否為同一性質(zhì)的力?
②檢驗(yàn)方法：由于月球軌道半徑約為地球半徑的60倍，則月球軌道上物體受到的引力是地球上的
。根據(jù)牛頓第二定律，物體在月球軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度(月球公轉(zhuǎn)的向心加速度)應(yīng)該是它在地球表面附近下落時(shí)的加速度(自由落體加速度)的
計(jì)算對比兩個(gè)加速度就可以分析驗(yàn)證兩個(gè)力是否為同一性質(zhì)的力.
③結(jié)論：加速度關(guān)系也滿足“平方反比”規(guī)律.證明兩種力為同種性質(zhì)力.
(2)萬有引力定律
①內(nèi)容
自然界中任何兩個(gè)物體都相互吸引，引力的方向在它們的連線上，引力的大小與物體的質(zhì)量m1和m2的乘積成正比，與它們之間距離r的二次方成反比.
②公式
(3)符號意義
①G為引力常量，其數(shù)值由英國物理學(xué)家卡文迪許測量得出，常取
②r為兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)間的距離或質(zhì)量均勻的兩個(gè)球體的球心間的距離.
2.思考判斷
(1)月球繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)是因?yàn)樵虑蚴芰ζ胶?(×)
(2)月球做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力是由地球?qū)λ囊Ξa(chǎn)生的.(√)
(3)地球?qū)υ虑虻囊εc地面上的物體所受的地球的引力是兩種不同性質(zhì)的力.(×)
3.探究交流
如圖為卡文迪許測定引力常量的實(shí)驗(yàn)裝置.卡文迪許為什么被人們稱為“能稱出地球質(zhì)量的人”?
三、萬有引力定律的理解
【問題導(dǎo)思】
1.萬有引力定律的適用條件如何?
2.萬有引力有哪些特性?
3.萬有引力一般為什么不考慮?
(1)萬有引力定律的公式適用于計(jì)算質(zhì)點(diǎn)間的相互作用，當(dāng)兩個(gè)物體間的距離比物體本身大得多時(shí)，可用此公式近似計(jì)算兩物體間的萬有引力.
(2)質(zhì)量分布均勻的球體間的相互作用，可用此公式計(jì)算，式中r是兩個(gè)球體球心間的距離.
(3)一個(gè)均勻球體與球外一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的萬有引力也可用此公式計(jì)算，式中的r是球體球心到質(zhì)點(diǎn)的距離.
2.萬有引力的四個(gè)特性
誤區(qū)警示
1.任何物體間的萬有引力都是同種性質(zhì)的力.
2.任何有質(zhì)量的物體間都存在萬有引力，一般情況下，質(zhì)量較小的物體之間萬有引力忽略不計(jì)，只考慮天體間或天體對附近或表面的物體的萬有引力.
例：兩個(gè)大小相同的實(shí)心小鐵球緊靠在一起，它們之間的萬有引力為F.若將兩個(gè)用同種材料制成的半徑是小鐵球2倍的實(shí)心大鐵球緊靠在一起，則兩個(gè)大鐵球之間的萬有引力為( )
A.2F B.4F
C.8F D.16F
【審題指導(dǎo)】 解答該題應(yīng)注意分析下列條件：
(1)鐵球的半徑改變時(shí)，質(zhì)量如何改變?
(2)鐵球的半徑改變時(shí)，兩球間的距離如何改變?
【答案】 D
四、萬有引力與重力的聯(lián)系
【問題導(dǎo)思】
1.地球與地球上物體間的萬有引力有什么效果?
2.重力與緯度有什么關(guān)系?
3.重力與高度有什么關(guān)系?
1.萬有引力的效果
2.重力與緯度的關(guān)系
地面上物體的重力隨緯度的升高而變大.
(1)赤道上：重力和向心力在一條直線上
(2)地球兩極處：向心力為零，所以
(3)其他位置：重力是萬有引力的一個(gè)分力，重力的大小
(4)其他位置：重力是萬有引力的一個(gè)分力，重力的大小
重力的方向偏離地心.
3.重力與高度的關(guān)系
由于地球的自轉(zhuǎn)角速度很小，故地球自轉(zhuǎn)帶來的影響很小，一般情況下認(rèn)為在地面附近：mg
(R為地球半徑，g為離地面h高度處的重力加速度).所以距地面越高，物體的重力加速度越小，則物體所受的重力也越小.
誤區(qū)警示
1.一般計(jì)算中，往往不考慮地球的自轉(zhuǎn)，認(rèn)為物體受到的萬有引力等于重力，即
2.相對地面靜止的物體受到的地面給它的支持力與重力是一對平衡力，而不是與萬有引力平衡.
例：設(shè)地球表面的重力加速度為g0，物體在距離地心4R(R是地球的半徑)處，由于地球的作用而產(chǎn)生的加速度為g，則
為( )
【審題指導(dǎo)】 本題涉及兩種情境，一種是物體在地球表面處的情況，另一種是物體在離地球表面3R處的情況.在不考慮地球自轉(zhuǎn)時(shí)，重力等于物體所受的萬有引力.
【答案】 D
4、關(guān)于萬有引力和重力關(guān)系的處理方法
(1)物體隨地球自轉(zhuǎn)時(shí)，由于地球自轉(zhuǎn)角速度很小，物體轉(zhuǎn)動(dòng)需要的向心力很小，一般情況下，認(rèn)為重力約等于萬有引力，即
(2)求比例關(guān)系時(shí)，可先寫出一般表達(dá)式，找出相關(guān)量間的正比或反比關(guān)系等，如上式由g
然后再求比值，此比例解法使題目解起來更簡捷.
五、萬有引力定律和牛頓第二定律的綜合應(yīng)用
例：一物體在地球表面重16 N，它在以5 m/s2的加速度加速上升的火箭中的視重(即物體對火箭豎直向下的壓力)為9 N，則此火箭離地球表面的距離為地球半徑的(地球表面重力加速度取10 m/s2)( )
A.2倍 B.3倍 C.4倍 D.0.5倍
【審題指導(dǎo)】 解答本題時(shí)可按以下思路分析：
高中教學(xué)計(jì)劃小編推薦各科教學(xué)設(shè)計(jì)：
語文、數(shù)學(xué)、英語、歷史、地理、政治、化學(xué)、物理、生物、美術(shù)、音樂、體育、信息技術(shù)
高中教學(xué)計(jì)劃小編推薦各科教學(xué)設(shè)計(jì)：
語文、數(shù)學(xué)、英語、歷史、地理、政治、化學(xué)、物理、生物、美術(shù)、音樂、體育、信息技術(shù)
教學(xué)目標(biāo)
1、知識與技能
(1)理解太陽與行星間引力的存在;
(2)能根據(jù)開普勒行星運(yùn)動(dòng)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;
(3)了解萬有引力定律得出的思路和過程，理解萬有引力定律的含義，掌握萬有引力定律的公式;
(4)知道任何物體間都存在著萬有引力，且遵循相同的規(guī)律。
2、過程與方法
(1)通過推導(dǎo)太陽與行星間的引力公式，體會(huì)邏輯推理在物理學(xué)中的重要性;
(2)體會(huì)推導(dǎo)過程中的數(shù)量關(guān)系。
3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀：感受太陽與行星間的引力關(guān)系，從而體會(huì)大自然的奧秘。
教學(xué)重難點(diǎn)
教學(xué)重點(diǎn)：
據(jù)開普勒行星運(yùn)動(dòng)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。
教學(xué)難點(diǎn)：
太陽與行星間的引力公式的推導(dǎo)過程。
教學(xué)工具
多媒體、板書
教學(xué)過程
一、太陽與行星間的引力
探究交流
如圖，行星所做的勻速圓周運(yùn)動(dòng)與我們平常生活中見到的勻速圓周運(yùn)動(dòng)是否符合同樣的動(dòng)力學(xué)規(guī)律?如果是，分析行星的受力情況.
【提示】 行星與平常我們見到的做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體一樣，遵守牛頓第二定律
行星所需要的向心力由太陽對它的引力提供.
1.基本知識
(1)猜想
行星圍繞太陽的運(yùn)動(dòng)可能是太陽的引力作用造成的，太陽對行星的引力F應(yīng)該與行星到太陽的距離r有關(guān).
(2)模型簡化
行星以太陽為圓心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，太陽對行星的引力提供了行星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力.
(3)太陽對行星的引力
(4)行星對太陽的引力
根據(jù)牛頓第三定律，行星對太陽的引力F′的大小也存在與上述關(guān)系類似的結(jié)果，
(5)太陽與行星間的引力
2.思考判斷
(1)
G是比例系數(shù)，與太陽行星都沒關(guān)系.(√)
(2)在推導(dǎo)太陽與行星的引力公式時(shí)，用到了牛頓第二定律和牛頓第三定律.(√)
(3)由于天體間距離很遠(yuǎn)，在研究天體間的引力時(shí)可以將它們視為質(zhì)點(diǎn).(√)
二、萬有引力定律
1.基本知識
(1)月—地檢驗(yàn)
①檢驗(yàn)?zāi)康模壕S持月球繞地球運(yùn)動(dòng)的力與地球上蘋果下落的力是否為同一性質(zhì)的力?
②檢驗(yàn)方法：由于月球軌道半徑約為地球半徑的60倍，則月球軌道上物體受到的引力是地球上的
。根據(jù)牛頓第二定律，物體在月球軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度(月球公轉(zhuǎn)的向心加速度)應(yīng)該是它在地球表面附近下落時(shí)的加速度(自由落體加速度)的
計(jì)算對比兩個(gè)加速度就可以分析驗(yàn)證兩個(gè)力是否為同一性質(zhì)的力.
③結(jié)論：加速度關(guān)系也滿足“平方反比”規(guī)律.證明兩種力為同種性質(zhì)力.
(2)萬有引力定律
①內(nèi)容
自然界中任何兩個(gè)物體都相互吸引，引力的方向在它們的連線上，引力的大小與物體的質(zhì)量m1和m2的乘積成正比，與它們之間距離r的二次方成反比.
②公式
(3)符號意義
①G為引力常量，其數(shù)值由英國物理學(xué)家卡文迪許測量得出，常取
②r為兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)間的距離或質(zhì)量均勻的兩個(gè)球體的球心間的距離.
2.思考判斷
(1)月球繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)是因?yàn)樵虑蚴芰ζ胶?(×)
(2)月球做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力是由地球?qū)λ囊Ξa(chǎn)生的.(√)
(3)地球?qū)υ虑虻囊εc地面上的物體所受的地球的引力是兩種不同性質(zhì)的力.(×)
3.探究交流
如圖為卡文迪許測定引力常量的實(shí)驗(yàn)裝置.卡文迪許為什么被人們稱為“能稱出地球質(zhì)量的人”?
三、萬有引力定律的理解
【問題導(dǎo)思】
1.萬有引力定律的適用條件如何?
2.萬有引力有哪些特性?
3.萬有引力一般為什么不考慮?
(1)萬有引力定律的公式適用于計(jì)算質(zhì)點(diǎn)間的相互作用，當(dāng)兩個(gè)物體間的距離比物體本身大得多時(shí)，可用此公式近似計(jì)算兩物體間的萬有引力.
(2)質(zhì)量分布均勻的球體間的相互作用，可用此公式計(jì)算，式中r是兩個(gè)球體球心間的距離.
(3)一個(gè)均勻球體與球外一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的萬有引力也可用此公式計(jì)算，式中的r是球體球心到質(zhì)點(diǎn)的距離.
2.萬有引力的四個(gè)特性
誤區(qū)警示
1.任何物體間的萬有引力都是同種性質(zhì)的力.
2.任何有質(zhì)量的物體間都存在萬有引力，一般情況下，質(zhì)量較小的物體之間萬有引力忽略不計(jì)，只考慮天體間或天體對附近或表面的物體的萬有引力.
例：兩個(gè)大小相同的實(shí)心小鐵球緊靠在一起，它們之間的萬有引力為F.若將兩個(gè)用同種材料制成的半徑是小鐵球2倍的實(shí)心大鐵球緊靠在一起，則兩個(gè)大鐵球之間的萬有引力為( )
A.2F B.4F
C.8F D.16F
【審題指導(dǎo)】 解答該題應(yīng)注意分析下列條件：
(1)鐵球的半徑改變時(shí)，質(zhì)量如何改變?
(2)鐵球的半徑改變時(shí)，兩球間的距離如何改變?
【答案】 D
四、萬有引力與重力的聯(lián)系
【問題導(dǎo)思】
1.地球與地球上物體間的萬有引力有什么效果?
2.重力與緯度有什么關(guān)系?
3.重力與高度有什么關(guān)系?
1.萬有引力的效果
2.重力與緯度的關(guān)系
地面上物體的重力隨緯度的升高而變大.
(1)赤道上：重力和向心力在一條直線上
(2)地球兩極處：向心力為零，所以
(3)其他位置：重力是萬有引力的一個(gè)分力，重力的大小
(4)其他位置：重力是萬有引力的一個(gè)分力，重力的大小
重力的方向偏離地心.
3.重力與高度的關(guān)系
由于地球的自轉(zhuǎn)角速度很小，故地球自轉(zhuǎn)帶來的影響很小，一般情況下認(rèn)為在地面附近：mg
(R為地球半徑，g為離地面h高度處的重力加速度).所以距地面越高，物體的重力加速度越小，則物體所受的重力也越小.
誤區(qū)警示
1.一般計(jì)算中，往往不考慮地球的自轉(zhuǎn)，認(rèn)為物體受到的萬有引力等于重力，即
2.相對地面靜止的物體受到的地面給它的支持力與重力是一對平衡力，而不是與萬有引力平衡.
例：設(shè)地球表面的重力加速度為g0，物體在距離地心4R(R是地球的半徑)處，由于地球的作用而產(chǎn)生的加速度為g，則
為( )
【審題指導(dǎo)】 本題涉及兩種情境，一種是物體在地球表面處的情況，另一種是物體在離地球表面3R處的情況.在不考慮地球自轉(zhuǎn)時(shí)，重力等于物體所受的萬有引力.
【答案】 D
4、關(guān)于萬有引力和重力關(guān)系的處理方法
(1)物體隨地球自轉(zhuǎn)時(shí)，由于地球自轉(zhuǎn)角速度很小，物體轉(zhuǎn)動(dòng)需要的向心力很小，一般情況下，認(rèn)為重力約等于萬有引力，即
(2)求比例關(guān)系時(shí)，可先寫出一般表達(dá)式，找出相關(guān)量間的正比或反比關(guān)系等，如上式由g
然后再求比值，此比例解法使題目解起來更簡捷.
五、萬有引力定律和牛頓第二定律的綜合應(yīng)用
例：一物體在地球表面重16 N，它在以5 m/s2的加速度加速上升的火箭中的視重(即物體對火箭豎直向下的壓力)為9 N，則此火箭離地球表面的距離為地球半徑的(地球表面重力加速度取10 m/s2)( )
A.2倍 B.3倍 C.4倍 D.0.5倍
【審題指導(dǎo)】 解答本題時(shí)可按以下思路分析：
高中教學(xué)計(jì)劃小編推薦各科教學(xué)設(shè)計(jì)：
語文、數(shù)學(xué)、英語、歷史、地理、政治、化學(xué)、物理、生物、美術(shù)、音樂、體育、信息技術(shù)
高中教學(xué)計(jì)劃小編推薦各科教學(xué)設(shè)計(jì)：
語文、數(shù)學(xué)、英語、歷史、地理、政治、化學(xué)、物理、生物、美術(shù)、音樂、體育、信息技術(shù)