高中物理 7.1 行星的运动

7.1行星的运动

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。

过程与方法

1．通过托勒密、哥白尼、第谷、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。

情感态度与价值观

1．澄清对天体运动神秘、模糊的认识，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

1．理解和掌握开普勒行星运动定律，认识行星的运动。学好本节有利于对宇宙中行星的运动规律的认识，掌握人类认识自然规律的科学方法，并有利于对人造卫星的学习。

教学难点

1．对开普勒行星运动定律的理解和应用，通过本节的学习可以澄清人们对天体运动神秘、模糊的认识。

教学过程：略

新课教学

引入：

7．2太阳与行星间的引力

7．3万有引力定律

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

2

r Mm G F ３．理解万有引力定律的含义并会推导万有引力定律

４．理解地面上物体所受的重力与天体间的引力是同一性质的力，即服从平方反比定律的万有引力

过程与方法

１．通过推导太阳与行星间的引力公式，体会逻辑推理在物理学中的重要性

２．体会推导过程中的数量关系

情感态度与价值观

１．感受太阳与行星间的引力关系，从而体会大自然的奥秘

２．通过学习认识和借鉴科学的实验方法，充实自己的头脑，更好地去认识世界，建立科

学的价值观

教学重点

１．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公式，记住推导出的引力公式

２．在研究具体问题时，如何选取参考系

３．质点概念的理解

教学难点

１．太阳与行星间的引力公式推导过程

２．什么情况下可以把物体看作质点

教具

多媒体视频

课时安排

１课时

教学过程

开普勒定律发现之后，人们便开始更深入的思考：行星为什么这样运动？

这节课我们“追寻着牛顿的足迹”，用自己的手和脑，重新“发现”万有引力定律。

一． 太阳对行星的引力

为了简化问题，行星的轨道按圆来处理，请猜想太阳与行星的引力与什么因数有关 研究的问题中，只有太阳、行星，那么他们之间的引力可能与太阳的质量、行星的质量、他们之间的距离以及行星与太阳之间的媒介物有关，还可能与太阳与行星的形状、大小有关。太阳与行星的是否可以看作质点？太阳与行星之间是真空，对太阳与行星的引力

有无影响？

讨论小结：太阳与行星之间的引力应该与行星到太阳的距离、太阳的质量、行星的质量有关。我们先研究太阳对行星的引力，这样只研究引力与行星的质量以及太阳与行星之间的距离的关系。那么，F 与r 的定量关系是什么？

阅读教材：太阳对行星的引力部分。

让学生回答如何来进行理论分析 ：根据开普勒行星运动定律，行星以太阳为圆心做匀速圆周运动，由太阳对行星的引力提供向心力。

（1） 向心力等于F=r

mv 2

（2） 天文观测到行星周期T ，则v=22T

r π代入上式得F=224T mr π （3） 根据开普勒第三定律k T a =23代入上式得224r

m k F π= （4） 上式中k 24π对太阳系中任何行星都相同，因而F 与2r m 成正比，既F 2r

m ∝ 结论：太阳对不同行星的引力与行星的质量成正比，与太阳与行星间的距离的二次方成反比。

二． 行星对太阳的引力

就太阳对行星的引力而言，行星是受力物体，引力与受力物体的质量成正比，行星对太阳的引力也应该与太阳的质量成正比。

阅读教材行星对太阳的引力部分，学生回答行星对太阳的引力与太阳的质量、行星到太阳的距离是什么关系？

结论：行星对太阳的引力大小与太阳的质量M 成正比，与行星到太阳的距离r 的二次方成反比。

三． 太阳与行星间的引力

综上推导过程，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，看看能得出什么结论。 2r

Mm F ∝ 结论：太阳与行星间的引力与太阳的质量、行星的质量成正比，与两者距离的二次方成反比：2r Mm G

F = 说明：

（1） G 是比例系数，与行星和太阳均有关

（2） 太阳与行星间的引力规律，也适用于地球与卫星间的引力

（3） 该引力规律普遍适用于任何有质量的物体

四． 万有引力定律

知道了太阳与行星之间作用力的规律，可以完全解释行星的运动了，那么，是什么力使得地面的物体不能离开地球，总要落回地面呢？如苹果被抛出后总要落回地面，那么是什么力使得苹果不能离开地球呢？是否也是由于地球对苹果的引力造成的？地球对苹果的引力和太阳对行星的引力是同一种力吗，若真是这样，物体离地面越远，其受地球的引力就应该越小，可是地面上的物体在距离地面很远时似乎重力没有明显的减弱，是不是不够远，我们想这样的高度比起天体之间的距离来说，真的不算远！再往远处设想如果物体远到地球那边，物体是否也会象月球那样绕地球运动？也许真的是同一种力，我们就来探究这个问题。

１． 月——地检测

猜想：“天上”的力与“人间”的力可能出于同一根源。

阅读教材月地检测，回答学生假定成立

在牛顿时代，重力加速度已能比较精确测定，当时也能比较精确地测定月球与地球之间的距离、月球的公转周期，从而能够算出月球运动的向心加速度，证明了猜想的正确性

例题：已知：月地r =3.8810⨯m ，月T =27.3 天，g=9.82/s m ,求?/=g a 月

结论：太阳与行星间、地球与月球间、地球与地面物体间的力是同一种性质的力。 ２． 万有引力定律

任意两个物体之间都有这样的力存在吗？阅读教材万有引力部分。

学生回答：牛顿作了大胆的猜想，任意两个物体间都存在着这样的力。于是这个结论被推广到宇宙中的一切物体之间。即：

万有引力定律：自然界中的任何两物体都互相吸引没，引力的大小与物体的质量m1和m2成正比，与他们之间的距离r 的二次方成反比即2

21r m m G F = 式中质量的单位为kg ，距离的单位为m ，力的单位N ，G 叫引力常量。

注：公式的适用条件

（1） 适用于质点间引力大小的计算

（2） 对于可视为质点的物体间的引力求解也可以利用万有引力公式

（3） 当研究的物体不能看成质点时，可以把物体假想分割成无数质点，求分力，再

求合力

说明：

（1） 万有引力的普遍性，一切物体间

（2） 万有引力的相互性，两物体间相互作用

（3） 万有引力的宏观性，只有在质量大星球间，它的存在才有实际物理意义

（4） 万有引力的特殊性，两物体间只与本身有关，与周围其他物体无关

３． 引力常量