61行星的运动

第一节行星的运动
一、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．澄清对天体运动裨秘、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．
二、教学重点
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．
三、教学难点
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．
四、教学方法
自行阅读、展示、总结
五、教学过程
（一）、设问导读
2.开普勒行星运动定律
（1)开普勒第一定律（椭圆轨道定律)：所有行星绕太阳运动的轨道都
是，太阳处在椭圆的一个上。

（2)开普勒第二定律（面积定律)：对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相
等的时间内扫过相等的。

（3)开普勒第三定律（周期定律)：所有行星的跟它的的比值都相等，即=k，比值k是一个对于所有行星都相同的常量。

3.行星运动的近似处理
（1)行星绕太阳运动的轨道十分接近，太阳处在。

（2)对某一行星来说，它绕太阳做圆周运动的（或)不变，即行星做运动。

（3)所有行星跟它的的比值都相等，即=k。

（二）、自学检测
1.关于行星的运动,下列说法中正确的是（）
A.关于行星的运动,早期有“地心说”与“日心说”之争，而“地心说”容易被人们所接受的原因之一是相对运动使得人们观察到“太阳东升西落”
B.行星围绕太阳运动的椭圆轨道可近似地看成圆轨道
C.开普勒第三定律=k，式中k的值仅与行星的质量有关
D.开普勒第三定律也适用于其他星系的行星运动
2.木星绕太阳运动的轨道是椭圆，那么木星在椭圆轨道上运动速度的大小是（）
A.恒定不变的
B.近日点大、远日点小
C.近日点小、远日点大
D.无法判定
3.某一人造卫星绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径为月球轨道半径的，则此
卫星运行的周期大约是（d为“天”)（）
A.1d~4d
B.4d~8d
C.8d~16d
D.16d~20d
（三）、巩固练习
1.16世纪，哥白尼根据天文观测的大量资料，经过多年的天文观测和潜心研究，提出“日心说”的如下四个基本论点，这四个论点就目前来看存在缺陷的是（）
A.宇宙的中心是太阳，所有行星都在绕太阳做匀速圆周运动
B.地球是绕太阳做匀速圆周运动的行星，月球是绕地球做匀速圆周运动的卫星，它绕地球运转的同时还跟地球一起绕太阳运动
C.天穹不转动，因为地球每天自西向东自转一周，造成天体每天东升西落的现象
D.与日地距离相比，其他恒星离地球都十分遥远，比日地间的距离大得多9 （四）、拓展延伸
3.有一个名叫谷神的小行星（质量为kg）,它的轨道半径是地球
绕太阳运动的轨道半径的2.77倍,求它绕太阳一周所需要的时间。

六、课堂小结
本节学习的是开苦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小，在远日点的速率最大，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．
七、布置作业
1、教材：第六章第一节问题与练习1、
2、3题
2、完成导学案
八、板书设计
1．地心说和日心说
2．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．3．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．4．开普勒第三定律：3．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．
九、课后反思
本节课的学习内容，是学习万有引力定律及天体运动问题的基础和前提。

开普勒的行星运动定律是本节课的中心内容，围绕这个中心内容，所展开的是人类对天体运动认识的艰难历程，这正是对学生进行物理史、科学史教育的契机。

通过对历史的了解培养学生的历史唯物主义观点、辩证唯物注意观点，激发学生不迷信权威，不迷信教条的创新精神，树立献身科学的决心和信心是这节课的教学重点。

因此，激趣及展现科学家独特的思维方式及推理方法是本设计的中心。

第二节太阳与行星间的引力
一、教学目标
（一）、知识与技能
1、了解关于行星绕太阳运动的不同观点和引力思想形成的历程。

2、知道行星绕太阳运动的原因，知道太阳与行星间存在着引力作用，知道
行星绕太阳做匀速圆周运动向心力来源；
3、知道太阳与行星间引力的方向和表达式，知道牛顿定律在推导太阳与行
星间引力时的作用，领会将不易测量的物理量转化为易测量物理量的方法。

（二）、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，认识科学探究中交流和独
创的意义；
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；
3、通过思维程序“提出问题→猜想与假设→理论分析→实验观测→验证
结论”培养学生探究思维能力。

（三）、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。

二、教学重难点
太阳与行星间的引力的推导思路和过程；
突出教学重难点的方法：引导学生动手参与推导过程，关注学生推导细节并及时交流和反馈，总结推导步骤；教师呈现推导过程要层次分明，突出关键。

三、教学方法
展示、总结
四、教学过程
（一）、复习回顾
1．开普勒第一定律——轨道定律：所有行星都在_______轨道上绕
太阳运动，太阳处在椭圆的一个________上；
2．开普勒第二定律——面积定律：对每个行星来说，太阳和行星
的连线在相等的时间扫过相等的_______；
3．开普勒第三定律——周期定律：所有行星的轨道的_________
的三次方跟公转______的二次方的比值都相等，表达式为
_______________
（二）、设问导读
A 、对太阳与行星间引力的探究
1．问题的提出：开普勒发现行星运动规律后，人们开始更深入的
思考，是什么原因使行星绕太阳运动呢？
2．猜想与假设：
（1）伽利略：一切物体都有合并的趋势，这种趋势导致物体做圆
周运动。

（2）开普勒：受到了来自太阳的类似于磁力的作用。

（3）笛卡儿：在行星的周围有旋转的物质(以太）作用在行星上，
使得行星绕太阳运动。

（4）胡克、哈雷等:受到了太阳对它的引力，证明了
如果行星的轨道是圆形的，其所受的引力大小跟行星到太
阳的距离的二次方成反比，但没法证明在椭圆轨道上也成
立。

（5）牛顿：在前人的基础上，证明了：如果太阳和
行星间的引力与距离的二次方成反比，则行星的轨迹是椭
圆.并且阐述了普遍意义下的万有引力定律。

3．简化模型：将行星轨道按照____来处理，所有行
星都在做匀速圆周运动。

4．演绎与推理：
（1）根据牛顿第二定律和开普勒行星运动定律，推出太阳对行星
的引力2
r m F ∝ 推导：
_____________________________________________________________
_
_________________________________________________________
___________
（2）根据牛顿第三定律，推出行星对太阳的引力2
r M F ∝' （3）得出结论：根据行星与太阳地位的“平等性”，得太阳与行星
之间的引力应满足∝F 2r Mm 。

写成等式，即=F ________，G 为_______系数，与太阳、行星_______。

5．得出结论：太阳与行星间引力的大小为____________，方向沿
二者的_________。

探究思考1：我们已经推得了2r
Mm G F =，这个规律就是万有引力定律吗？______
原因是：
_______________________________________________________
探究思考2：教材39页问题与练习2题
无法在实验室得到的规律是：__________，它是怎么得到的？
__________________
B 、行星的线速度v 、角速度ω、周期T 、向心加速度a 与轨道半径
r 的关系
根据2r
Mm G F =和r v m F 2=可得 =v _______，结论：轨道半径r 越大，________
根据2r
Mm G F =和2ωmr F =可得 =ω______，结论：轨道半径r 越大，________
同理，根据_______和______可得 =T ______，结论：轨道半径r
越大，___________
同理，根据_______和______可得 =a _______，结论：轨道半径r
越大，_________
可见，有了太阳与行星间的引力公式，我们就可以从动力学的角度
研究行星的运动规律，比开普勒行星运动定律更进了一步！！这就是学
习这节课的意义所在。

（三）、自学检测
1．某一人造卫星绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径为月球绕地
球轨道半径的1/3则此卫星运行的周期大约是：（ ）
A ．1－4天之间
B ．4－8天之间
C ．8－16天之间
D ．16－20天之间
2．两行星运行周期之比为1：2，其运行轨道的半长轴之比为：（ ）
A ．1/2
B ． 22
C ．3221
D ．2
321 （四）、巩固训练
3．地球到太阳的距离是水星到太阳距离的2.6倍，那么地球和水星绕
太阳运转的线速度之比是多少？（设地球和水星绕太阳运转的轨道是圆
轨道）
4．关于日心说被人们所接受的原因是 （ ）
A．以地球为中心来研究天体的运动有很多无法解决的问题
B．以太阳为中心，许多问题都可以解决，行星的运动的描述也变得简
单了
C．地球是围绕太阳转的
D．太阳总是从东面升起从西面落下
（五）、拓展延伸
5．考察太阳M的卫星甲和地球m(m<M)的卫星乙，甲到太阳中心的距
离为r1，乙到地球中心的距离为r2，若甲和乙的周期相同，则：
A．r1>r2B．r1<r2C．r1=r2D．无法比较
6．设月球绕地球运动的周期为27天,则地球的同步卫星到地球中心的
距离r与月球中心到地球中心的距离R之比r/R为( ) A．1/3 B．1/9 C．1/27 D．1/18
六、课堂小结
书本上根据太阳对不同行星的引力，行星对太阳的引力
，推导太阳与行星间的引力为过于牵强附会，不符
合学科的认知规律，学生不易接受,学生感到很茫然，而用该方法思路
过程很严密,学生容易掌握。

七、布置作业
1、教材：第六章第二节问题与练习1、
2、3题
2、完成导学案
八、板书设计
太阳与行星间的引力
探究1．行星饶太阳运动向心加速度为，根据牛顿第二定律，
太阳对不同行星的引力：
探究2
（1）太阳对行星的引力大小：
结论：或（1）
（2）行星对太阳的引力
结论：或（2）
（3）由（1）、（2）式得，设，则，令
（4）太阳与行星间的引力：
是比例系数，与太阳、行星都没有关系
方向：太阳与行星间引力的方向沿着二者的连线。

适用范围：太阳与行星间的引力
八、课后反思
为了让学生掌握建立物理模型、运用数学工具进行数学推导发现物理规律的研究方法，教学中应该调动学生参与探究的过程，这需要教师的引导，为此，本节课采用“导探”式教学法，即在教师的引导下，让学生通过独立思考、合作交流、小组讨论的方式完成探究的过程，让学生真正体验科学探究的方法。

太阳与行星间的引力一节，是为了更突出发现万有引力定律的这个科学过程。

如果照搬教材的内容，教学时间显得太宽松，并且最后推导不太严密,学生不易接受,而且并不能让学生充分的体会牛顿的科学智慧。

所以笔者在实际教学中对教材中关于太阳与行星间的引力的推导过程做了改进并用了两种不同的方法,这样不仅教学时间变得紧凑，更重要是让学生体验了：从问题的提出、猜想与假设、演绎与推理、结论的得出等更为完整的探究过程．
6．3 万有引力定律
一、教学目标
(一）、知识与技能
1．理解太阳与行星间引力的存在
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
3．了解万有引力定律得出的思路和过程，理解万有引力定律的含义，掌握万有引力定律的公式；
4．知道任何物体间都存在着万有引力，且遵循相同的规律。

(二)、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．
(三)、情感、态度与价值观
感受太阳与行星间的引力关系，从而体会大自然的奥秘．
二、教学重点
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．
三、教学难点
太阳与行星间的引力公式的推导过程．
四、教学方法：
讨论、探究与教师讲授相结合
五、教学过程
（一）、温故互查
1、开普勒三大定律
2、太阳与行星间的引力
太阳与行星间的引力与太阳的质量、行星的质量成，与两者之间的距离的平方成。

（二）、设问导读
1、月—地检验
1）月—地检验的目地是什么？
2）月—地检验的原理是什么？
3）如何进行验证？
2、万有引力定律:
1）自然界中任何两个物体都是相互吸引的，引力的大小与物体的成正比，与它们之间成反比。

公式F= ，G是比例系数，叫做。

2）引力常量G= ，它是由国物理学家在实验室里通
过测出的。

3）万有引力定律公式的适用条件：
4)万有引力的特性:
（三）、自学检测
1．关于万有引力定律的适用范围，下列说法中正确的是( )
A．只适用于天体，不适用于地面上的物体
B．只适用于球形物体，不适用于其他形状的物体
C．只适用于质点，不适用于实际物体
D．适用于自然界中任何两个物体之间
2．关于万有引力和万有引力定律的理解正确的是( )
A．不能看做质点的两物体间不存在相互作用的引力
B ．只有能看做质点的两物体间的引力才能用F ＝Gm 1m 2r 2计算
C ．由F ＝Gm 1m 2
r
2知，两物体间距离r 减小时，它们之间的引力增大 D ．万有引力常量的大小首先是由牛顿测出来的，且等于6.67×10－11 N ·m 2/kg 2
3．对于公式 2
21r m m G F 理解正确的是( ) A ．m 1与m 2之间的相互作用力，总是大小相等、方向相反，是一对平衡力
B ．m 1与m 2之间的相互作用力，总是大小相等、方向相反，是一对作用力与反
作用力
C ．当r 趋近于零时，F 趋向无穷大
D ．当r 趋近于零时，公式不适用
（四）、巩固练习
1．设地球表面重力加速度为g 0，物体在距离地心4R(R 是地球的半径)处，由
于地球的作用而产生的加速度为g ，则g/g 0为( )
A ．1
B ．1/9
C ．1/4
D ．1/16
2．一名宇航员来到一个星球上，如果该星球的质量是地球质量的一半，它的直
径也 是地球直径的一半，那么这名宇航员在该星球上所受的万有引力大小是它在地球上所受万有引力的( )
A ．0.25倍
B ．0.5倍
C ．2.0倍
D ．4.0
倍
3．如图所示，两个半径分别为r 1＝0.40m ，r 2＝0.60m ，质量分布均匀的实心球
质 量分别为m 1＝4.0kg 、m 2＝1.0kg ，两球间距离r 0＝2.0m ，则两球间的相互引力的大小为 ( )
A ．6.67×10－11 N
B ．大于6.67×10－11 N
C ．小于6.67×10－11 N
D ．不
能确定
（五）、拓展延伸
1．宇航员站在某一星球距离表面h 高度处，以初速度v 0沿水平方向抛出一个
小球，经过时间t 后小球落到星球表面，已知该星球的半径为R ，引力常量为G ，求：
(1)该星球表面重力加速度g 的大小；
(2)小球落地时的速度大小；
(3)该星球的质量．
六、课堂小结：
1、万有引力定律提出的过程：大胆假设、严格求证相结合，是一个充满曲折和艰辛的过程。

从中领略了牛顿的胆识，魄力，惊人的想像力。

2、万有引力定律的内容和公式。

3、万有引力定律的检验。

七、布置作业
1、教材：第六章第三节问题与练习1、
2、3题
2、完成导学案
八、课后反思
应该向学生明确指出，万有引力定律的适用条件是两个质点间的相互作用。

但是我们还要指出两个质量分布均匀的球体间的万有引力，也可用公式计算，如计算地球表面上的物体所受重力就属于这类问题。

教材考虑到引力常量在物理学上的重要意义，应该让学生有所了解，特别是卡文迪许实
验，不只测量出了引力常量的数值，同时也是万有引力定律的直接验证，而且卡文迪许扭秤对理解以后有关的内容也有帮助，教学中要让学生理解实验原理，体会实验设计的巧妙之处。