人教版高中物理必修2 第六章第2节太阳与行星间的引力（共24张PPT）
文档属性
| 名称 | 人教版高中物理必修2 第六章第2节太阳与行星间的引力（共24张PPT） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 1.9MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-03-06 12:38:27 | ||
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文档简介
(共24张PPT)
6.2 太阳对行星的引力
（第1课时，时长20分钟）
1.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——轨道定律
2.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面积——面积定律
3.开普勒第三定律：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——周期定律（重点）
温故：开普勒行星运动定律
表达式：
（即经过近日点速率最大，经过远日点速率最小）
知新：在学习了开普勒定律基础上，探究使行星绕太阳运动的引力的表达式，即学习第2节
6.2 太阳与行星间的引力
本节课学习目标：
1.利用圆周运动知识和开普勒定律探究出太阳对行星的引力表达式
2.利用牛顿第三定律探究出行星对太阳的引力表达式
3.利用牛顿第三定律探究出太阳与行星间的引力表达式
一切物体都有合并的趋势，这种趋势导致物体做圆周运动.
（一）了解：科学的足迹
问题：开普勒行星运动定律只涉及行星是怎样运动的规律，仅属于运动学问题.那么，行星绕太阳运动的原因是什么？这属于运动和力的关系问题.
行星的运动是受到了来自太阳的类似于磁力的作用 ，与距离成反比.
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.
行星的运动是太阳吸引的缘故，并且引力的大小与到太阳距离的平方成反比.
胡克、哈雷等人都认为行星的运动是由于太阳引力的作用，并且证明了如果行星的轨道是圆形的，它所受到的引力大小与到太阳距离的平方成反比.
问题来了：关于运动和力之间的定量关系在当时还没有清晰的认识.是在以后由牛顿建立起的，因此他们也就无法深入研究.
有人来了：牛顿接受开普勒等上述人对行星运动的
观点，但又认为：
1.行星运动为圆轨道还是椭圆轨道，都需要力去改变速度2.这个力需要指向圆心或椭圆焦点
3.这个力应该就是太阳对行星的引力
现在我们一起追寻牛顿的足迹，重新去“发现”万有引力定律
为了简化问题，我们把当年牛顿在椭圆轨道下证明的问题简化为在圆形轨道下来处理.
于是，牛顿利用他的运动定律把行星运动的向心加速度与太阳对行星的引力联系起来了.
请猜：太阳与行星间的引力大小可能与哪些有关？
（1）若已知某行星匀速圆周运动轨道半径为r，线速度为v，质量为m，则它需要的向心力多大？
请思考并回答下列问题：
（2）天文观测能直接观测到行星的线速度吗？能直接观测出角速度、周期？上式怎么办？
（4）以上得到了行星需要的向心力，我们需求的却是太阳对行星的引力，这两个力有关系吗？
它们的质量大小？
它们之间的距离？
（二）探究科学的奥秘——追寻牛顿的足迹
探究1:太阳对行星的引力的表达式——已知运动情况求力
公转周期T
（3）式中有两个自变量r和T，可否变成一个自变量？
请联想开普勒定律中的哪一条定律就可消去一个自变量？
太阳对某行星的引力，与行星的质量成正比，与行星和太阳间的距离的二次方成反比。
（1）前面我们猜测的是太阳与行星间的引力应该与双方的质量均有关，可是刚才得出的结论好像只与行星质量有关，是不是我们猜测错了？
（2）这个引力与太阳质量是否有关的问题，又怎样去研究呢？
（3）太阳对行星的引力与行星对太阳的引力是一对平衡力还是一对作用力与反作用力？ 二者是性质相同的力吗？大小相等，那么它们的大小的表达式是否应该相似？依此，你能否写出行星对太阳的引力表达式？
（4）结合前面的猜测太阳与行星间的引力应该与双方的质量均有关、太阳对行星的引力表达式、行星对太阳的引力表达式这三点，你能否写出太阳和行星间的引力表达式？
请思考并回答下列问题：
探究2: 行星对太阳的引力表达式
是一对作用力与反作用力
应该相似
探究2: 行星对太阳的引力表达式
思考3：既然太阳对行星有引力F引，那么行星对太阳也应该有引力吧？其表达式该是怎样呢？
太阳对行星的引力表达式中的m是受力物行星
还是施力物太阳的质量？
——太阳对行星的引力跟行星的质量成正比，与行星、太阳距离的二次方成反比.
受力物行星的质量
由牛三类比法
——行星对太阳的引力跟太阳的质量成正比，与行星、太阳距离的二次方成反比.
小结：这节课我们学到了什么?
理论演算
总结规律
建模
理想化
类比
古人观点
牛顿思考
1.太阳对行星的引力：与行星的质量m成正比，与太阳到行星间的距离r的二次方成反比
2.行星对太阳的引力：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
练习1.(多选)在探究太阳对行星的引力规律时对所引用的公式的下列说法正确的是（ ）
A.在探究中引用了公式 F=mv2/r ,这个关系式实际上是牛顿第二定律，是可以在实验室中得到验证的.
B.在探究中引用了公式v =2πr/T ，这个关系式实际上是匀速周围运动的一个公式，它是由速度的定义式得来的。
C.在探究中引用了公式r3/T2=k，这个关系式实际上是开普勒第三定律，是可以在实验室中得到证明的.
D.在探究中引用的三个公式都可以在实验室中得到证明.
AB
解析：在公式的推导中，要注意公式的成立条件。开普勒三个定律都是对行星运动的观测结果总结出来，所以三条规律都是经验定律．
练习2.关于行星对太阳的引力的说法中正确的是（ ）
A.行星对太阳的引力与太阳对行星的引力是同一性质的力
B.行星对太阳的引力与太阳的质量成正比，与行星的质量无关
C.太阳对行星的引力大于行星对太阳的引力
D.行星对太阳的引力大小与太阳的质量成正比，与行星距太阳的距离成反比
——没有排除F引是否与太阳质量M有关!
——没有排除F’引是否与行星质量m有关!
A
太阳对某行星的引力，与行星的质量成正比，与行星和太阳间的距离的二次方成反比。
重点：明确两个表达式的探究过程
探究1：太阳对行星的引力表达式
消去T
消去v
探究2: 行星对太阳的引力表达式
由牛三类比法
行星对太阳的引力跟太阳的质量成正比，与行星、太阳距离的二次方成反比.
6.2 太阳对行星的引力
（第2课时，时长20分钟）
6.2 太阳与行星间的引力
现在我们继续一起追寻牛顿的足迹，重新去“发现”万有引力定律
为了简化问题，我们把当年牛顿在椭圆轨道下证明的问题简化为在圆形轨道下来处理
本节课学习目标：
1.利用圆周运动知识和开普勒定律探究出太阳对行星的引力表达式（已完成）
2.利用牛顿第三定律探究出行星对太阳的引力表达式（已完成）
3.利用牛顿第三定律探究出太阳与行星间的引力表达式
由牛顿第三定律知，行星对太阳也有引力的其表达式.
太阳对行星的引力表达式中m是受力物行星的质量.
——太阳对行星的引力跟行星的质量成正比，与行星、太阳距离的二次方成反比.
由牛三类比法
——行星对太阳的引力跟太阳的质量成正比，与行星、太阳距离的二次方成反比.
温故：太阳对行星的引力表达式与行星对太阳的引力
的表达式
知新：探究3:太阳与行星间的引力F的表达式
由牛三类比法
牛三
思考4：F引 和F引 ′是一对作用力和反作用力，那么可以得出F引大小跟太阳质量M和行星质量m 有什么关系式呢？
G 为比例系数，与
太阳、行星无关
太阳与行星间引力的大小与太阳的质量M、
行星的质量m成正比，与两者距离r的二次方成反比；
引力方向沿着二者的连线。
请对比后回答：不同时期关于行星运动的三项重大成果，
你有何感受？
第一项成果：丹麦天文观测大师第谷连续20多年积累的数千个观测数据；
第二项成果：德国天文学家开普勒连续30多年研究师傅第谷的观测数据，提出了行星运动三个定律；
第三项成果：牛顿结合自己提出的运动定律和开普勒行星运动定律，得到了控制行星运动的引力大小为
第二项成果比第一项成果：深刻、简洁
第三项成果比第二项成果：更深刻、更简洁
——这就是科学家不断接力与竭力探索与研究的目的和科学不断进步的表现！
问题：请回顾 的探究背景：由牛顿运动定律、圆周运动知识、开普勒第三定律推导得出，当时开普勒运动定律只是针对于行星绕太阳运动时，太阳与行星之间的引力大小的表达式。那么，
（1）卫星绕行星运动时，行星与卫星之间的引力大小，是否也遵守这个规律？
（2）地球与地面上的物体之间的引力大小，是否也遵守这个规律？
（3）任意两个物体之间是否都有引力？而且其引力大小是否同样遵守这个规律呢？
这三个“是否”的问题，下一节课将讨论与学习.
请课后围绕这三个“是否”的问题去预习。
练习2.关于行星对太阳的引力的说法中正确的是（ ）
A.行星对太阳的引力与太阳对行星的引力是同一性质的力
B.行星对太阳的引力与太阳的质量成正比，与行星的质量无关
C.太阳对行星的引力大于行星对太阳的引力
D.行星对太阳的引力大小与太阳的质量成正比，与行星距太阳的距离成反比
——没有排除F引是否与太阳质量M有关!
——没有排除F’引是否与行星质量m有关!
A
1.用今天学到的知识再次评讲上节课堂的练习2.
5.两颗行星的质量分别为m1和m2，绕太阳运行的轨道半径分别是r1和r2，若只考虑太阳与它们之间的万有引力作用，那么这两个行星的向心加速度之比是多少？
解：用昨天学习的知识解决：
太阳对行星的引力大小
这个引力提供行星绕太阳做圆周运动的向心力，由牛顿第二定律a =F/m得行星运动的向心加速度为
。
，可得：
解：用今天学习的知识解决：
太阳对行星的引力大小 ，本题太阳质量M相同.
这个引力提供行星绕太阳做圆周运动的向心力，由牛顿第二定律a =F/m得行星运动的向心加速度为
，可得：
2.用昨天或今天学习的知识讲评上节课的课后作业第5题
请回顾：在学习开普勒行星运动第三定律是怎么说的？
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——周期定律。
与行星无关的常数
请思考：比值k与行星无关，会与什么有关呢？还是与什么都无关呢？请结合今天学到的太阳与行星间的引力表达式、圆周运动知识、开普勒第三定律分析后回答（2分钟内）
解：行星绕太阳做匀速圆周运动所需向心力由太阳对行星的引力提供。
Fn=m（2л/T）2r
F引=Fn
GMm/r2 =m（2л/T）2r
r3/T2=GM/4л2
r3/T2=k
F引=GMm/r2
r3/T2=k=GM/4л2
此事表明：行星绕太阳公转时，比值k只与太阳质量有关，与行星质量无关；如果是卫星绕行星公转，比值k与行星质量有关，与卫星质量无关。
3.用今天学到的知识认识前一节课文中开普勒第三定律的比值k.
练习：如图为绕太阳运动的几颗小行星，轨迹视为为圆，则判定以下物理量的关系（3分钟）：
1.线速度的大小________________
2.角速度的大小________________
3.向心加速度的大小_____________
4.公转周期的大小_______________
方法：行星绕太阳做匀速圆周运动，太阳对行星的引力提供向心力
VA>VB=VC>VD
ωA>ωB=ωC>ωD
aA>aB=aC>aD
TAGMm/r2 =mv2/r
F引=GMm/r2
Fn=mv2/r
F引=Fn
GMm/r2 =mω2r
GMm/r2 =man
an = GM/r2
GMm/r2 =m（2л/T）2r
3.用今天学到的知识
比较行星公转的线速度、角速度、向心加速度、周期的大小关系.
6.2 太阳对行星的引力
（第1课时，时长20分钟）
1.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——轨道定律
2.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面积——面积定律
3.开普勒第三定律：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——周期定律（重点）
温故：开普勒行星运动定律
表达式：
（即经过近日点速率最大，经过远日点速率最小）
知新：在学习了开普勒定律基础上，探究使行星绕太阳运动的引力的表达式，即学习第2节
6.2 太阳与行星间的引力
本节课学习目标：
1.利用圆周运动知识和开普勒定律探究出太阳对行星的引力表达式
2.利用牛顿第三定律探究出行星对太阳的引力表达式
3.利用牛顿第三定律探究出太阳与行星间的引力表达式
一切物体都有合并的趋势，这种趋势导致物体做圆周运动.
（一）了解：科学的足迹
问题：开普勒行星运动定律只涉及行星是怎样运动的规律，仅属于运动学问题.那么，行星绕太阳运动的原因是什么？这属于运动和力的关系问题.
行星的运动是受到了来自太阳的类似于磁力的作用 ，与距离成反比.
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.
行星的运动是太阳吸引的缘故，并且引力的大小与到太阳距离的平方成反比.
胡克、哈雷等人都认为行星的运动是由于太阳引力的作用，并且证明了如果行星的轨道是圆形的，它所受到的引力大小与到太阳距离的平方成反比.
问题来了：关于运动和力之间的定量关系在当时还没有清晰的认识.是在以后由牛顿建立起的，因此他们也就无法深入研究.
有人来了：牛顿接受开普勒等上述人对行星运动的
观点，但又认为：
1.行星运动为圆轨道还是椭圆轨道，都需要力去改变速度2.这个力需要指向圆心或椭圆焦点
3.这个力应该就是太阳对行星的引力
现在我们一起追寻牛顿的足迹，重新去“发现”万有引力定律
为了简化问题，我们把当年牛顿在椭圆轨道下证明的问题简化为在圆形轨道下来处理.
于是，牛顿利用他的运动定律把行星运动的向心加速度与太阳对行星的引力联系起来了.
请猜：太阳与行星间的引力大小可能与哪些有关？
（1）若已知某行星匀速圆周运动轨道半径为r，线速度为v，质量为m，则它需要的向心力多大？
请思考并回答下列问题：
（2）天文观测能直接观测到行星的线速度吗？能直接观测出角速度、周期？上式怎么办？
（4）以上得到了行星需要的向心力，我们需求的却是太阳对行星的引力，这两个力有关系吗？
它们的质量大小？
它们之间的距离？
（二）探究科学的奥秘——追寻牛顿的足迹
探究1:太阳对行星的引力的表达式——已知运动情况求力
公转周期T
（3）式中有两个自变量r和T，可否变成一个自变量？
请联想开普勒定律中的哪一条定律就可消去一个自变量？
太阳对某行星的引力，与行星的质量成正比，与行星和太阳间的距离的二次方成反比。
（1）前面我们猜测的是太阳与行星间的引力应该与双方的质量均有关，可是刚才得出的结论好像只与行星质量有关，是不是我们猜测错了？
（2）这个引力与太阳质量是否有关的问题，又怎样去研究呢？
（3）太阳对行星的引力与行星对太阳的引力是一对平衡力还是一对作用力与反作用力？ 二者是性质相同的力吗？大小相等，那么它们的大小的表达式是否应该相似？依此，你能否写出行星对太阳的引力表达式？
（4）结合前面的猜测太阳与行星间的引力应该与双方的质量均有关、太阳对行星的引力表达式、行星对太阳的引力表达式这三点，你能否写出太阳和行星间的引力表达式？
请思考并回答下列问题：
探究2: 行星对太阳的引力表达式
是一对作用力与反作用力
应该相似
探究2: 行星对太阳的引力表达式
思考3：既然太阳对行星有引力F引，那么行星对太阳也应该有引力吧？其表达式该是怎样呢？
太阳对行星的引力表达式中的m是受力物行星
还是施力物太阳的质量？
——太阳对行星的引力跟行星的质量成正比，与行星、太阳距离的二次方成反比.
受力物行星的质量
由牛三类比法
——行星对太阳的引力跟太阳的质量成正比，与行星、太阳距离的二次方成反比.
小结：这节课我们学到了什么?
理论演算
总结规律
建模
理想化
类比
古人观点
牛顿思考
1.太阳对行星的引力：与行星的质量m成正比，与太阳到行星间的距离r的二次方成反比
2.行星对太阳的引力：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
练习1.(多选)在探究太阳对行星的引力规律时对所引用的公式的下列说法正确的是（ ）
A.在探究中引用了公式 F=mv2/r ,这个关系式实际上是牛顿第二定律，是可以在实验室中得到验证的.
B.在探究中引用了公式v =2πr/T ，这个关系式实际上是匀速周围运动的一个公式，它是由速度的定义式得来的。
C.在探究中引用了公式r3/T2=k，这个关系式实际上是开普勒第三定律，是可以在实验室中得到证明的.
D.在探究中引用的三个公式都可以在实验室中得到证明.
AB
解析：在公式的推导中，要注意公式的成立条件。开普勒三个定律都是对行星运动的观测结果总结出来，所以三条规律都是经验定律．
练习2.关于行星对太阳的引力的说法中正确的是（ ）
A.行星对太阳的引力与太阳对行星的引力是同一性质的力
B.行星对太阳的引力与太阳的质量成正比，与行星的质量无关
C.太阳对行星的引力大于行星对太阳的引力
D.行星对太阳的引力大小与太阳的质量成正比，与行星距太阳的距离成反比
——没有排除F引是否与太阳质量M有关!
——没有排除F’引是否与行星质量m有关!
A
太阳对某行星的引力，与行星的质量成正比，与行星和太阳间的距离的二次方成反比。
重点：明确两个表达式的探究过程
探究1：太阳对行星的引力表达式
消去T
消去v
探究2: 行星对太阳的引力表达式
由牛三类比法
行星对太阳的引力跟太阳的质量成正比，与行星、太阳距离的二次方成反比.
6.2 太阳对行星的引力
（第2课时，时长20分钟）
6.2 太阳与行星间的引力
现在我们继续一起追寻牛顿的足迹，重新去“发现”万有引力定律
为了简化问题，我们把当年牛顿在椭圆轨道下证明的问题简化为在圆形轨道下来处理
本节课学习目标：
1.利用圆周运动知识和开普勒定律探究出太阳对行星的引力表达式（已完成）
2.利用牛顿第三定律探究出行星对太阳的引力表达式（已完成）
3.利用牛顿第三定律探究出太阳与行星间的引力表达式
由牛顿第三定律知，行星对太阳也有引力的其表达式.
太阳对行星的引力表达式中m是受力物行星的质量.
——太阳对行星的引力跟行星的质量成正比，与行星、太阳距离的二次方成反比.
由牛三类比法
——行星对太阳的引力跟太阳的质量成正比，与行星、太阳距离的二次方成反比.
温故：太阳对行星的引力表达式与行星对太阳的引力
的表达式
知新：探究3:太阳与行星间的引力F的表达式
由牛三类比法
牛三
思考4：F引 和F引 ′是一对作用力和反作用力，那么可以得出F引大小跟太阳质量M和行星质量m 有什么关系式呢？
G 为比例系数，与
太阳、行星无关
太阳与行星间引力的大小与太阳的质量M、
行星的质量m成正比，与两者距离r的二次方成反比；
引力方向沿着二者的连线。
请对比后回答：不同时期关于行星运动的三项重大成果，
你有何感受？
第一项成果：丹麦天文观测大师第谷连续20多年积累的数千个观测数据；
第二项成果：德国天文学家开普勒连续30多年研究师傅第谷的观测数据，提出了行星运动三个定律；
第三项成果：牛顿结合自己提出的运动定律和开普勒行星运动定律，得到了控制行星运动的引力大小为
第二项成果比第一项成果：深刻、简洁
第三项成果比第二项成果：更深刻、更简洁
——这就是科学家不断接力与竭力探索与研究的目的和科学不断进步的表现！
问题：请回顾 的探究背景：由牛顿运动定律、圆周运动知识、开普勒第三定律推导得出，当时开普勒运动定律只是针对于行星绕太阳运动时，太阳与行星之间的引力大小的表达式。那么，
（1）卫星绕行星运动时，行星与卫星之间的引力大小，是否也遵守这个规律？
（2）地球与地面上的物体之间的引力大小，是否也遵守这个规律？
（3）任意两个物体之间是否都有引力？而且其引力大小是否同样遵守这个规律呢？
这三个“是否”的问题，下一节课将讨论与学习.
请课后围绕这三个“是否”的问题去预习。
练习2.关于行星对太阳的引力的说法中正确的是（ ）
A.行星对太阳的引力与太阳对行星的引力是同一性质的力
B.行星对太阳的引力与太阳的质量成正比，与行星的质量无关
C.太阳对行星的引力大于行星对太阳的引力
D.行星对太阳的引力大小与太阳的质量成正比，与行星距太阳的距离成反比
——没有排除F引是否与太阳质量M有关!
——没有排除F’引是否与行星质量m有关!
A
1.用今天学到的知识再次评讲上节课堂的练习2.
5.两颗行星的质量分别为m1和m2，绕太阳运行的轨道半径分别是r1和r2，若只考虑太阳与它们之间的万有引力作用，那么这两个行星的向心加速度之比是多少？
解：用昨天学习的知识解决：
太阳对行星的引力大小
这个引力提供行星绕太阳做圆周运动的向心力，由牛顿第二定律a =F/m得行星运动的向心加速度为
。
，可得：
解：用今天学习的知识解决：
太阳对行星的引力大小 ，本题太阳质量M相同.
这个引力提供行星绕太阳做圆周运动的向心力，由牛顿第二定律a =F/m得行星运动的向心加速度为
，可得：
2.用昨天或今天学习的知识讲评上节课的课后作业第5题
请回顾：在学习开普勒行星运动第三定律是怎么说的？
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——周期定律。
与行星无关的常数
请思考：比值k与行星无关，会与什么有关呢？还是与什么都无关呢？请结合今天学到的太阳与行星间的引力表达式、圆周运动知识、开普勒第三定律分析后回答（2分钟内）
解：行星绕太阳做匀速圆周运动所需向心力由太阳对行星的引力提供。
Fn=m（2л/T）2r
F引=Fn
GMm/r2 =m（2л/T）2r
r3/T2=GM/4л2
r3/T2=k
F引=GMm/r2
r3/T2=k=GM/4л2
此事表明：行星绕太阳公转时，比值k只与太阳质量有关，与行星质量无关；如果是卫星绕行星公转，比值k与行星质量有关，与卫星质量无关。
3.用今天学到的知识认识前一节课文中开普勒第三定律的比值k.
练习：如图为绕太阳运动的几颗小行星，轨迹视为为圆，则判定以下物理量的关系（3分钟）：
1.线速度的大小________________
2.角速度的大小________________
3.向心加速度的大小_____________
4.公转周期的大小_______________
方法：行星绕太阳做匀速圆周运动，太阳对行星的引力提供向心力
VA>VB=VC>VD
ωA>ωB=ωC>ωD
aA>aB=aC>aD
TA
F引=GMm/r2
Fn=mv2/r
F引=Fn
GMm/r2 =mω2r
GMm/r2 =man
an = GM/r2
GMm/r2 =m（2л/T）2r
3.用今天学到的知识
比较行星公转的线速度、角速度、向心加速度、周期的大小关系.