6-2 太阳和行星间的引力
一、教学目标：
1．知识与技能：
（1）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。 （2）知道行星绕太阳做匀速圆周运动的向心力的来源。 （3）知道太阳与行星间引力的方向和表达式，知道牛顿运动定律在推导太阳与行星间引力时的作用。
（4）领会将不易测量的物理量转化为易测量物理量的方法。(v--T) 2．过程与方法：
（1）经历科学探究的过程，强化“猜想与假设”的情感认识（学史教育），经历自主学习的“演绎推理”过程。
（2）利用现有知识、方法解决实际问题，培养应用知识解决问题的能力。 （3）通过建立太阳和行星运动的简化模型(椭圆---圆），培养抓住“主要矛盾”，建立物理模型的意识。
（4）初步体会对称变换。（由牛三定律和太阳对行星的引力得出行星对太阳的引力）
3．情感态度与价值观：
（1）通过讲述牛顿之前科学家的猜想与推测，理解牛顿所说的：“如果我曾看得更远些，那是因为我站在巨人们的肩上”的时代背景，知道努力学习过程，就是为了站上巨人们的肩上，“看得更远”——使自己更富创造性。
（2）通过对研究太阳与行星的相互吸引力过程中参照系的转换，认识在规律面前各星体之间没有特殊性（太阳和行星都一样），培养学生要尊重规律的价值观。
二、教学过程
教学过程 1．引入新课 教师活动 师：在上一节的学习中，我们知道开普勒在前人的基础上，充分挖掘第谷的观测数据，为我们勾画出太阳系星体运动的完美图像。让我们再次体会这种完美性„„ 师：开普勒行星运动定律是开普勒基于对行星运动的观测得出的，是对行星运动特点的现象的描述，为我们解决了行星做什么运动的问题。从现象到本质是物理学研究的必然过程，接下来我们需要研究什么样的问题呢？ 1
学生活动 设计意图 【复习巩 固，引出问生：回答开普勒行星运题】 动定律的内容。
生：为什么行星能绕太 阳运动？ 提出问题 2.新课教学 师：请同学们来说一说你的猜想与假设。 【过程中要注意引导学生利用已有知识做推理】 师：接下来我们共同来研究这个吸引力和哪些因素有关？在这一节和下一节我们将追寻牛顿的足迹，用自己的手和脑，重新“发现”万有引力定律。 师：我们在开普勒的基础上，以行星的运动为基础，建立一个简化的物理模型：你将如何处理？ 师：有了物理模型，太阳对行星的引力，就应该是行星做匀速圆周运动的向心力。请同学们自己尝试推导：向心力与哪些因素有关？ 【适时引导：测量周期取代测量速度】 板书··· 师：同学们作出很好的推导。我们的工作完成了吗？ 根据牛顿第三定律，知道行星肯定也吸引了太阳，力的大小应该相等。这个力是否应该也和太阳有关呢？怎么能得到F和太阳的关系呢？ 【适时提示思考：以太阳为参照2
生：讨论„„发表各自观点。根据牛顿运动定律知道一定是受到了向心力，且这个力是太阳对行星的引力。 得到初步结论： 生：讨论„„近似认为行星围绕太阳做匀速圆周运动，太阳处于圆心。（行星轨道半径的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等【课本P30】）。 生：根据匀速圆周运动的规律和开普勒第三定律进行尝试推导。 „„ 展示推导过程，体现出测量周期取代测量速度。 „„ m 结论： F42k2，r【需要指出k与行星无关】 m即：F∝2 „„(1) r表明：„„ 生：引发思考 生：【思考】 讨论„„也应该做圆周运动，根据刚才的推导过程同样可以得到行星对太阳的吸引力： 猜想与假设 简化模型 自主演绎推理 体会将不易测量的物理量转化为易测量物理量（分离变量法） 运动的描述是相对的，天体在规律面前是平等的，尊重规律。
物行星做圆周运动，那么以行星为参照物，太阳做什么运动？】 板书··· 师：现在请同学们综合上面所做的工作，关于太阳与行星间的引力与哪些因素有关，能有一个更加准确、全面的结论了吗？ 板书··· 师：天体的运动图像如此优美，天体如此运动的原因，你不觉得也很简洁完美吗？ 文艺复兴时美学对简洁、和谐的美学追求，影响着人们对科学的简洁、和谐美的追求。 师：同学们刚才经过几十分钟的演绎推导，相互交流，充分利用了现有知识，得到了这样的结论，非常不错。同学们知道在历史上经历怎样的艰辛过程呢？ 多媒体展示简史材料。 在历史上，古希腊开始就在进行不断的猜想、推测。在那时候还没有圆周运动的规律，没有向心力的概念，没有相互作用的观念，也没有刚才用到的牛顿运动定律„„伽利略、开普勒、笛卡尔，胡克，哈雷等都对此提出了自己的解释。伽利略曾经考虑过地球和天体的重力有统一性，并说：“如果他能够教给我什么使地上万物下落的原因，我就可以告诉他地球运动的原因”，还说：
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F’∝M „„(2) r2 生：讨论„„ 根据牛三：F＝F’，所以由（1）、（2）可得：太阳与行星间引力与太阳质量、行星质量成正比，与两者距离而二次方成反比。即： Mm F∝2 r写成等式： MmF＝G2 „„（3） r此时式中的G是比例系数，与太阳、行星都没有关系。 太阳与行星间的引力的方向沿二者的连线指向对方。 生：感受结果的简洁优美。 生：看简史材料。 感受巨人是大量人工作的成果。 感悟巨人的肩对科学发初步体会对称变换 理解牛顿所说的：“如果我曾看得更远些，那是因为我站在巨人们的肩上”的时代背景，知道努力学习过程，“„„在圆周运动中，既然运动物体不断地离开并在接近它的自然终点，那么接近的倾向和抗拒的倾向在力量上就永远相等了”，这可以看到“向心力”概念的雏形，笛卡尔认为单独考虑一个物体时不存在重量，已是“相互作用”的观念。胡克等人认为，行星绕太阳运动是因为受到了太阳对它的引力，甚至证明了如果行星的轨道是圆形的，它受到引力的大小跟行星到太阳距离的二次方成反比。牛顿在前人的研究基础了，形成对运动及相互作用的深刻理解，用逻辑严密的体系，以惊人的开拓精神把天体运动、宇宙结构纳入自己的力学体系，得到运动的三定律，发现万有引力定律，并经实践检验确立下来。牛顿有一句名言：“如果我曾看得更远些，那是因为我站在巨人们的肩上”。 同学们刚才应该已经体验站在巨人们的肩上，的确可以使自己看得更远。如何才能站上巨人的肩？我想在每个同学心中都有了答案。 同学们，如此优美的公式的意义，难道仅仅体现在太阳和行星之间吗？ 3．总（1）总结知识、方法收获； 结： 情感体验 （2）你认为科学的发现（创新性结论的提出）需要具备哪些因素？ 现的重要性。 生：有所思。 就是为了站上巨人们的肩上，“看得更远”——使自己更富创造性。 向迈向万有引力做发问。 生：再次体会演绎推导的过程。 情感体验 生：谈自己的认识。 „„前人研究的基础及成果，社会价值的追求，个人的努力等 落实基础知识和技能，感受科学发展的过程，科学发展中的文化。 4
