高中物理必修二《万有引力与航天》精品教案(全章整理)
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1 高中物理必修二《万有引力与航天》精品教案（整理）
第一节 行星的运动
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．
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．
教学难点：
对开普勒行星运动定律的理解和应用.
教学方法：讲授法
教学过程：
（一）引入新课
宇宙中有无数大小不同，形态各异的天体，由这些天体组成的神秘的宇宙始终是人们渴望了解的领域，人们认识天体运动围绕“天体怎样运动？”和“天体
2 为什么这样运动？”两个基本问题进行了长期的探索研究，提出了很多观点。通过本节的学习，我们应了解这些观点，知道行星如何运动。
（二）新课教学
一、行星运动的两种学说
1、地心说
地心说的代表人物是亚里士多德和托勒玫。他们从人们的日常经验（太阳从东边升起，西边落下）提出地心说，认为地球是宇宙的中心，并且静止不动，所有行星围绕地球作圆周运动。
地心说比较符合当时人们的经验和宗教神学的思想，成为神学的信条，被人们信奉了一千多年，但它所描述的天体运动，不仅复杂而且以此为依据所得的历法与实际差异很大。
2、日心说
日心说的代表人物是哥白尼，他在《天体运行论》一书中，对日心说进行了具体的论述和数学论证。认为太阳是静止不动的，地球和其他行星围绕太阳运动。把地球从天体运动的中心位置移到了一个普通的行星的位置。行星运动的描述显得更简单、更科学。日心说使科学从神学中解放出来，战胜了地心说，逐渐被人们接受。但哥白尼固守天体作匀速圆周运动的传统思想，追求数的和谐与美，他的天体运动模型缺乏深入的物理思考，实际上是一个数学模型。
二、开普勒定律
开普勒对第谷长期天文观察的结果进行了创造性的研究与思考，开始他想用哥白尼的太阳系模型说明火星的运行轨道，但与第谷的观测结果有8分的误差，从而大胆地摒弃了天体作匀速圆周运动的观点，从事实中寻找原则，建立了开普勒定律，对行星的运动作出了更科学、更精确的描述，回答了“天体怎样运动？”的问题。
1、开普勒第一定律：所有行星分别在大小不同的椭圆轨道上围绕太阳运动，太阳是在这些椭圆的一个焦点上。
（参照椭圆的半长轴、焦点进行介绍）
2、开普勒第二定律：太阳和行星的连线在相等的时间内扫过的面积相等。
3、开普勒第三定律：所有行星的椭圆轨迹的半长轴的三次方与公转周期的
3 平方的比值都相等。
即32RkT，k是与太阳质量有关的恒量，与行星的质量无关。
注意：
1、行星的椭圆轨道都很接近圆，所以在中学阶段分析和处理天体运动时，常把椭圆轨道作为圆轨道来处理，这是突出主要因素，忽略次要因素的理想化方法，是研究物理最常用的方法。
2、开普勒定律不仅适用于行星，也适用于卫星，但这时k应与行星的质量
有关。
三、例题分析：
例1、海王星的公转周期约为5.19×109s，地球的公转周期为3.16×107s，则海王星与太阳的平均距离约为地球与太阳的平均距离的多少倍？
解：由开普勒第三定律32RkT可得：
33122312RRTT，
∴292113327222(5.1910)30(3.1610)RTRT
例2、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13，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
解：由开普勒第三定律32RkT可得：
311322112733TRTR，
而227T天，
则15.2T天 答案B。
（三）课堂小结
4 本节学习的是开普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．
（四）布置作业
问题与练习1、2、3、4
5 第二节 太阳与行星间的引力
教学目标：
（一）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
（二）过程与方法
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。
（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。
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
教学难点：
太阳与行星间的引力公式的推导
教学方法：
教师启发、引导，学生自主阅读、思考，讨论、交流学习成果。
教学用具：
计算机、投影仪等多媒体教学设备
教学过程：
（一）复习提问，引入新课
提问：开普勒行星运动三条定律的内容是什么？
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。
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。
第三定律：所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等。即：
32akT
6 比值k是一个与行星无关的常量。
总结：通过对开普勒定律的学习，知道了行星运动时所遵循的规律，即行星怎样
运动的。那么行星为什么要做这样的运动呢?今天我们共同来学习、探讨这一问
题。
（二）新课教学
教师引导学生阅读教材第一、二段，思考下面的问题：在解释行星绕太阳运动的原因这一问题上，为什么牛顿能够成功，而其他科学家却失败了？你认为牛顿成功的关键是什么？
学生阅读课文，分组讨论，从课文中找出相应的答案，选代表发言。
教师点评、总结并引导学生过渡到新课的教学上来。
1、太阳对行星的引力
教师引导学生阅读教材，并投影出示以下提纲，让学生在练习本上独立推导：
（1）行星绕太阳作匀速圆周运动，写出行星需要的向心力表达式，并说明
式中符号的物理意义。
（2）行星运动的线速度v与周期T的关系式如何？为何要消去v？写出要消去v后的向心力表达式。
（3）如何应用开普勒第三定律消去周期T？为何要消去周期T？
（4）写出引力F与距离r的比例式，说明比例式的意义。
教师活动：投影学生的推导过程，一起点评。
2、行星对太阳的引力
提出问题：行星对太阳的引力与太阳的质量M以及行星到太阳的距离r之间又有何关系？请在练习本上用学过的知识推导出来。
学生在练习本上用牛顿第三定律推导行星对太阳的引力F′与太阳的质量M
以及行星到太阳的距离r之间的关系。
教师活动：投影学生的推导过程，一起点评。
3、太阳与行星间的引力
提出问题：综合以上推导过程，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。看看能够得出什么结论。
学生在练习本上推导出太阳与行星间的引力表达式。
7 教师投影学生的推导过程，师生共同点评。
4、典例探究
例：火星绕太阳的运动可看作匀速圆周运动，火星与太阳间的引力提供火星运动的向心力。已知火星运行的轨道半径为r，运行的周期为T，引力常量为G，试写出太阳质量M的表达式。
解析：火星与太阳间的引力表达式为2rMmGF，式中G为引力常量，M为太阳质量，m为火星质量， r为轨道半径。设火星运动的线速度为v，由F提供火星运动的向心力，有
rvmrMmG22
由线速度和周期的关系Trv2，
得太阳质量 2324GTrM
（三）课堂小结
让学生自己概括总结本节的内容，请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容，之后教师进行电评。
（四）布置作业
1、思考课本“说一说”栏目中的问题。
1、完成“问题与练习”中的题目。
8 第三节 万有引力定律
教学目标：
1、了解万有引力定律得出的思路和过程。
2、理解万有引力定律的含义并会推导。
3、知道任何物体间都存在着万有引力，且遵循相同的规律。
教学重点：
1、万有引力定律的推导。
2、万有引力定律的内容及表达公式。
教学难点：
1、用数学公式描述万有引力定律。
2、计算万有引力时物体间距离的含义。
教学方法：
1、对万有引力定律的推导－采用分析推理、归纳总结的方法。
2、对疑难问题的处理－采用讲授法、例证法。
教学用具：
卡文迪许扭秤模型。
教学过程：
(一)引入新课
上节课讲述了开普勒定律是描述天体运动的基本规律，回答了行星怎样运动的问题，（提问）行星为什么这样运动是这节课要研究的问题。
（二）新课教学
一、万有引力定律的推导
首先让我们回到牛顿的年代，从他的角度进行一下思考吧。当时“日心说”已在科学界基本否认了“地心说”，如果认为只有地球对物体存在引力，即地球是一个特殊物体，则势必会退回“地球是宇宙中心”的说法，而认为物体间普遍存在着引力，可这种引力在生活中又难以观察到，原因是什么呢？(学生可能会答出：一般物体间，这种引力很小。如不能答出，教师可诱导。)所以要研究这种引力，只能从这种引力表现比较明显的物体——天体的问题入手。当时有一个
