高中物理新课程
第七章 万有引力与航天教学参考教案
一、教材对比分析
1． 总体概述
经典力学的基础是牛顿运动定律，在此基础上诞生的万有引力定律更是树立了人们对物理学的尊敬和兴趣。本章在教材中的地位可说是承前启后，承前是针对本模块第二主题“圆周运动”而言，是其涉及的基本概念和规律在天体运动中的应用，启后是指它是解决后续许多万有引力问题的理论依据。
本章我们将学习万有引力定律及其在天体运动中的应用。万有引力定律是在哥白尼、伽利略、开普勒等人的天文学研究成果的基础上，由牛顿运用动力学原理而发现的重要定律。它不仅能解释重力产生的原因，也能够解释行星和卫星的运动规律。它是天文学上研究各种天体运动规律的依据，它所揭示的万有引力是自然界中四种基本相互作用之一。
要理解和掌握万有引力定律，并能用它解决相关的一些实际问题，注意多结合航天技术、人造地球卫星等现代科技知识来认识万有引力定律的应用，理解天体的运动，掌握其重点公式。人造地球卫星和航天技术属于现代科技发展的重要领域，因而有关人造地球卫星和万有引力定律的考查每年都有相关题目，本章是近年高考的热点。
2．对比分析 参见江苏科学技术出版社《走进高中新课程 物理》P26。 3．课时建议
第一单元 第一节 行星的运动 （1学时） 第二单元 第二节 太阳与行星间的引力 （1学时） 第三节 万有引力定律 （1学时） 第三单元 第四节 万有引力理论的成就 （2学时） 第五节 宇宙航行 （2学时） 第四单元 第六节 经典力学的局限性 （1学时） 二、教学建议
7.1 行星的运动
★新课标要求
（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、难点
开普勒行星运动定律、对开普勒行星运动定律的理解和应用 ★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。
★教学建议
日心说、地心说及两者之间的争论有许多内容可以向学生介绍，教材为了简单明了地讲述开普勒定律，没有过多地叙述这些内容.教学中可以结合教学的实际情况向学生介绍有关的历史材料，也可引导学生课外阅读有关的读物。这些内容学生会很感兴趣，又容易接受，也是我们进行科学方法和思想教育的好素材。
学习本节课的目的是为下一节推导万有引力定律铺垫,开普勒定律没必要做过高要求。 ★教学过程
（一）引入新课
教师活动：在浩瀚的宇宙中有着无数大小不一、形态各异的天体。白天我们沐浴着太阳的光辉，夜晚，仰望苍穹，繁星闪烁，美丽的月亮把我们带入无限的遐想中。由这些天体所组成的宇宙始终是人们渴望了解又不断探索的领域。经成百上千年的探索，伟大的科学家们对它已经有了一些初步的了解。本节我们就共同来学习前人所探索到的行星的运动情况。 （二）进行新课
1、古人对天体运动的看法及发展过程
教师活动：引导学生阅读教材第一段，投影出示以下提纲：
1、古代人们对天体运动存在哪些看法? 2、什么是“地心说”，什么是“日心说”? 3、哪种学说占统治地位的时间较长?
4、两种学说争论的结果是什么?
学生活动：阅读课文，并从课文中找出相应的答案。学生代表发言。
1、在古代，人们对于天体的运动存在着地心说和日心说两种对立的看法。 2、“地心说”认为地球是宇宙的中心，是静止不动的，太阳\\，月亮以及其他行星都绕地球运动；“日心说”认为太阳是宇宙的中心，地球\\，月亮以及其他行星都在绕太阳运动。 3、“地心说”占领统治地位的时间较长. 4、“日心说”与“地心说”争论的结果是“日心说”最终战胜了“地心说”.
真理最终战胜了谬误。
2、开普勒行星运动定律
教师活动：引导学生阅读教材，投影出示以下提纲：
1、古人认为天体做什么运动?
2、开普勒认为行星做什么样的运动?他是怎样得出这一结论的？
3、开普勒行星运动定律哪几个方面的描述了行星绕太阳运动的规律？具体表述是什么？
学生活动：阅读课文，并从课文中找出相应的答案。学生代表发言。
1、古人把天体的运动看得十分神圣，他们认为天体的运动不同于地面物体
的运动，天体做的是最完美、最和谐的匀速圆周运动.
2、开普勒认为行星做椭圆运动。他发现假设行星作匀速圆周运动，计算所得的数据与观测数据不符，只有认为行星作椭圆运动，才能解释这一差别。 3、开普勒行星运动定律从行星运动轨道、行星运动的线速度变化、轨道与周期的关系三个方面揭示了行星运动的规律。具体表述为：
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：
aT32?k
比值k是一个与行星无关的常量。
教师活动：认真听取学生代表发言，点评总结。引导学生深入探究：
［出示挂图］介绍行星运动的挂图，使学生对行星的运动有一个简单的感性认识. ［放录像］使学生通过对天体运动的立体画面的观看，对天体运动的感性认识进一步提高.
思考：比值k与行星无关，你能猜想出它可能跟谁有关吗?
实际上，多数行星的轨道与圆十分接近，在中学阶段的研究中能够按圆处理。开普勒三定律适用于圆轨道时，应该怎样表述呢？
学生活动：分组讨论，并根据课文、挂图及录像所提供的线索得出答案。学生代表发言。
根据开普勒第三定律知：所有行星绕太阳运动半长轴的三次方跟公转周期二
次方的比值是一个常数k，可以猜想，这个“k”一定与运动系统的物体有关。因为常数k对于所有行星都相同，而各行星是不一样的，故跟行星无关，而在运动系中除了行星就是中心天体——太阳，故这一常数“k”一定与中
心天体——太阳有关。
（四）实例探究
［例1］关于行星的运动以下说法正确的是（ ） A．行星轨道的半长轴越长，自转周期就越长 B．行星轨道的半长轴越长，公转周期就越长 C．水星轨道的半长轴最短，公转周期就最长 D．冥王星离太阳“最远”，公转周期就最长 2.为什么说曲线运动一定是变速运动? 分析： 由开普勒第三定律
aT32?k可知，a越大，T越大，故BD正确，C错误；式中的
T是公转周期而非自转周期，故A错。
答案：BD
［例2］已知木星绕太阳公转的周期是地球绕太阳公转周期的12倍。则木星绕太阳公转轨道的半长轴为地球公转轨道半长轴的 倍。
思维入门指导： 木星和地球均为绕太阳运行的行星，可利用开普勒第三定律直接求解。本题考查开普勒第三定律的应用。
解：由开普勒第三定律
32aT32?k可知：
32对地球：
a1T13?k 对木星
a2T2?k
所以a2?(T2/T1)?a1?5.24a1
2点拨：在利用开普勒第三定律解题时，应注意它们的比值
aT32?k中的k是一个与行星
运动无关的常量。
［例3］已知地球绕太阳作椭圆运动。在地球远离太阳运动的过程中，其速率越来越小，试判断地球所受向心力如何变化。若此向心力突然消失，则地球运动情况将如何？
思维入门指导：行星的运动为曲线运动，因此本节知识常常和曲线运动知识相综合。
解：由于地球在远离太阳运动的过程中，其速率减小，据牛顿第二定律有，Fn?mv??，由开普勒第二定律知，地球在远离太阳运动的过程中角速度?（单位时间内地球与太阳的连线扫过的角度）也减小，故向心力Fn减小。若此向心力突然消失，则地球将沿轨道的切线方向做离心运动。
点拨：地球绕太阳的运动虽然并非匀速圆周运动，但向心力公式仍适用。任一时刻，地球的速度方向均沿椭圆的切线方向。 ★课余作业
1、课后完成P66“问题与练习”中的问题。
2、课后阅读教材P64“科学足迹”栏目中的阅读材料，体会人类对行星运动规律的认识历程。
7.2 太阳与行星间的引力
★新课标要求
（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、难点
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、太阳与行星间的引力公式的推导 ● 教学建议
这节课主要推导了行星与太阳之间的引力表达式，让学生体会牛顿在前人工作的基础
