学生:行星在椭圆轨道上运动需要力,这个力可能是太阳与行星之间引力提供的。
问题:行星的实际运动是椭圆运动,但我们还不知道求出椭圆运动加速度的运动学公式,我们现在怎么办?
学生:可以简化为圆周运动。(猜测)
教师:多媒体展示八大行星的轨道数据:
行星 轨道半长轴(106km) 轨道半短轴(106km) 水星 57.9 56.7 金星 108.2 108.1 地球 149.6 149.5 火星 227.9 226.9 木星 778.3 777.4 土星 1427.0 1424.8 天王星 2882.3 2879.1 海王星 4523.9 4523.8 观察八大行星的轨道半长轴与半短轴的区别并结合开普勒第二定律的内容得到结论:行星绕太阳的运动可以看作是匀速圆周运动。(简化模型)
太阳与行星之间引力提供其做圆周运动的向心力。(板书)
(二)太阳对行星的引力 (板书)
1.猜想:F与r的定量关系。
2.建模:简化模型,按"圆"处理。
3.演绎与推理
设行星的质量为m,速度为,行星到太阳的距离为r,则行星绕太阳做匀速圆周运动的向心力
F=
天文观测中难以直接得到行星运动的速度,但可以得到行星公转的周期T,它们之间的关系为
=
把这个结果代入上面的向心力的表达式,整理后得到
F=
教师:要寻找F跟r的关系,那么表达式中就不应该出现周期T,所以要设法消去上式中的T,应该怎么消呢?
学生:可以把开普勒第三定律变形为,