萬有引力理論的成就教案.doc

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萬有引力理論的成就 設(shè)計人：葉大奎 學(xué)校：沙坪壩實驗中學(xué) 【本節(jié)教材分析】 1、 課標(biāo)要求: 知道萬有引力定律。認(rèn)識發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的重要意義，體會科學(xué)定律對人類探索未知世界的作用。 2、 學(xué)習(xí)對象分析 （1）學(xué)生的年齡特點和認(rèn)知特點 高一的學(xué)生學(xué)習(xí)興趣濃厚，他們的觀察不只停留在一些表面現(xiàn)象，具有更深層次的探究愿望。在思維方式上由初中形象思維為主向高中抽象思維為主過渡。 （2）學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)本課之前應(yīng)具備的基本知識和技能 知道萬有引力定律及其應(yīng)用條件，圓周運動相關(guān)知識。 （3）學(xué)習(xí)者在即將學(xué)習(xí)的內(nèi)容前已經(jīng)具備的水平。 學(xué)生已經(jīng)知道萬有引力定律，引導(dǎo)學(xué)生把萬有引力定律應(yīng)用在天文學(xué)上。 3、 教學(xué)內(nèi)容分析 本節(jié)教材先介紹通過萬有引力計算地球質(zhì)量，讓學(xué)生體會萬有引力的神奇。再介紹天體質(zhì)量的計算，最后介紹發(fā)現(xiàn)未知天體的應(yīng)用。體會科學(xué)定律對人類探索未知世界的作用。 【三維目標(biāo)】 知識與技能 （1）了解萬有引力定律在天文學(xué)上的重要作用。 （2）會用萬有引力定律計算天體的質(zhì)量。 （3）理解并運用萬有引力定律處理天體問題的思路和方法。 過程與方法 （1）通過萬有引力定律推導(dǎo)計算天體質(zhì)量（如地球質(zhì)量的測定）的計算公式。 （2）通過了解萬有引力在天文學(xué)上的應(yīng)用體會科學(xué)定律對人類探索未知世界的作用。 情感態(tài)度與價值觀 （1）體會萬有引力定律在人類認(rèn)識宇宙奧秘中的巨大作用。 （2）讓學(xué)生親自參與掌握知識的情感，培養(yǎng)學(xué)生對科學(xué)的興趣。 【教法、學(xué)法】 1、教法 啟發(fā)、引導(dǎo) 2、學(xué)法 自主閱讀、思考，討論、交流 【重點、難點】 1、重點 （1）行星繞太陽的運動的向心力是由萬有引力提供的。 （2）會用已知條件求中心天體的質(zhì)量。 2、難點 根據(jù)已有條件求中心天體的質(zhì)量。 【教學(xué)過程】 一、新課導(dǎo)入 教師活動：上節(jié)我們學(xué)習(xí)了萬有引力定律的有關(guān)知識，現(xiàn)在請同學(xué)們回憶一下，萬有引力定律的內(nèi)容及公式是什么？公式中的G又是什么？G的測定有何重要意義？ 學(xué)生活動：思考并回答上述問題： 教師活動：萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)有著重要的物理意義：它對物理學(xué)、天文學(xué)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)的影響；它把地面上物體運動的規(guī)律和天體運動的規(guī)律統(tǒng)一起來；對科學(xué)文化發(fā)展起到了積極的推動作用，解放了人們的思想，給人們探索自然的奧秘建立了極大信心，人們有能力理解天地間的各種事物。這節(jié)課我們就共同來學(xué)習(xí)萬有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用。 二、新課教學(xué) （一）“科學(xué)真實迷人” 教師活動：引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材“科學(xué)真實迷人”部分的內(nèi)容，思考問題 1、推導(dǎo)出地球質(zhì)量的表達(dá)式，說明卡文迪許為什么能把自己的實驗說成是“稱量地球的重量”？ 2、設(shè)地面附近的重力加速度g=9.8m/s2，地球半徑R =6.4106m，引力常量G=6.6710-11 Nm2/kg2，試估算地球的質(zhì)量。 學(xué)生活動：閱讀課文，推導(dǎo)出地球質(zhì)量的表達(dá)式，在練習(xí)本上進(jìn)行定量計算。 教師活動：學(xué)生的推導(dǎo)、計算過程，一起點評。 點評：引導(dǎo)學(xué)生定量計算，增強學(xué)生的理性認(rèn)識。對學(xué)生進(jìn)行熱愛科學(xué)的教育。 （二）計算天體的質(zhì)量 教師活動：引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材“天體質(zhì)量的計算”部分的內(nèi)容，同時考慮下列問題 1、應(yīng)用萬有引力定律求解天體質(zhì)量的基本思路是什么? 2、求解天體質(zhì)量的方程依據(jù)是什么? 學(xué)生活動：學(xué)生閱讀課文第一部分，從課文中找出相應(yīng)的答案. 教師活動：引導(dǎo)學(xué)生深入探究 請同學(xué)們結(jié)合課文知識以及前面所學(xué)勻速圓周運動的知識，加以討論、綜合，然后思考下列問題。學(xué)生代表發(fā)言。 1．天體實際做何運動?而我們通?？烧J(rèn)為做什么運動? 2．描述勻速圓周運動的物理量有哪些? 3．根據(jù)環(huán)繞天體的運動情況求解其向心加速度有幾種求法? 4．應(yīng)用天體運動的動力學(xué)方程——萬有引力充當(dāng)向心力求出的天體質(zhì)量有幾種表達(dá)式?各是什么?各有什么特點? 5．應(yīng)用此方法能否求出環(huán)繞天體的質(zhì)量? 學(xué)生活動：分組討論，得出答案。學(xué)生代表發(fā)言。 1．天體實際運動是沿橢圓軌道運動的，而我們通常情況下可以把它的運動近似處理為圓形軌道，即認(rèn)為天體在做勻速圓周運動. 2．在研究勻速圓周運動時，為了描述其運動特征，我們引進(jìn)了線速度v，角速度ω，周期T三個物理量. 3．根據(jù)環(huán)繞天體的運動狀況，求解向心加速度有三種求法.即： 4．應(yīng)用天體運動的動力學(xué)方程——萬有引力充當(dāng)向心力，結(jié)合圓周運動向心加速度的三種表述方式可得三種形式的方程，即 從上述動力學(xué)方程的三種表述中，可得到相應(yīng)的天體質(zhì)量的三種表達(dá)形式： （1）M=v2r/G （2）M=ω2r3/G （3）M=4π2r3/GT2 上述三種表達(dá)式分別對應(yīng)在已知環(huán)繞天體的線速度v，角速度ω，周期T時求解中心天體質(zhì)量的方法。以上各式中M表示中心天體質(zhì)量，m表示環(huán)繞天體質(zhì)量，r表示兩天體間距離，G表示引力常量. 5．從以上各式的推導(dǎo)過程可知，利用此法只能求出中心天體的質(zhì)量，而不能求環(huán)繞天體的質(zhì)量，因為環(huán)繞天體的質(zhì)量同時出現(xiàn)在方程的兩邊，已被約掉。 師生互動：聽取學(xué)生代表發(fā)言，一起點評。 從上面的學(xué)習(xí)可知，在應(yīng)用萬有引力定律求解天體質(zhì)量時，只能求解中心天體的質(zhì)量，而不能求解環(huán)繞天體的質(zhì)量。而在求解中心天體質(zhì)量的三種表達(dá)式中，最常用的是已知周期求質(zhì)量的方程。因為環(huán)繞天體運動的周期比較容易測量。 教師活動： 投影例題：把地球繞太陽公轉(zhuǎn)看做是勻速圓周運動，平均半徑為1.51011 m，已知引力常量為：G=6.6710-11 Nm2/kg2，則可估算出太陽的質(zhì)量大約是多少千克?（結(jié)果取一位有效數(shù)字） 學(xué)生活動：在練習(xí)本上分析計算，寫出規(guī)范解答 教師活動：求解過程，點評。 （三）發(fā)現(xiàn)未知天體 教師活動：請同學(xué)們閱讀課文“發(fā)現(xiàn)未知天體”部分的內(nèi)容，考慮以下問題 1、應(yīng)用萬有引力定律除可估算天體質(zhì)量外，還可以在天文學(xué)上有何應(yīng)用？ 2、應(yīng)用萬有引力定律發(fā)現(xiàn)了哪些行星？ 學(xué)生活動：閱讀課文，從課文中找出相應(yīng)的答案： 教師活動：引導(dǎo)學(xué)生深入探究 人們是怎樣應(yīng)用萬有引力定律來發(fā)現(xiàn)未知天體的?發(fā)表你的看法。 學(xué)生活動：討論并發(fā)表見解。 人們在長期的觀察中發(fā)現(xiàn)天王星的實際運動軌道與應(yīng)用萬有引力定律計算出的軌道總存在一定的偏差，所以懷疑在天王星周圍還可能存在有行星，然后應(yīng)用萬有引力定律，結(jié)合對天王星的觀測資料，便計算出了另一顆行星的軌道，進(jìn)而在計算的位置觀察新的行星。 教師點評：萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)，為天文學(xué)的發(fā)展起到了積極的作用，用它可以來計算天體的質(zhì)量，同時還可以來發(fā)現(xiàn)未知天體. 三、鞏固提高 當(dāng)堂檢測： 1．通過天文觀測到某行星的一個衛(wèi)星運動的周期為T，軌道半徑為r，若把衛(wèi)星的運動近似看成勻速圓周運動，試求出該行星的質(zhì)量． 2．一顆小行星繞太陽做勻速圓周運動的半徑是地球公轉(zhuǎn)半徑的4倍，則這顆小行星運轉(zhuǎn)的周期是（ ） A．4年 B．6年 C．8年 D． 8/9年 3、設(shè)地球表面重力加速度為g0，物體在距離地心4R(R是地球的半徑)處，由于地球的作用而產(chǎn)生的加速度為g，則g/g0為(　 ) A．1 B．1/9 C．1/4 D．1/16 4．把太陽系各行星的軌跡近似的看作勻速圓周運動，則離太陽越遠(yuǎn)的行星，下列說法錯誤的是（ ） A．周期越小 B．線速度越小 C．角速度越小 D．加速度越小 知識拓展：（課后完成） 1．地球公轉(zhuǎn)的軌道半徑是R1，周期是T1，月球繞地球運轉(zhuǎn)的軌道半徑是R2，周期是T2，則太陽質(zhì)量與地球質(zhì)量之比是 ( ) A． B． C． D． 2．假設(shè)火星和地球都是球體，火星質(zhì)量M火和地球質(zhì)量M地之比為M火/M地＝p，火星半徑R火和地球半徑R地之比為R火/R地＝q，那么火星表面處的重力加速度g火和地球表面處的重力加速度g地之比g火/g地等于(　) 　　A．p/q2 B．pq2　　 C．p/q D．pq 3．登月密封艙在離月球表面 h 處的空中沿圓形軌道運行，周期是 T ，已知月球的半徑是 R ，引力常量為 G ，試計算月球的質(zhì)量。 4．已知月球的質(zhì)量是7.31022kg，半徑是1.7103 km，月球表面的自由落體加速度有多大？這對宇航員在月球表面的行動會產(chǎn)生什么影響？ 地面附近 （1）M=v2r/G （2）M=ω2r3/G （3）M=4π2r3/GT2 （一）“科學(xué)真實迷人” （二）計算天體的質(zhì)量 （三）發(fā)現(xiàn)未知天體 四、板書設(shè)計 萬有引力定律的內(nèi)容及公式是什么？ 公式中的G又是什么？ G的測定有何重要意義？ 五、教學(xué)反思