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 設計人：葉大奎 學校：沙坪壩實驗中學 【本節(jié)教材分析】 1、 課標要求: 知道萬有引力定律。認識發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的重要意義，體會科學定律對人類探索未知世界的作用。 2、 學習對象分析 （1）學生的年齡特點和認知特點 高一的學生學習興趣濃厚，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）學習者在學習本課之前應具備的基本知識和技能 知道萬有引力定律及其應用條件，圓周運動相關知識。 （3）學習者在即將學習的內(nèi)容前已經(jīng)具備的水平。 學生已經(jīng)知道萬有引力定律，引導學生把萬有引力定律應用在天文學上。 3、 教學內(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)未知天體的應用。體會科學定律對人類探索未知世界的作用。 【三維目標】 知識與技能 （1）了解萬有引力定律在天文學上的重要作用。 （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上的應用體會科學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識宇宙奧秘中的巨大作用。 （2）讓學生親自參與掌握知識的情感，培養(yǎng)學生對科學的興趣。 【教法、學法】 1、教法 啟發(fā)、引導 2、學法 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。 【教學過程】 一、新課導入 教師活動：上節(jié)我們學習了萬有引力定律的有關知識，現(xiàn)在請同學們回憶一下，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、天文學的發(fā)展具有深遠的影響；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)課我們就共同來學習萬有引力定律在天文學上的應用。 二、新課教學 （一）“科學真實迷人” 教師活動：引導學生閱讀教材“科學真實迷人”部分的內(nèi)容，思考問題 1、推導出地球質(zhì)量的表達式，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。 學生活動：閱讀課文，推導出地球質(zhì)量的表達式，在練習本上進行定量計算。 教師活動：學生的推導、計算過程，一起點評。 點評：引導學生定量計算，增強學生的理性認識。對學生進行熱愛科學的教育。 （二）計算天體的質(zhì)量 教師活動：引導學生閱讀教材“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? 學生活動：學生閱讀課文第一部分，從課文中找出相應的答案. 教師活動：引導學生深入探究 請同學們結合課文知識以及前面所學勻速圓周運動的知識，加以討論、綜合，然后思考下列問題。學生代表發(fā)言。 1．天體實際做何運動?而我們通?？烧J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．應用天體運動的動力學方程——萬有引力充當向心力求出的天體質(zhì)量有幾種表達式?各是什么?各有什么特點? 5．應用此方法能否求出環(huán)繞天體的質(zhì)量? 學生活動：分組討論，得出答案。學生代表發(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．應用天體運動的動力學方程——萬有引力充當向心力，結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 從上述動力學方程的三種表述中，可得到相應的天體質(zhì)量的三種表達形式： （1）M=v2r/G （2）M=ω2r3/G （3）M=4π2r3/GT2 上述三種表達式分別對應在已知環(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：聽取學生代表發(fā)言，一起點評。 從上面的學習可知，在應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?（結果取一位有效數(shù)字） 學生活動：在練習本上分析計算，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、應用萬有引力定律除可估算天體質(zhì)量外，還可以在天文學上有何應用？ 2、應用萬有引力定律發(fā)現(xiàn)了哪些行星？ 學生活動：閱讀課文，從課文中找出相應的答案： 教師活動：引導學生深入探究 人們是怎樣應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，然后應用萬有引力定律，結合對天王星的觀測資料，便計算出了另一顆行星的軌道，進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、教學反思