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文档简介
万有引力理论的成就1教学背景说明本节是一节规律应用课。 课标的要求是认识发现万有引力定律的重要意义,体会科学定律对人类探索未知世界的作用。在教材中,这一节是继开普勒定律和万有引力定律之后学习的内容,本节课是万有引力定律的应用。学生已经具备了圆周运动、万有引力定律的知识,而且他们天生具有对宇宙的好奇心。.设计思想本节课从以下几个方面设计:从学生熟悉的事物引入,以测量不同物体的质量为线索,引起兴趣,引发疑问创设情景,引导学生独立思考,运用已有知识解决新问题,在解决问题的过程中体会万有引力定律的作用,获得成功的感受。渗透学史,感受科学发展的历程3指导思想与理论依据()高中物理课程标准 发展学生探索自然、理解自然的兴趣与热情;认识物理学对科技进步以及文化、经济和 社会发展的影响;为终身发展,形成科学世界观和科学价值观打下基础。 ()高中物理课堂教学的基本特征 以创设问题情景为切入点、以观察实验(事实)为基础、 以培养学生思维能力为核心 以提升学生探究能力为重点4教学目标及重点难点说明教学目标从三个维度设计,重视知识与技能、关注过程与方法,渗透情感、态度与价值观()知识和技能了解万有引力定律在天文学中的应用,会用万有引力定律计算天体质量。()过程与方法 通过对地球、太阳质量测量的讨论,了解测量天体质量的两种方法。()情感态度与价值观 通过计算天体质量、了解发现未知天体的历程,激发学生探索自然的兴趣。5教学过程说明环节一引入如何测量一个苹果的质量呢?学生在初中的学习基础上,不难想到用天平称量如何测量一个人的质量?基于生活经验,学生也不难想到,可以用体重计称量;如何测量一头大象的质量?学生都了解这样一个历史故事曹冲称象,用替代的方法进行称量。如何测量地球的质量呢?学生会感到有困难!环节二地球质量的测量还记得阿基米德说过的话吗?给我一个支点,我能撬动地球!我们能用这个方法称量地球的质量吗?在现实中,这显然是不可行的!不过卡文迪许正是结合杠杆原理,利用扭秤测量出了万有引力常量,因为他被称为“称量地球质量的第一人”。为什么卡文迪许测量出了万有引力常量,就称出了地球质量呢?我们引导学生这样研究:取地球表面任一物体m,它与地球之间的万有引力可以这样计算:,学生在教师的引导下,不难发现,当万有引力常量、地球半径、物体的质量都已知的情况下,只要再测出它与地球间的引力,就可以利用这个式子得到地球的质量。那我们如何测量这个物体受到的地球的万有引力呢?学生可能会想到,用弹簧秤称得的物体的重力就是万有引力。其实这二者还是有区别的,万有引力、向心力、重力这三者的关系是这样的(如右图)。不同的位置,物体需要的向心力不同,但即使在最大的位置,即物体在赤道处受到的向心力也仅仅是地球引力的千分之几!因此我们在研究问题时,常常忽略地球自转的影响,认为物体受到的重力与万有引力相等。因此测出万有引力常量,我们利用这个表达式,可以得到地球质量。在这里,教师引导学生体会,卡文迪许在实验室里,通过两个小球的研究,就得到了庞大的地球的质量,多么神奇!难怪美国作者马克吐温这样感慨:科学真是迷人!我们已经有了一种“称量”地球质量方法,那么,仍然利用万有引力定律,还有没有其他的方法测量地球的质量呢?通过前面的学习,学生不难想到利用月球绕地球的匀速圆周运动模型,结合牛顿运动定律求得地球质量。教师引导学生先独立思考,再进行交流。学生们会发现:尽管表达的形式不一样的,但本质相同,都是利用万有引力充当向心力,最后,我们得到用轨道半径r 和周期t表达的地球质量:。(展示图片)从一开始我们感到困难,到现在,我们有了两种方法称量地球质量,这是一件多么令人兴奋的事,学生也会极有成就感,这时,再适时提出:我们再测测太阳的质量吧!环节三天体质量的测量有了前面的经验,学生很自然的想到利用行星绕日运动来测量太阳的质量。引导学生,再大胆一点,将这个方法推广到其他中心天体质量的计算中!环节四发现未知天体十八世纪,人们已经了解到太阳系有七颗行星,但是在观测中发现,天王星的轨道有点古怪,观测到的轨道与用万有引力定律计算得到的轨道不吻合。是万有引力定律错了?还是它周围有未知天体存在?这是当时的两大猜测。亚当斯和勒维耶坚信万有引力是正确的。因此根据观察数据进行计算,预言了未知天体的轨道,德国天文学家伽勒在预言的位置附近,发现了这颗天体。这就是我们熟悉的海王星。因此海王星是“笔尖下”发现的行星。整个发现过程体现了发现问题、大胆猜想、理论推导,实践检验。海王星的发现,再一次确定了万有引力定律的地位,也成为科学史上的美谈。因此冯劳厄“没有任何东西像牛顿引力理论对行星轨道的计算那样,如此有力地树立起人们对年轻的物理学的尊敬。从此以后,这门自然科学成了巨大的精神王国”我们运用万有引力定律测量了地球的质量,也发现未知天体,开拓新的活动领域,人类的足迹已经踏上了月球。我国的航天事业也在飞速
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