2.万有引力定律

课题名称：万有引力理论的成就 模块：必修2 第六章第四节教材分析本节课在教材编排上，呈现的是由点到面逐步展开的倒金字塔的形式，这符合学生的认知习惯。本节是属于应用性和检验性的教学内容，从前后联系来看，是对万有引力定律的进一步认识，也是对第五章曲线运动所涉及的基本概念和规律在理解和应用上的进一步加深。本节教材在开始和结尾阶段分别引用了马克吐温和冯劳厄对物理研究的精彩论述的话，意在使学生感受用物理理论探索未知世界的科学魅力，培养热爱科学的情感。学情分析学生通过曲线运动的学习，知道了曲线运动中力与运动的关系；通过万有引力定律的学习也知道了行星围绕中心天体运转的动力学原因，但对万有引力定律的作用和科学价值缺少了解，因而，通过本节的学习，重点要使学生深刻体会科学定律对人类探索未知世界的作用，激起学生对科学探究的兴趣。教学思路根据本节知识的特点和学情、学生认知的规律，教学活动共分四个层次：由哈雷彗星的发现为主要典例引入课题，说明万有引力理论的巨大成就，也是对万有引力定律的检验，是对万有引力定律应用的定性认识。活动一，探究测量地球质量的方法，体会万有引力定律的应用价值。活动二，结合学习材料估测太阳的密度，体会万有引力理论对认识天体的作用。活动三，探究测量月球质量的方案，提高对万有引力定律应用的认识。教学目标1通过海王星等的发现，哈雷慧星的准时回归,嫦娥探月，哈勃望远镜的应用等，认识万有引力定律的科学成就，了解万有引力定律在探索自然中的重要作用。2通过“称量地球的质量”、“计算太阳的质量”的活动，理解测量天体质量或密度的思路，学会用万有引力定律计算天体质量。3掌握运用万有引力定律处理天体问题的方法，体会科学的迷人之处，养成热爱科学相信科学的习惯。教学重点和难点重点：利用万有引力定律和圆周运动的规律来计算地球、太阳的质量,由此迁移发散到各种天体质量的计算方法上。难点：在进行知识点迁移时，学生对准确抓住模型中的各个星体所担任的角色较为困难。突破方法：在进行已有知识的迁移时应重点重复围绕和被绕的关系，让学生理清星体角色，并应用错误分析的方法，加强对认识的刺激。教学资源PPT课件、教学视频、教学扩充阅读资料等教学流程1引入： “哈雷彗星”的按时回归，说明万有引力理论的巨大成就2扩展课本资料，阅读资料初步完成求解天体质量思路的梳理3求解太阳的密度并据此推测太阳的构成4设计求解月球表面重力加速度的方案5学生和老师共同总结求解天体质量的思路教学过程教学环节教师活动学生活动设计意图引课提供阅读素材突破难 点复习引入：（上课前，先将两个模型图画在黑板上，不标字母，上课后进行字母标注，让学生说出两物体间的万有引力表达式。）该表达式正确吗？有什么实例证明它的正确，进而确立了万有引力定律的地位呢？展示哈雷彗星的按时回归史料，激发学生兴趣。发现未知的天体，如海王星的发现；哈雷彗星的“按时回归”等。设置情境，激发学生兴趣和思考探索之旅第一站地球1试根据以上材料中的数据，思考估算地球质量的方案。根据所设计的方案，在笔记本上完成定量运算。2试总结求解天体质量的思路是怎样的？ 学生思考并展示交流学生思考、回答通过提供的阅读材料，引导学生总结求解中心天体质量的两种思路，完成方法的初步感悟和梳理深化探 究探索之旅第二站太阳试根据以上材料中的数据，思考估算太阳质量的方案。根据所设计的方案，在笔记本上完成定量运算，并进一步求得太阳的密度。学生自己建立模型，分析所需数据，然后完成求解。培养学生模型迁移运用的能力，同时还要熟悉日常生活中的常用量。开放性探究问题探索之旅第三站月球已知月球半径为R，现要测量月球表面的重力加速度，你有怎样的设计方案，需要测量哪些量？学生设计方案，并说明需测量的物理量及意义学以致用，检测学生建模能力的掌握情况。拓展引出下节课的预习任 务请同学们思考，嫦娥四号要实现登月，要经历怎样的运动过程？请结合嫦娥探月轨道图，查阅相关资料对登月过程进行分析，并预习下一节：宇宙航行。学生讨论猜想航天器的发射过程引导学生关注万有引力定律在当今航天工程中的应用，激发兴趣，使其自觉关注我国的航天事业随堂练 习2见学案测量天体的质量发现未知天体板书设计万有引力学案知识与技能1.了解万有引力定律在天文学上的重要应用。2.会用万有引力定律计算天体质量。3.理解并运用万有引力定律处理天体问题的思路和方法。过程与方法通过万有引力定律并结合同学们前面已学的知识推导出计算中心天体质量的方法。情感态度与价值观体会万有引力定律在人类认识自然界奥秘中的巨大作用，让学生懂得理论来源于实践，反过来又可以指导实践的辩证唯物主义观点。教学重点、难点1.地面物体、月球和行星的运动都遵守牛顿运动定律。2.会用牛顿运动定律、万有引力定律和已知条件求中心天体的质量和密度，再由此迁移发散到各中天体质量的计算。目标导学、知识回顾(1)万有引力公式F= ，引力的方向 。(2)匀速圆周运动的向心力公式F= = = = 。、创设情境，激发兴趣阿基米德的名言-卡文迪许“称”地球质量III、新课教学自主学习、合作探究、探索新知、应用拓展、学以致用一、计算地球质量和平均密度问题1、应用牛顿运动定律和万有引力定律如何推导出地球的质量和平均密度的表达式？方法一： 方法二：检测1、利用下列哪组数据，可以计算出地球的质量（已知引力常量G）A已知地球绕太阳运行的周期T和地球中心离太阳中心的距离rB已知月球绕地球运动的周期T和月球中心离地球中心的距离rC人造地球卫星在地面附近绕行时的速度v和运行周期TD若不考虑地球的自转，已知地球的半径R及重力加速度g二、计算太阳的质量和平均密度问题2、应用牛顿运动定律和万有引力定律如何推导出太阳的质量和平均密度的表达式？检测2、如果某恒星有一颗卫星，此卫星沿非常靠近此恒星的表面做匀速圆周运动的周期为T，则此恒星的平均密度表达式为 。(万有引力恒量为G)三、计算月球表面的重力加速度检测3、一位同学为探月宇航员设计了如下实验:在距月球表面高h处以初速度vo水平抛出一个物体,然后测量该平抛物体的水平位移为x,通过查阅资料知道月球的半径为R,引力常量为G,若物体只受月球引力的作用,求:(1)月球表面的重力加速度(2)月球的质量(3)环绕月球表面运行的宇宙飞船的线速度四、归纳总结：应用万有引力定律解决天体运动问题的两条思路是：可求中心天体质量、密度1、不考虑地球（行星）自转的影响，行星地面及其附近物体的重力近似等于物体与地球（行星）间的_，即 mg，即 gR2。涉及行星近低表面重力加速度的计算。2、把天体(行星或卫星)的运动近似看成是_运动，向心力由它们之间的_提供，即F万F向，可以用来计算中心天体的质量，基本公式： = = = 。五、拓展应用-发现未知天体 问题3、如何利用万有引力定律发现发现未知天体的具体事例能力提升1、设地面附近的重力加速度g=9.8m/s2，地球半径R=6.4106m，引力常G=6.6710-11Nm2/kg2，试估算地球的质量和平均密度。（写出解题过程。）2、把月球绕地球公转看做是匀速圆周运动，轨道半径为r=3.8108m，周期为T=27.3T天；地球半径R=6.4106m，已知引力常量为：G=6.6710-11Nm2/kg2，试估算地球的质量和平均密度。（结果取一位有效数字，写出规范解答过程）3、把地球绕太阳公转看做是匀速圆周运动，轨道半径为r=1.51011m，已知引力常量为：G=6.6710-11Nm2/kg2，试估算太阳的质量。（结果取一位有效数字，写出规范解答过程）4、宇航员在地球表面以某一初速度竖直上抛一小球，经过时间t小球落回原处；若他在某一星球表面以相同的初速度竖直上抛同一小球，需经过5t小球落回原处。（取地球表面重力加速度g=10m/s2，空气阻力不计） （1）求该星球表面附近的重力加速度g1； （2）已知该星球的半径r与地球的半径R之比为1:4，求星球的质量M星与地球质量M地之比。来源:Zxxk.Com5宇航员站在某质量分布均匀的星球表面一斜坡上P点，沿水平方向以初速度抛出一个小球，测得小球经时间落到斜坡另一点Q上，斜坡的倾角，已知该星球的半径为，引力常量为，求该星球的密度(