高中物理7.4　万有引力理论的成就　教案3人教版必修2

1 课题 万有引力理论的成就课题 万有引力理论的成就 授课时间 授课时间 2007 年 12 月 12 日上午第三节 授课地点授课地点 胶州一中 高一 2 班 执教教师 执教教师 王妍 本节课要重点研究的问题 本节课要重点研究的问题 如何根据已有条件求中心天体的质量 教学目标教学目标 1 知识与技能 了解万有引力在天文学上的重要应用 会用万有引力定律计算天体的质量 2 过程与方法 通过了解 称量地球质量 计算太阳质量 的基本方法 体会万有引力定律经受实践的 检验 取得的巨大成功 3 情感 态度与价值观 通过学习 使学生 深刻体会科学规律对人类探索未知世界的作用 激发学生对科学探究的 兴趣 培养热爱科学的情感 教学重点 地球质量和太阳质量的测量方法教学重点 地球质量和太阳质量的测量方法 教学难点 如何教学难点 如何根据已知条件测天体的质量根据已知条件测天体的质量 教学重点和难点教学重点和难点 根据已有条件求中心天体的质量 教学方法教学方法 讲练结合 启发式教学 教学器材教学器材 多媒体 教材分析 教材分析 这节课通过对一些天体运动的实例分析 使学生了解 通常物体之间的万有引力很小 常常觉察不出来 但在天体运动中 由于天体的质量很大 万有引力将起决定性作用 对 天文学的发展起了很大的推动作用 其中一个重要的应用就是计算天体的质量 在讲课时 应用万有引力定律有两条思路两条思路要交待清楚 1 在地面附近把万有引力看成物体的重力 即 F引 mg 主要用于计算涉及重力加速度 的问题 2 把天体 或卫星 的运动看成是匀速圆周运动 即 F引 F向 用于计算天体 中心 体 的质量 这节内容是这一章的重点 这是万有引力定律在实际中的具体应用 主要知识点就是 如何求中心体质量及其他应用 还是可发现未知天体的方法 教学设计 教学设计 复习引入 复习引入 1 1 万有引力定律的内容 自然界中任何两个物体都相互吸引 引力的大小与物体的质量和 万有引力定律的内容 自然界中任何两个物体都相互吸引 引力的大小与物体的质量和 的乘积成正比 与它们之间的距离的二次方成反比 的乘积成正比 与它们之间的距离的二次方成反比 公式表示 公式表示 其中其中 提出问题引导学生思考 在天文学上 天体的质量无法直接测量 能否利用万有引力 定律和前面学过的知识找到计算天体质量的方法呢 2 一 地球质量的测定一 地球质量的测定 科学真是迷人 分析 在地球表面处忽略地球的自转 F引 mg 所以 在地球表面处 得 卡文迪许卡文迪许把自己的实验说成是 称量地球的质量 由实验室里测出几个铅球间的相互作用力 就可以称量地球 这不能说是一个科学奇 迹 难怪一位外行人 著名的文学家马克 吐温满怀激情的说 科学真是迷人 根据零 星的的事实 增加一点猜想 竟能赢得那么多收获 拓展点 1 如何求地球密度 学生推导出公式 教师启发 1 该方法能否用于其它行星表面 2 黄金代换 GM gR2 例 有一星球的密度是地球密度的例 有一星球的密度是地球密度的 2 2 倍 但它表面的重力加速度是地球表面的重力加倍 但它表面的重力加速度是地球表面的重力加 速度的速度的 8 8 倍 则该星球的质量是地球质量的几倍 倍 则该星球的质量是地球质量的几倍 学生解答 讲解做题思路 教师总结点评比值法的使用 拓展点 2 地球表面的重力加速度由 得 在距地面高 H 处的重力加速度为 由此可解决关于重力加速度与离地面高度的关系 例 离地面高度 h 处的重力加速度是地球表面重力加速度的 则高度是地球半径的 2 1 A 2 倍 B 倍 C 倍 D 1 倍 2 1 22 练 一个半径比地球大 2 倍 质量是地球的 36 倍的行星 它表面的重力加速度是地球表 面的重力加速度的 A 6 倍 B 18 倍 C 4 倍 D 13 5 倍 教师总结 比值法的使用 强调审题仔细 注意卫星离地高度和距地心距离 注重运 算结果的准确性 学生思考 是否还有其他的方法测地球的质量 二 计算天体的质量二 计算天体的质量 基本思路基本思路 3 在研究天体的运动问题中 我们近似地把一个天体绕另一个天体的运动看作匀速圆周 运动 万有引力提供天体作圆周运动的向心力 例如 已知某一行星到太阳的距离为 r 公转周期为 T 则太阳质量为多少 分析 设太阳质量为 M 行星质量为 m 由万有引力提供行星公转的向心力得 得 教师结论 对任何恒星及其行星 只需测得绕其旋转的天体的公转周期和星球的轨道 半径 就能测得中心天体的质量 拓展点 1 开普勒第三定律中的比例常数 k 与哪些因素有关 学生推导 k 值 教师点评投影 开普勒常量与行星无关 由太阳质量决定 拓展点 2 学生推导星球的密度 的表达式 拓展 例 如果某行星有一颗卫星 此卫星沿非常靠近此行星的表面做匀速圆周运动的周 期为 T 则可估算此行星的平均密度为多少 万有引力恒量为 G 学生自己推出正确的结果 小结地球质量的测定的两种方法 针对练习 投影 已知下列哪组数据 能够估算出地球质量 M地 A 地球绕太阳运行的周期 T地及地 日中心间的距离 r日地 B 月球绕地球运行的周期 T月及地月中心间的距离 r月地 C 人造地球卫星在地面附近绕行时的速度 v 和运行周期 Tw 卫 D 若不考虑地球的自转 已知地球的半径 R 及地球表面的重力加速度 g 典型题练典型题练 例 在某一星球上 将一物体水平抛出 经 ts 后落地 已知初速为 V0 落地速度是 v 该星球半径为 R 万有引力常数 G 求星球质量及其密度 学生爬黑板 教师点评并指出 该题是平抛运动与万有引力相结合的题目 三 发现未知天体三 发现未知天体 用万有引力定律计算天体的质量是天文学上的重要应用之一 一个科学的理论 不但 要能说明已知事实 而且要能预言当时不知道的事实 请同学们阅读课本并思考 科学家 是如何根据万有引力定律发现海王星的 4 在 18 世纪发现的第七个行星 天王星的运动轨道 总是同根据万有引力定律计算 出来的有一定偏离 当时有人预测 肯定在其轨道外还有一颗未发现的新星 亚当斯和勒 维列各自独立的计算出这颗新星的轨道 后来 德国的伽勒在勒维列预言的位置的附近找 到了这颗新星 后来 科学家们利用这一原理还发现了许多行星的卫星 由此可见 万有 引力定律在天文学上的应用 有极为重要的意义 海王星和冥王星的发现 显示了万有引力定律对研究天体运动的重要意义 同时证明 了万有引力定律的正确性 本节小结 本节小结 两条基本思路 1 由万有引力等于向心力测中心天体的质量 2 由重力等于万有引力引处出的一系列计算 布置作业布置作业 课本第 2 题 第 4 题 导学大课堂本节习题 教学反思 教学反思 这节课的基本设计思想主要围绕着以下几点展开 1 由万有引力等于向心力测中 心天体的质量 2 由重力等于万有引力引处出的一系列计算 3 以发现未知天体的故 事为素材背景 激发学生探索科学的兴趣和爱好 4 体现以学生为主体的教学理念