高中物理 专题6.4 万有引力理论的成就教学设计 新人教版必修2.doc

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万有引力理论的成就 教材分析 在前面三节，通过追寻科学的足迹，从行星的运动规律的认识到最终推导出了万有引力的表达式，可以说是在用探寻的眼光去学习，去追寻先人的伟大成就，而这节课，就是让学生在前人的指引下进行推导应用的创新课。可以说这一节课既是知识的传授又是能力、情感的培养课，它不仅能够激励学生 设计思想 根据高一年级学生的心理特征及认知规律，采用直观教学和活动探究的教学方法， “教师为主导，学生为主体”，引导学生一起得到计算天体质量的两种方法，在引申到对其他相关问题的分析和探讨，加强对这一知识的掌握和理解。 万有引力定律经受了实践的检验，取得了很大的成功，显示了万有引力理论的巨大威力。通过本节的学习，要使学生深刻体会科学定律对人类探索未知世界的作用。 （1）实验室称量地球的质量。 开篇的问题就很吸引人：地球的质量怎样称量？不可能用天平，但是，通过万有引力定律可以“称量”！那么，万有引力定律是怎样称量地球质量的？ 教材从地面上物体的重力等于地球对物体的引力，即，得到地球的质量，其中g、R在卡文迪许之前已经知道，而卡文迪许测出G，就意味着我们也“测出了地球的质量”。通过万有引力定律称量地球的质量，这不能不说是个奇迹，其中的思想基础与牛顿的月地检验是一致的，即相信天上人间服从共同的规律。文中引用了外行人、著名文学家马克?吐温的话：“科学真是迷人。根据零星的事实，增添一点猜想，竟能获得那么多收获！”他一语道出了科学发现的精髓。 值得注意的是，这里所指的“质量”，是引力质量。有关引力质量与惯性质量的关系问题，见“参考资料”。 （2）计算天体的质量 有了G的数值，我们可以用同样的方法去“称量太阳的质量”，基本思路是：行星绕太阳做匀速圆周运动的向心力由它们之间的万有引力提供，我们可以利用或测量的数据是某个行星的轨道半径r（如地球）和周期T，根据，得到。许多天体的质量就是这样求得的，目前由观测人造卫星的运动测量地球的质量是一种重要的方法。 教学中还可引导学生计算中心天体的密度，也可分析地球表面附近重力加速度与高度的关系等。 （3）发现未知天体：预见并发现未知行星，是万有引力理论威力的最生动例证。1871年赫歇耳（F．W．Herschel）偶然发现天王星，并且经过测量算出其轨道半径和周期，证明它是太阳系成员之一。理学家冯?劳厄的话所说的：“没有任何东西像牛顿引力理论对行星轨道计算那样，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……” 教学目标 【知识与能力】 1．了解地球表面物体的万有引力两个分力的大小关系，计算地球质量； 2．行星绕恒星运动、卫星的运动的共同点：万有引力作为行星、卫星圆周运动的向心力，会用万有引力定律计算天体的质量； 3．了解万有引力定律在天文学上有重要应用。 【过程与方法】 1．培养学生根据数据分析找到事物的主要因素和次要因素的一般过程和方法； 2．培养学生根据事件的之间相似性采取类比方法分析新问题的能力与方法； 3．培养学生归纳总结建立模型的能力与方法。 【情感态度价值观】 1．培养学生认真严禁的科学态度和大胆探究的心理品质； 2．体会物理学规律的简洁性和普适性，领略物理学的优美。 教学重难点 【教学重点】 1．地球质量的计算、太阳等中心天体质量的计算。 物理学基本规律的简洁性和普适性，使人充分领略了它的优美，激励着一代又一代科学家以无限热情献身于对科学规律的探索。 英国剑桥大学的学生亚当斯和法国年轻的天文爱好者勒维耶相信未知行星的存在。他们根据天王星的观测资料，各自独立地利用万有引力定律计算出这颗“新”行星的轨道。1846年9月23日晚，德国的伽勒在勒维耶预言的位置附近发现了这颗行星，人们称其为“笔尖下发现的行星”。后来，这颗行星命名为海王星。 用类似的方法，人们又发现了太阳系外的其它天体。1705年英国天文学家哈雷根据万有引力定律计算了一颗著名彗星的轨道并正确预言了它的回归。 海王星的发现和哈雷彗星的“按时回归”最终确立了万有引力定律的地位，也成为科学史上的美谈。诺贝尔物理学奖获得者，物理学家冯劳厄说：“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……” 海王星的轨道之外残存着太阳系形成初期遗留的物质，近100年来，人们在这里发现了冥王星、卡戎等几个较大的天体。但是，距离遥远，太阳的光芒到达那里已经太微弱了，从地球上很难看出究竟。尽管如此，黑暗寒冷的太阳系边缘依然牵动着人们的心，搜寻工作从来没有停止过。 ［小结］ 这节课我们主要掌握的知识点是万有引力定律在天文学中的应用，解题时通常根据万有引力提供向心力、地面（或某星球表面）物体的重力等于万有引力来建立关系式。通过本节的学习，我们一方面应用了万有引力，另一方面了解了万有引力定律在天文学中具有的重要意义。 天体运动问题有行星或卫星绕着中心天体作匀速圆周运动，分为行星绕恒星与卫星绕行星两种类型。基本思路是根据行星（或卫星）运动的情况，求出行星（或卫星）的向心加速度，而向心力是由万有引力提供的，这样，列出方程即可求得中心天体（太阳或行星）的质量。由此可知，计算中心天体质量的思路只有一条：万有引力提供向心力，结合向心力公式计算。 ［布置作业］ 教材第40页“问题与练习” 板书设计： 4．万有引力理论的成就 一、 “科学真是迷人” 二、计算天体的质量 1．中心天体质量计算的公式 r M m F v 设M是太阳的质量，m是某个行星的质量，r是行星与太阳之间的距离，ω是行星公转的角速度。 根据万有引力提供行星绕太阳运动的向心力，有： F＝ 2．天体平均密度的计算 r＝R m F v 设中心天体的半径为R，平均密度为ρ，中心天体表面的重力加速度为g。行星或卫星的质量为m，轨道半径为r，线速度为v，角速度为ω，T为行星或卫星的周期。当行星或卫星环绕中心天体表面运行时，轨道半径r近似认为与中心天体的半径R相等。根据万有引力提供向心力有 由上式可得中心天体平均密度的计算公式为 F F1 mg 是一个普适常量。 3．星球表面附近的重力加速度 （1）重力及重力加速度与纬度的关系 ①在两极位置： r＝R＋h m h ②在赤道位置： （2）重力加速度与高度的关系 当h＝0，物体在星球表面时，。 三、发现未知天体 教学反思