高中物理 專題6.4 萬有引力理論的成就教學設計 新人教版必修2.doc

萬有引力理論的成就教材分析在前面三節(jié)，通過追尋科學的足跡，從行星的運動規(guī)律的認識到最終推導出了萬有引力的表達式，可以說是在用探尋的眼光去學習，去追尋先人的偉大成就，而這節(jié)課，就是讓學生在前人的指引下進行推導應用的創(chuàng)新課?？梢哉f這一節(jié)課既是知識的傳授又是能力、情感的培養(yǎng)課，它不僅能夠激勵學生 設計思想根據(jù)高一年級學生的心理特征及認知規(guī)律，采用直觀教學和活動探究的教學方法， “教師為主導，學生為主體”，引導學生一起得到計算天體質(zhì)量的兩種方法，在引申到對其他相關(guān)問題的分析和探討，加強對這一知識的掌握和理解。萬有引力定律經(jīng)受了實踐的檢驗，取得了很大的成功，顯示了萬有引力理論的巨大威力。通過本節(jié)的學習，要使學生深刻體會科學定律對人類探索未知世界的作用。（1）實驗室稱量地球的質(zhì)量。開篇的問題就很吸引人：地球的質(zhì)量怎樣稱量？不可能用天平，但是，通過萬有引力定律可以“稱量”！那么，萬有引力定律是怎樣稱量地球質(zhì)量的？教材從地面上物體的重力等于地球?qū)ξ矬w的引力，即，得到地球的質(zhì)量，其中g(shù)、R在卡文迪許之前已經(jīng)知道，而卡文迪許測出G，就意味著我們也“測出了地球的質(zhì)量”。通過萬有引力定律稱量地球的質(zhì)量，這不能不說是個奇跡，其中的思想基礎與牛頓的月地檢驗是一致的，即相信天上人間服從共同的規(guī)律。文中引用了外行人、著名文學家馬克?吐溫的話：“科學真是迷人。根據(jù)零星的事實，增添一點猜想，竟能獲得那么多收獲！”他一語道出了科學發(fā)現(xiàn)的精髓。值得注意的是，這里所指的“質(zhì)量”，是引力質(zhì)量。有關(guān)引力質(zhì)量與慣性質(zhì)量的關(guān)系問題，見“參考資料”。（2）計算天體的質(zhì)量有了G的數(shù)值，我們可以用同樣的方法去“稱量太陽的質(zhì)量”，基本思路是：行星繞太陽做勻速圓周運動的向心力由它們之間的萬有引力提供，我們可以利用或測量的數(shù)據(jù)是某個行星的軌道半徑r（如地球）和周期T，根據(jù)，得到。許多天體的質(zhì)量就是這樣求得的，目前由觀測人造衛(wèi)星的運動測量地球的質(zhì)量是一種重要的方法。教學中還可引導學生計算中心天體的密度，也可分析地球表面附近重力加速度與高度的關(guān)系等。（3）發(fā)現(xiàn)未知天體：預見并發(fā)現(xiàn)未知行星，是萬有引力理論威力的最生動例證。1871年赫歇耳（FWHerschel）偶然發(fā)現(xiàn)天王星，并且經(jīng)過測量算出其軌道半徑和周期，證明它是太陽系成員之一。理學家馮?勞厄的話所說的：“沒有任何東西像牛頓引力理論對行星軌道計算那樣，如此有力地樹立起人們對年輕的物理學的尊敬。從此以后，這門自然科學成了巨大的精神王國”教學目標【知識與能力】1了解地球表面物體的萬有引力兩個分力的大小關(guān)系，計算地球質(zhì)量；2行星繞恒星運動、衛(wèi)星的運動的共同點：萬有引力作為行星、衛(wèi)星圓周運動的向心力，會用萬有引力定律計算天體的質(zhì)量；3了解萬有引力定律在天文學上有重要應用?！具^程與方法】1培養(yǎng)學生根據(jù)數(shù)據(jù)分析找到事物的主要因素和次要因素的一般過程和方法；2培養(yǎng)學生根據(jù)事件的之間相似性采取類比方法分析新問題的能力與方法；3培養(yǎng)學生歸納總結(jié)建立模型的能力與方法?！厩楦袘B(tài)度價值觀】1培養(yǎng)學生認真嚴禁的科學態(tài)度和大膽探究的心理品質(zhì)；2體會物理學規(guī)律的簡潔性和普適性，領略物理學的優(yōu)美。教學重難點【教學重點】1地球質(zhì)量的計算、太陽等中心天體質(zhì)量的計算。 物理學基本規(guī)律的簡潔性和普適性，使人充分領略了它的優(yōu)美，激勵著一代又一代科學家以無限熱情獻身于對科學規(guī)律的探索。英國劍橋大學的學生亞當斯和法國年輕的天文愛好者勒維耶相信未知行星的存在。他們根據(jù)天王星的觀測資料，各自獨立地利用萬有引力定律計算出這顆“新”行星的軌道。1846年9月23日晚，德國的伽勒在勒維耶預言的位置附近發(fā)現(xiàn)了這顆行星，人們稱其為“筆尖下發(fā)現(xiàn)的行星”。后來，這顆行星命名為海王星。用類似的方法，人們又發(fā)現(xiàn)了太陽系外的其它天體。1705年英國天文學家哈雷根據(jù)萬有引力定律計算了一顆著名彗星的軌道并正確預言了它的回歸。海王星的發(fā)現(xiàn)和哈雷彗星的“按時回歸”最終確立了萬有引力定律的地位，也成為科學史上的美談。諾貝爾物理學獎獲得者，物理學家馮勞厄說：“沒有任何東西像牛頓引力理論對行星軌道的計算那樣，如此有力地樹立起人們對年輕的物理學的尊敬。從此以后，這門自然科學成了巨大的精神王國”海王星的軌道之外殘存著太陽系形成初期遺留的物質(zhì)，近100年來，人們在這里發(fā)現(xiàn)了冥王星、卡戎等幾個較大的天體。但是，距離遙遠，太陽的光芒到達那里已經(jīng)太微弱了，從地球上很難看出究竟。盡管如此，黑暗寒冷的太陽系邊緣依然牽動著人們的心，搜尋工作從來沒有停止過。小結(jié)這節(jié)課我們主要掌握的知識點是萬有引力定律在天文學中的應用，解題時通常根據(jù)萬有引力提供向心力、地面（或某星球表面）物體的重力等于萬有引力來建立關(guān)系式。通過本節(jié)的學習，我們一方面應用了萬有引力，另一方面了解了萬有引力定律在天文學中具有的重要意義。天體運動問題有行星或衛(wèi)星繞著中心天體作勻速圓周運動，分為行星繞恒星與衛(wèi)星繞行星兩種類型?；舅悸肥歉鶕?jù)行星（或衛(wèi)星）運動的情況，求出行星（或衛(wèi)星）的向心加速度，而向心力是由萬有引力提供的，這樣，列出方程即可求得中心天體（太陽或行星）的質(zhì)量。由此可知，計算中心天體質(zhì)量的思路只有一條：萬有引力提供向心力，結(jié)合向心力公式計算。布置作業(yè)教材第40頁“問題與練習”板書設計：4萬有引力理論的成就一、 “科學真是迷人”二、計算天體的質(zhì)量1中心天體質(zhì)量計算的公式rMmFv設M是太陽的質(zhì)量，m是某個行星的質(zhì)量，r是行星與太陽之間的距離，是行星公轉(zhuǎn)的角速度。根據(jù)萬有引力提供行星繞太陽運動的向心力，有： F2天體平均密度的計算rRmFv設中心天體的半徑為R，平均密度為，中心天體表面的重力加速度為g。行星或衛(wèi)星的質(zhì)量為m，軌道半徑為r，線速度為v，角速度為，T為行星或衛(wèi)星的周期。當行星或衛(wèi)星環(huán)繞中心天體表面運行時，軌道半徑r近似認為與中心天體的半徑R相等。根據(jù)萬有引力提供向心力有由上式可得中心天體平均密度的計算公式為FF1mg是一個普適常量。3星球表面附近的重力加速度（1）重力及重力加速度與緯度的關(guān)系在兩極位置： rRhmh在赤道位置： （2）重力加速度與高度的關(guān)系當h0，物體在星球表面時，。三、發(fā)現(xiàn)未知天體教學反思