《萬有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用》教學(xué)設(shè)計

1、?萬有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用?教學(xué)設(shè)計課題名稱 萬有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用 科目 物理 年級 高一級 教學(xué)時 間 1課時 教材分析 這節(jié)課通過對一些天體運(yùn)動的實(shí)例分析 ,使學(xué)生了解：通常物體之間的萬有引力很小 ,常常覺察不出來 ,但在天體運(yùn)動中 ,由于天體的質(zhì)量很大 ,萬有引力將起決定性作用 ,對天文學(xué)的開展起了很大的推動作用 ,其中一個重要的應(yīng)用就是計算天體的質(zhì)量。 在講課時 ,應(yīng)用萬有引力定律有兩條思路要交待清楚。 1地面附近物體與地球間的萬有引力約等于物體的重力 ,即F引mg可得出計算天體質(zhì)量的另一種方法。 2把環(huán)繞天體或衛(wèi)星的運(yùn)動看成是勻速圓周運(yùn)動 ,即F引F向 ,用于計算天體中心

2、體的質(zhì)量 ,討論衛(wèi)星半徑等問題。 本節(jié)內(nèi)容是這一章的重點(diǎn) ,是萬有引力定律在實(shí)際中的具體應(yīng)用利用萬有引力定律除了可求出中心天體的質(zhì)量外還可發(fā)現(xiàn)未知天體 學(xué)情分析 本節(jié)課的學(xué)習(xí)者特征分析主要是根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況做出的： 1學(xué)生是實(shí)驗(yàn)二中高一5班學(xué)生； 2學(xué)生已經(jīng)根本掌握萬有引力定律和圓周運(yùn)動的知識； 3學(xué)生的根底和學(xué)習(xí)習(xí)慣不太好。 4設(shè)計重趣味性與知識性的結(jié)合。 教學(xué)目標(biāo) 一、知識與技能 1了解行星繞恒星運(yùn)動及衛(wèi)星的運(yùn)動的共同點(diǎn)：萬有引力作為行星、衛(wèi)星圓周運(yùn)動的向心力； 2了解萬有引力定律在天文學(xué)上有重要應(yīng)用； 3會用萬有引力定律計算天體的質(zhì)量。 二、過程與方法 1由地面附近物體與地球間的萬有引

3、力約等于物體的重力 ,即F引mg來于計算天體中心體的質(zhì)量。 2通過把環(huán)繞天體或衛(wèi)星的運(yùn)動看成是勻速圓周運(yùn)動 ,然后根據(jù)F引F向 ,用于計算天體中心體的質(zhì)量。 3通過萬有引力定律在實(shí)際中的應(yīng)用 ,培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力 三、情感態(tài)度與價值觀 1利用設(shè)置豐富的問題情境 ,鼓勵學(xué)生從多角度思考、探索、交流 ,激發(fā)學(xué)生的好奇心和主動學(xué)習(xí)的欲望； 2利用萬有引力定律可以發(fā)現(xiàn)求知天體 ,學(xué)生懂得理論來源于實(shí)踐 ,反過來又可以指導(dǎo)實(shí)踐的辯證唯物主義觀點(diǎn)。 3通過介紹亞當(dāng)斯與勒威耶的歷史奇緣 ,激發(fā)學(xué)生對科學(xué)家探究真理的崇拜之情。 教學(xué)重點(diǎn) 1環(huán)繞天體的運(yùn)動：如月球繞地球的運(yùn)動；行星繞太陽的運(yùn)動的向心力是

4、由萬有引力提供的。 2會用條件求中心天體的質(zhì)量。 教學(xué)難點(diǎn) 根據(jù)已有條件求中心天體的質(zhì)量。 教學(xué)資源 1給同學(xué)們準(zhǔn)備一些相關(guān)資料； 2教師自制的多媒體課件； 3上課環(huán)境為多媒體大屏幕環(huán)境。 ?萬有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用?教學(xué)過程描述 教學(xué)活動 1 一師生互動 ,激趣導(dǎo)入 1教師展示：美國網(wǎng)站2019年8月14日報道 ,世界上第一個太空旅館“銀河套房酒店有望在2019年建成 ,屆時太空迷們翱翔宇宙的夢想將成為現(xiàn)實(shí)。當(dāng)然 ,太空旅館房價不菲 ,每位房客入住3天的費(fèi)用是400萬美元約合人民幣3000萬元。2019年從俄羅斯發(fā)射升空充氣式太空酒店 ,預(yù)計于2019年建造完畢并投入使用。入住費(fèi)用100

5、萬美元。 2引入課題：萬有引力定律的天文學(xué)上的應(yīng)用 教學(xué)活動 2 二問題啟發(fā) ,合作探究 1創(chuàng)設(shè)情景：可以與實(shí)際不符 如姚明在旅館巧遇卡文迪許 ,于是他們談?wù)撈饻y地球質(zhì)量的問題 ,于是引入了本節(jié)課的第一個問題 ,測天體的質(zhì)量。 2新知識的探究 方法一： 老師：請學(xué)生回憶當(dāng)初卡文迪許測出地球質(zhì)量的方法 , 學(xué)生：分組探究 活動過程： 對象的選?。?站在地面上的姚明 滿足的規(guī)律： 在可忽略中心天體自轉(zhuǎn)的影響時 ,根據(jù)萬有引力等于重力的關(guān)系來計算其質(zhì)量 教學(xué)活動 2 方程的建立： 得出的結(jié)論： 在所求天體M的半徑R和外表重力加速度的情況下可用上式 教學(xué)活動 3 三規(guī)律探究 ,另解方法 方法二： 老師

6、：引導(dǎo)學(xué)生討論在太空旅館里可用上述方法測地地球質(zhì)量嗎？ 旅館里的一些情況介紹 一天內(nèi)看15次日出 感受80多分鐘環(huán)游地球的快感 像蜘蛛俠一樣在臥室內(nèi)“飛檐走壁 學(xué)生：不能 ,太空中處于完全失重 老師：請學(xué)生思考在旅館里有沒有其它測量地球質(zhì)量的方法呢？ 活動過程： 對象的選取： 太空酒店里的姚明 滿足的規(guī)律： 萬有引力提供向心力 方程的建立： 得出的結(jié)論： 在所求天體M的行星或者衛(wèi)星m軌道半徑r和周期T的情況下可用上式 教學(xué)活動 4 四例題示范 ,穩(wěn)固提高 例如：假設(shè)把銀河套房酒店建在月球上 ,某同學(xué)在資料上查得月球到地球的球心距離為r =4108m,酒店工作人員記錄了他們繞地球運(yùn)行的周期為30

7、天 ,求：地球的質(zhì)量。 解：月球繞地球運(yùn)行的向心力即月地間的萬有引力 即有： 得： 教學(xué)活動 5 五規(guī)律拓展 ,密度測量 老師講授：幾種常用的求密度的方法 一、根據(jù)環(huán)繞天體繞中心天體外表轉(zhuǎn)動時 二、根據(jù)環(huán)繞天體繞中心天體在以某高度轉(zhuǎn)動時 三、中心天體的半徑和外表重力加速度時 教學(xué)活動 6 教學(xué)活動 7 六應(yīng)用之二 ,發(fā)現(xiàn)未知天體 溫馨提示： 只能求中心天體的質(zhì)量 ,不能環(huán)繞天體的質(zhì)量。 老師：環(huán)繞天體的軌道半徑可以計算嗎？ 根據(jù) ,而 ,兩式聯(lián)立得： 在18世紀(jì)發(fā)現(xiàn)的第七個行星天王星的運(yùn)動軌道 ,總是同根據(jù)萬有引力定律計算出來的有一定偏離。當(dāng)時有人預(yù)測 ,肯定在其軌道外還有一顆未發(fā)現(xiàn)的新星。后

8、來 ,亞當(dāng)斯和勒威耶在預(yù)言位置的附近找到了這顆新星。后來 ,科學(xué)家利用這一原理還發(fā)現(xiàn)了許多行星的衛(wèi)星 ,由此可見 ,萬有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用 ,有極為重要的意義。 老師：介紹亞當(dāng)斯與勒威耶的歷史奇緣六點(diǎn)比照 劍橋大學(xué)畢業(yè) ,1843年開始在母校任教：1巴黎工藝學(xué)院畢。1837年任母校天文教師 , 早在劍橋大學(xué)學(xué)習(xí)時 ,亞當(dāng)斯就注意到有關(guān)天王星運(yùn)動出現(xiàn)反?，F(xiàn)象的問題。1842年正式研究。21845年 ,當(dāng)時的巴黎天文臺臺長阿喇果建議他研究天王星運(yùn)動的反常問題。31844年以后 ,亞當(dāng)斯研究了這些觀測資料 ,計算了影響天王星運(yùn)動的一顆未知行星的軌道要素、質(zhì)量和日心黃經(jīng) ,并預(yù)言未知行星的位置。

9、3利用有關(guān)天王星的18次測資料 ,運(yùn)用萬有引力定律 ,通過求解33個方程 ,計算出對天王星起攝動作用的未知行星的軌道和質(zhì)量 ,并且預(yù)測了它的位置。4向格林尼治天文臺臺長艾里共六次報告了他的計算結(jié)果 ,但未受重視。他將計算結(jié)果呈送給法國科學(xué)院 ,他的工作在法國同行中受到了冷遇。5這樣將發(fā)現(xiàn)海王星的時機(jī)就讓給了德國天文學(xué)家伽勒和勒威耶。亞當(dāng)斯是一位十分謙虛的人 ,在對待海王星發(fā)現(xiàn)的優(yōu)先權(quán)問題上沒有進(jìn)行聲辯。這樣他雖然暫時失去了某些榮譽(yù) ,但他始終受到同行的贊賞和尊重 ,5他還寫信給當(dāng)時擁有較大望遠(yuǎn)鏡的幾個天文學(xué)家 ,請求幫助觀測。伽勒收到勒威耶信的當(dāng)天晚上 ,就觀測搜尋 ,僅用一個半小時就在偏離勒威耶預(yù)言的位置52處觀測到了這顆當(dāng)時星圖上沒有的星。英國皇家學(xué)會授予他柯普利獎?wù)?曾18511853年 ,1874187