高中物理第六章萬有引力與航天6.4萬有引力理論的成就教案新人教版必修

1、6.4 萬有引力理論的成就課程目標(biāo)知識與技能了解萬有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用會用萬有引力定律計算天體的質(zhì)量和密度掌握綜合運用萬有引力定律和圓周運動學(xué)知識分析具體問題的方法過程與方法通過求解太陽.地球的質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的運用能力情感態(tài)度與價值觀通過介紹用萬有引力定律發(fā)現(xiàn)未知天體的過程，使學(xué)生懂得理論來源于實踐，反過來又可以指導(dǎo)實踐的辨證唯物主義觀點教學(xué)重點1、行星繞太陽的運動的向心力是由萬有引力提供的。2、會用已知條件求中心天體的質(zhì)量。教學(xué)難點根據(jù)已有條件求中心天體的質(zhì)量。教學(xué)過程二次備課引入新課教師活動：上節(jié)我們學(xué)習(xí)了萬有引力定律的有關(guān)知識，現(xiàn)在請同學(xué)們回憶一下，萬有引力定律的內(nèi)容及

2、公式是什么？公式中的G又是什么？G的測定有何重要意義？ 學(xué)生活動：思考并回答上述問題：教師活動：萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)有著重要的物理意義：它對物理學(xué)、天文學(xué)的發(fā)展具有深遠的影響；它把地面上物體運動的規(guī)律和天體運動的規(guī)律統(tǒng)一起來；對科學(xué)文化發(fā)展起到了積極的推動作用，解放了人們的思想，給人們探索自然的奧秘建立了極大信心，人們有能力理解天地間的各種事物。這節(jié)課我們就共同來學(xué)習(xí)萬有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用。新課講解一、“科學(xué)真實迷人”教師活動：引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材“科學(xué)真實迷人”部分的內(nèi)容，思考問題1、推導(dǎo)出地球質(zhì)量的表達式，說明卡文迪許為什么能把自己的實驗說成是“稱量地球的重量”？例：設(shè)地面附近的重力加速度

3、g=9.8m/s2，地球半徑R =6.4106m，引力常量G=6.6710-11 Nm2/kg2，試估算地球的質(zhì)量。kg二、計算天體的質(zhì)量教師活動：引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材“天體質(zhì)量的計算”部分的內(nèi)容，同時考慮下列問題 1、應(yīng)用萬有引力定律求解天體質(zhì)量的基本思路是什么?2、求解天體質(zhì)量的方程依據(jù)是什么?學(xué)生活動：學(xué)生閱讀課文第一部分，從課文中找出相應(yīng)的答案.1、應(yīng)用萬有引力定律求解天體質(zhì)量的基本思路是：根據(jù)環(huán)繞天體的運動情況，求出其向心加速度，然后根據(jù)萬有引力充當(dāng)向心力，進而列方程求解.2、從前面的學(xué)習(xí)知道，天體之間存在著相互作用的萬有引力，而行星（或衛(wèi)星）都在繞恒星（或行星）做近似圓周的運動，而物體

4、做圓周運動時合力充當(dāng)向心力，故對于天體所做的圓周運動的動力學(xué)方程只能是萬有引力充當(dāng)向心力，這也是求解中心天體質(zhì)量時列方程的根源所在.教師活動：請同學(xué)們結(jié)合課文知識以及前面所學(xué)勻速圓周運動的知識，加以討論、綜合，然后思考下列問題。學(xué)生代表發(fā)言。1.天體實際做何運動?而我們通常可認為做什么運動?2.描述勻速圓周運動的物理量有哪些?3.根據(jù)環(huán)繞天體的運動情況求解其向心加速度有幾種求法?4.應(yīng)用天體運動的動力學(xué)方程萬有引力充當(dāng)向心力求出的天體質(zhì)量有幾種表達式?各是什么?各有什么特點?5.應(yīng)用此方法能否求出環(huán)繞天體的質(zhì)量?學(xué)生活動：分組討論，得出答案。學(xué)生代表發(fā)言。1.天體實際運動是沿橢圓軌道運動的，而

5、我們通常情況下可以把它的運動近似處理為圓形軌道，即認為天體在做勻速圓周運動.2.在研究勻速圓周運動時，為了描述其運動特征，我們引進了線速度v，角速度，周期T三個物理量.3.根據(jù)環(huán)繞天體的運動狀況，求解向心加速度有三種求法.即：（1）a心= （2）a心=2r （3）a心=42r/T24.應(yīng)用天體運動的動力學(xué)方程萬有引力充當(dāng)向心力，結(jié)合圓周運動向心加速度的三種表述方式可得三種形式的方程，即（1）F引=G=F心=ma心=m. 即：G（2）F引=G=F心=ma心=m2r 即：G=m2r（3）F引=G=F心=ma心=m 即：G=m 從上述動力學(xué)方程的三種表述中，可得到相應(yīng)的天體質(zhì)量的三種表達形式：（1）

6、M=v2r/G. （2）M=2r3/G. （3）M=42r3/GT2.上述三種表達式分別對應(yīng)在已知環(huán)繞天體的線速度v，角速度，周期T時求解中心天體質(zhì)量的方法.以上各式中M表示中心天體質(zhì)量，m表示環(huán)繞天體質(zhì)量，r表示兩天體間距離，G表示引力常量.從上面的學(xué)習(xí)可知，在應(yīng)用萬有引力定律求解天體質(zhì)量時，只能求解中心天體的質(zhì)量，而不能求解環(huán)繞天體的質(zhì)量。而在求解中心天體質(zhì)量的三種表達式中，最常用的是已知周期求質(zhì)量的方程。因為環(huán)繞天體運動的周期比較容易測量。投影例題：把地球繞太陽公轉(zhuǎn)看做是勻速圓周運動，平均半徑為1.51011 m，已知引力常量為：G=6.6710-11 Nm2/kg2，則可估算出太陽的質(zhì)

7、量大約是多少千克?（結(jié)果取一位有效數(shù)字）分析：題干給出了軌道的半徑，雖然沒有給出地球運轉(zhuǎn)的周期，但日常生活常識告訴我們：地球繞太陽一周為365天。故：T=365243600 s=3.15107 s由萬有引力充當(dāng)向心力可得：G=m 故：M=代入數(shù)據(jù)解得M=kg=21030 kg教師活動：求解過程，點評。三、發(fā)現(xiàn)未知天體教師活動：請同學(xué)們閱讀課文“發(fā)現(xiàn)未知天體”部分的內(nèi)容，考慮以下問題1、應(yīng)用萬有引力定律除可估算天體質(zhì)量外，還可以在天文學(xué)上有何應(yīng)用？2、應(yīng)用萬有引力定律發(fā)現(xiàn)了哪些行星？學(xué)生活動：閱讀課文，從課文中找出相應(yīng)的答案：1、應(yīng)用萬有引力定律還可以用來發(fā)現(xiàn)未知的天體。2、海王星、冥王星就是應(yīng)用萬有引力定律發(fā)現(xiàn)的。教師活動：引導(dǎo)學(xué)生深入探究人們是怎樣應(yīng)用萬有引力定律來發(fā)現(xiàn)未知天體的?發(fā)表你的看法。學(xué)生活動：討論并發(fā)表見解。人們在長期的觀察中發(fā)現(xiàn)天王星的實際運動軌道與應(yīng)用萬有引力定律計算出的軌道總存在一定的偏差，所以懷疑在天王星周圍還可能存在有行星，然后應(yīng)用萬有引力定律，結(jié)合對天王星的觀測資料，便計算