《3. 萬有引力定律的應(yīng)用》學(xué)歷案

《3.萬有引力定律的應(yīng)用》學(xué)歷案#3、萬有引力定律的應(yīng)用學(xué)歷案班級：_________姓名：_________綜合評價(jià)：_________##一、學(xué)習(xí)目標(biāo)1、**目標(biāo)一：知道萬有引力定律在天體運(yùn)動(dòng)中的基本應(yīng)用（15分鐘）**-通過閱讀課本和觀看天體運(yùn)動(dòng)的視頻，能夠說出萬有引力定律在計(jì)算天體質(zhì)量、密度等方面的基本應(yīng)用思路。就像我們知道怎么用鑰匙開鎖一樣，知道在這些天體問題里，萬有引力定律是解題的關(guān)鍵“鑰匙”。-能在給定簡單數(shù)據(jù)的情況下，按照步驟計(jì)算出某天體的質(zhì)量或者密度，這就好比按照食譜做蛋糕，每一步都做到位就能算出結(jié)果，從而提高自己解決天體物理基礎(chǔ)問題的能力。2、**目標(biāo)二：理解人造衛(wèi)星的運(yùn)行原理（20分鐘）**-經(jīng)過小組討論和閱讀相關(guān)資料，能夠簡單描述人造衛(wèi)星繞地球運(yùn)行時(shí)萬有引力所起的作用，就像明白風(fēng)箏飛起來是因?yàn)橛酗L(fēng)的拉力一樣，知道人造衛(wèi)星能在天上轉(zhuǎn)是萬有引力在“拉”著它。-可以解釋人造衛(wèi)星的軌道半徑、速度、周期等物理量之間的關(guān)系，例如，就像理解汽車速度、路程和時(shí)間的關(guān)系一樣，能說出衛(wèi)星的這些物理量是怎么相互影響的，培養(yǎng)科學(xué)思維能力。3、**目標(biāo)三：認(rèn)識萬有引力定律在其他方面的應(yīng)用（20分鐘）**-結(jié)合生活中的實(shí)例，如潮汐現(xiàn)象，通過分析討論，能夠說出萬有引力定律在解釋這些現(xiàn)象中的作用，就像找到魔術(shù)背后的秘密一樣，知道萬有引力是造成潮汐的“幕后黑手”。-能舉例說明萬有引力定律在航天探測等領(lǐng)域的應(yīng)用，比如嫦娥探月工程，知道萬有引力定律是如何幫助飛船到達(dá)月球的，增強(qiáng)對科學(xué)技術(shù)與物理知識聯(lián)系的認(rèn)識。##二、評價(jià)任務(wù)1、**評價(jià)任務(wù)一：檢測目標(biāo)一（10分鐘）**-完成課本上關(guān)于天體質(zhì)量和密度計(jì)算的練習(xí)題1-3題。如果能順利做出來，就像通過了小關(guān)卡，說明你掌握了目標(biāo)一的內(nèi)容。2、**評價(jià)任務(wù)二：檢測目標(biāo)二（15分鐘）**-進(jìn)行一次小測驗(yàn)，有3道關(guān)于人造衛(wèi)星運(yùn)行原理的簡答題，比如解釋衛(wèi)星軌道高度和速度的關(guān)系等。要是能回答得有條有理，就像講述一個(gè)精彩的故事一樣，那你在目標(biāo)二的學(xué)習(xí)上就合格啦。3、**評價(jià)任務(wù)三：檢測目標(biāo)三（15分鐘）**-寫一篇小短文，舉例說明萬有引力定律在生活或者航天中的應(yīng)用，至少兩個(gè)例子。如果寫得清楚明白，就像給朋友介紹好玩的東西一樣，那就說明你達(dá)成了目標(biāo)三。##三、學(xué)習(xí)過程###學(xué)習(xí)活動(dòng)一：萬有引力定律在天體質(zhì)量、密度計(jì)算中的應(yīng)用1、**故事引入**-我給大家講個(gè)事兒啊。有一天，我在看科幻電影，里面提到要去一個(gè)新發(fā)現(xiàn)的星球探險(xiǎn)。這個(gè)星球看起來很大，但是探險(xiǎn)隊(duì)不知道這個(gè)星球有多重，也就是不知道它的質(zhì)量是多少。這時(shí)候，我就想啊，如果我是探險(xiǎn)隊(duì)的科學(xué)家，我該怎么利用物理知識算出這個(gè)星球的質(zhì)量呢？這就跟我們今天要學(xué)的萬有引力定律在天體質(zhì)量、密度計(jì)算中的應(yīng)用有關(guān)啦。2、**知識講解**-咱們先回顧一下萬有引力定律的公式：F=G\frac{m_1m_2}{r^2}，其中F是兩個(gè)物體之間的萬有引力，G是引力常量，m1和m2是兩個(gè)物體的質(zhì)量，r是它們之間的距離。-對于天體來說，一個(gè)天體繞著另一個(gè)天體做圓周運(yùn)動(dòng)，比如說月球繞著地球轉(zhuǎn)，地球?qū)υ虑虻娜f有引力提供了月球做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力。向心力的公式是：F=m\frac{v^2}{r}（當(dāng)知道線速度v的時(shí)候）或者F=m\omega^2r（當(dāng)知道角速度ω的時(shí)候）或者F=m(\frac{2\pi}{T})^2r（當(dāng)知道周期T的時(shí)候）。-把萬有引力公式和向心力公式聯(lián)立起來，就可以計(jì)算天體的質(zhì)量啦。比如說，如果知道衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的周期T和軌道半徑r，由萬有引力提供向心力，即G\frac{Mm}{r^2}=m(\frac{2\pi}{T})^2r，這里M是地球的質(zhì)量，m是衛(wèi)星的質(zhì)量，解這個(gè)方程就可以得到地球的質(zhì)量M=\frac{4\pi^2r^3}{GT^2}。-那怎么求天體的密度呢？如果這個(gè)天體是個(gè)球體，它的體積公式是V=\frac{4}{3}\piR^3，密度公式是\rho=\frac{M}{V}。如果衛(wèi)星貼近天體表面做圓周運(yùn)動(dòng)，r=R，把前面算出的M代入密度公式，就可以求出天體的密度啦。3、**小組練習(xí)**-現(xiàn)在大家分成小組，每組4-5個(gè)人。我給每個(gè)小組出一道關(guān)于計(jì)算天體質(zhì)量或者密度的題目，比如“有一顆衛(wèi)星繞著一個(gè)未知星球做圓周運(yùn)動(dòng)，衛(wèi)星的周期是T=1000s，軌道半徑是r=5000km，求這個(gè)星球的質(zhì)量和假設(shè)星球是均勻球體時(shí)的密度?！?小組成員一起討論解題思路，然后計(jì)算出結(jié)果。在這個(gè)過程中，如果有問題可以舉手問我哦。就像大家一起拼圖一樣，每個(gè)人都出份力，把這個(gè)問題解決掉。4、**小組展示與評價(jià)**-每個(gè)小組選一個(gè)代表，把你們小組的解題過程和結(jié)果寫在黑板上，然后給大家講解一下。其他小組的同學(xué)要認(rèn)真聽，如果發(fā)現(xiàn)有問題或者有不同的解法可以提出來。就像在比賽一樣，大家互相學(xué)習(xí)，互相評價(jià)。-我會(huì)根據(jù)每個(gè)小組的表現(xiàn)進(jìn)行評價(jià)，比如解題思路是否正確、計(jì)算過程有沒有錯(cuò)誤、講解是否清晰等。表現(xiàn)好的小組會(huì)有小獎(jiǎng)勵(lì)哦，就像游戲里得到了小道具一樣。5、**評價(jià)任務(wù)一實(shí)施**-大家獨(dú)立完成課本上的練習(xí)題1-3題，這是對我們剛剛學(xué)習(xí)內(nèi)容的檢測。如果遇到不會(huì)的題目，可以再看看課本或者筆記，這就像在走迷宮的時(shí)候找不到路了，回頭看看走過的路找找線索。###學(xué)習(xí)活動(dòng)二：人造衛(wèi)星的運(yùn)行原理1、**生活觀察導(dǎo)入**-同學(xué)們，我們都知道天上有很多人造衛(wèi)星，像我們看電視、用手機(jī)導(dǎo)航都離不開它們。大家有沒有想過，這些人造衛(wèi)星是怎么在天上不掉下來，還能按照一定的軌道運(yùn)行的呢？我給大家看一些人造衛(wèi)星的圖片，大家先觀察一下，然后說說自己的想法。這就像我們看到一個(gè)神奇的魔術(shù)，先猜猜魔術(shù)師是怎么做到的。2、**原理探究**-其實(shí)啊，人造衛(wèi)星能在天上運(yùn)行，還是離不開萬有引力定律。當(dāng)人造衛(wèi)星被發(fā)射到一定高度后，地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力提供了衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力。-我們來推導(dǎo)一下衛(wèi)星的速度、軌道半徑和周期之間的關(guān)系。由萬有引力提供向心力，即G\frac{Mm}{r^2}=m\frac{v^2}{r}，可以得到衛(wèi)星的運(yùn)行速度v=\sqrt{\frac{GM}{r}}。從這個(gè)公式可以看出，衛(wèi)星的軌道半徑r越大，它的運(yùn)行速度v就越小。-再根據(jù)周期公式T=\frac{2\pir}{v}，把前面的v代入，可以得到衛(wèi)星的周期公式T=2\pi\sqrt{\frac{r^3}{GM}}。這就說明衛(wèi)星的軌道半徑r越大，它的周期T就越大。-大家可以想象一下，衛(wèi)星就像一個(gè)被地球用繩子（萬有引力）拉著的小球，在不同的高度（軌道半徑）上以不同的速度旋轉(zhuǎn)，而且轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間（周期）也不一樣。3、**小組討論**-現(xiàn)在小組討論一下這個(gè)問題：如果要發(fā)射一顆地球同步衛(wèi)星，也就是衛(wèi)星相對地球靜止，那么它的軌道半徑、速度、周期等物理量應(yīng)該滿足什么條件呢？大家可以結(jié)合我們剛剛推導(dǎo)的公式來討論。這就像大家一起商量怎么搭一個(gè)最穩(wěn)的積木塔一樣。-在討論的過程中，大家可以參考課本上的相關(guān)內(nèi)容，也可以互相分享自己的想法。如果有不同的意見，要互相尊重，像好朋友聊天一樣，把問題討論清楚。4、**模擬演示**-我這里有一個(gè)簡單的模擬裝置，來演示一下人造衛(wèi)星的運(yùn)行原理。這個(gè)裝置有一個(gè)中心球代表地球，還有一個(gè)小球代表衛(wèi)星，通過一根繩子（模擬萬有引力）來讓小球做圓周運(yùn)動(dòng)。-我會(huì)改變小球的軌道半徑，讓大家觀察小球的速度和周期的變化，就像在看一場小型的科學(xué)表演一樣。大家要仔細(xì)看，然后思考這和我們剛剛推導(dǎo)的公式有什么聯(lián)系。5、**評價(jià)任務(wù)二實(shí)施**-接下來進(jìn)行一次小測驗(yàn)，有3道關(guān)于人造衛(wèi)星運(yùn)行原理的簡答題。大家要認(rèn)真作答，把自己對人造衛(wèi)星運(yùn)行原理的理解寫出來。這就像一場小小的挑戰(zhàn)，看看大家能不能順利通過。###學(xué)習(xí)活動(dòng)三：萬有引力定律在其他方面的應(yīng)用1、**潮汐現(xiàn)象的探究**-同學(xué)們，我們都聽說過潮汐現(xiàn)象吧，就是海邊的海水周期性地漲落。這是一個(gè)很神奇的現(xiàn)象，那你們知道這和萬有引力定律有什么關(guān)系嗎？-其實(shí)啊，月球?qū)Φ厍虻娜f有引力是造成潮汐現(xiàn)象的主要原因。月球?qū)Φ厍虮砻娌煌胤降暮Ｋ娜f有引力大小不一樣，靠近月球的地方，海水受到的萬有引力比較大，就會(huì)被“拉”起來，形成漲潮；而離月球最遠(yuǎn)的地方，海水受到的萬有引力相對較小，地球的自轉(zhuǎn)就會(huì)把海水“甩”出去一點(diǎn)，也會(huì)形成漲潮。-我們可以想象一下，月球就像一個(gè)巨大的磁鐵，在吸引著地球表面的海水，讓海水按照一定的規(guī)律運(yùn)動(dòng)。-那太陽對地球的萬有引力對潮汐有沒有影響呢？當(dāng)然有啦。當(dāng)太陽、月球和地球在一條直線上的時(shí)候，比如農(nóng)歷的初一和十五，太陽和月球?qū)Φ厍虻娜f有引力疊加在一起，這時(shí)候的潮汐就會(huì)特別大，叫做大潮；當(dāng)太陽和月球?qū)Φ厍虻娜f有引力相互垂直的時(shí)候，潮汐就會(huì)比較小，叫做小潮。2、**航天探測中的應(yīng)用**-我們再來說說萬有引力定律在航天探測中的應(yīng)用。大家都知道嫦娥探月工程吧。嫦娥飛船要從地球飛到月球，就需要利用萬有引力定律來計(jì)算飛行軌道、發(fā)射速度等。-在發(fā)射飛船的時(shí)候，要給飛船足夠的速度，讓它能夠克服地球的萬有引力，進(jìn)入到預(yù)定的軌道。這個(gè)速度叫做發(fā)射速度，根據(jù)萬有引力定律可以計(jì)算出不同軌道高度所需要的發(fā)射速度。-飛船在飛向月球的過程中，也要不斷地調(diào)整自己的軌道，這也需要考慮地球和月球的萬有引力。就像一個(gè)旅行者在復(fù)雜的道路上行走，要根據(jù)不同的路況（萬有引力的情況）來調(diào)整自己的路線。-而且，在飛船到達(dá)月球附近時(shí)，要利用月球的萬有引力來實(shí)現(xiàn)軟著陸，這就需要精確地計(jì)算月球的引力情況，確保飛船能夠安全地降落在月球表面。3、**小組案例分享**-現(xiàn)在每個(gè)小組要分享一個(gè)萬有引力定律在生活或者航天中的應(yīng)用案例，除了我們剛剛講過的。可以是從網(wǎng)上查到的，也可以是自己想到的。每個(gè)小組有3分鐘的時(shí)間來分享，其他小組的同學(xué)要認(rèn)真聽，聽完之后可以提問或者補(bǔ)充。這就像大家在開一個(gè)有趣的分享會(huì)一樣。4、**評價(jià)任務(wù)三實(shí)施**-大家根據(jù)我們今天學(xué)習(xí)的內(nèi)容，寫一篇小短文，舉例說明萬有引力定律在生活或者航天中的應(yīng)用，至少兩個(gè)例子。這是對我們整個(gè)學(xué)習(xí)活動(dòng)三的總結(jié)和檢驗(yàn)。就像把我們收集到的寶貝（知識）整理到一個(gè)小盒子（短文）里一樣。##四、課堂小結(jié)1、同桌之間互相交流今天的學(xué)習(xí)收獲，就像分享自己的小秘密一樣?？梢哉f說自己學(xué)到了哪些知識，在哪些地方還有疑問等。2、然后每個(gè)小組選一個(gè)代表，簡單地向全班同學(xué)匯報(bào)一下你們小組的學(xué)習(xí)成果和存在的問題。這就像每個(gè)小組在展示自己的學(xué)習(xí)寶藏一樣。3、我會(huì)根據(jù)大家的交流和匯報(bào)，對今天的學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，把重點(diǎn)知識再強(qiáng)調(diào)一遍，就像把大家走散的知識小珠子串起來一樣，讓大家對萬有引力定律