人教版高中物理必修二第六章-萬(wàn)有引力與航天第4節(jié)《萬(wàn)有引力理論的成就》參考教案

7.4萬(wàn)有引力理論的成就★新課標(biāo)要求（一）學(xué)問(wèn)與技能1、了解萬(wàn)有引力定律在天文學(xué)上的重要應(yīng)用。2、會(huì)用萬(wàn)有引力定律計(jì)算天體質(zhì)量。3、理解并運(yùn)用萬(wàn)有引力定律處理天體問(wèn)題的思路和方法。（二）過(guò)程與方法1、通過(guò)萬(wàn)有引力定律推導(dǎo)出計(jì)算天體質(zhì)量的公式。2、了解天體中的學(xué)問(wèn)。（三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀體會(huì)萬(wàn)有引力定律在人類生疏自然界奇特中的巨大作用，讓同學(xué)懂得理論來(lái)源于實(shí)踐，反過(guò)來(lái)又可以指導(dǎo)實(shí)踐的辯證唯物主義觀點(diǎn)★教學(xué)重點(diǎn)1、行星繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)的向心力是由萬(wàn)有引力供應(yīng)的。2、會(huì)用已知條件求中心天體的質(zhì)量?！锝虒W(xué)難點(diǎn)依據(jù)已有條件求中心天體的質(zhì)量?！锝虒W(xué)方法老師啟發(fā)、引導(dǎo)，同學(xué)自主閱讀、思考，爭(zhēng)辯、溝通學(xué)習(xí)成果。★教學(xué)工具有關(guān)練習(xí)題的投影片、計(jì)算機(jī)、投影儀等多媒體教學(xué)設(shè)備★教學(xué)過(guò)程（一）引入新課老師活動(dòng)：上節(jié)我們學(xué)習(xí)了萬(wàn)有引力定律的有關(guān)學(xué)問(wèn)，現(xiàn)在請(qǐng)同學(xué)們回憶一下，萬(wàn)有引力定律的內(nèi)容及公式是什么？公式中的G又是什么？G的測(cè)定有何重要意義？同學(xué)活動(dòng)：思考并回答上述問(wèn)題：內(nèi)容：自然界中任何兩個(gè)物體都是相互吸引的，引力的大小跟這兩個(gè)物體的質(zhì)量的乘積成正比，跟它們的距離的平方成反比。公式：F=G.公式中的G是引力常量，它在大小上等于質(zhì)量為1kg的兩個(gè)物體相距1m時(shí)所產(chǎn)生的引力大小，經(jīng)測(cè)定其值為6.67×10—11N·m2/kg2。老師活動(dòng)：萬(wàn)有引力定律的發(fā)覺(jué)有著重要的物理意義：它對(duì)物理學(xué)、天文學(xué)的進(jìn)展具有深遠(yuǎn)的影響；它把地面上物體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律和天體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律統(tǒng)一起來(lái)；對(duì)科學(xué)文化進(jìn)展起到了樂(lè)觀的推動(dòng)作用，解放了人們的思想，給人們探究自然的奇特建立了極大信念，人們有力量理解天地間的各種事物。這節(jié)課我們就共同來(lái)學(xué)習(xí)萬(wàn)有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用。（二）進(jìn)行新課1、“科學(xué)真實(shí)迷人”老師活動(dòng)：引導(dǎo)同學(xué)閱讀教材“科學(xué)真實(shí)迷人”部分的內(nèi)容，思考問(wèn)題［投影出示］：1、推導(dǎo)出地球質(zhì)量的表達(dá)式，說(shuō)明卡文迪許為什么能把自己的試驗(yàn)說(shuō)成是“稱量地球的重量”？2、設(shè)地面四周的重力加速度g=9.8m/s2，地球半徑R=6.4×106m，引力常量G=6.67×10-11Nm2/kg2，試估算地球的質(zhì)量。同學(xué)活動(dòng)：閱讀課文，推導(dǎo)出地球質(zhì)量的表達(dá)式，在練習(xí)本上進(jìn)行定量計(jì)算。老師活動(dòng)：投影同學(xué)的推導(dǎo)、計(jì)算過(guò)程，一起點(diǎn)評(píng)。kg點(diǎn)評(píng)：引導(dǎo)同學(xué)定量計(jì)算，增加同學(xué)的理性生疏。對(duì)同學(xué)進(jìn)行寵愛(ài)科學(xué)的訓(xùn)練。2、計(jì)算天體的質(zhì)量老師活動(dòng)：引導(dǎo)同學(xué)閱讀教材“天體質(zhì)量的計(jì)算”部分的內(nèi)容，同時(shí)考慮下列問(wèn)題［投影出示］。1、應(yīng)用萬(wàn)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?同學(xué)活動(dòng)：同學(xué)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(wàn)有引力定律求解天體質(zhì)量的基本思路是：依據(jù)環(huán)繞天體的運(yùn)動(dòng)狀況，求出其向心加速度，然后依據(jù)萬(wàn)有引力充當(dāng)向心力，進(jìn)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(wàn)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(yùn)動(dòng)，而物體做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)合力充當(dāng)向心力，故對(duì)于天體所做的圓周運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程只能是萬(wàn)有引力充當(dāng)向心力，這也是求解中心天體質(zhì)量時(shí)列方程的根源所在.老師活動(dòng)：引導(dǎo)同學(xué)深化探究請(qǐng)同學(xué)們結(jié)合課文學(xué)問(wèn)以及前面所學(xué)勻速圓周運(yùn)動(dòng)的學(xué)問(wèn)，加以爭(zhēng)辯、綜合，然后思考下列問(wèn)題［投影出示］。同學(xué)代表發(fā)言。1.天體實(shí)際做何運(yùn)動(dòng)?而我們通?？烧J(rèn)為做什么運(yùn)動(dòng)?2.描述勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物理量有哪些?3.依據(jù)環(huán)繞天體的運(yùn)動(dòng)狀況求解其向心加速度有幾種求法?4.應(yīng)用天體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程——萬(wàn)有引力充當(dāng)向心力求出的天體質(zhì)量有幾種表達(dá)式?各是什么?各有什么特點(diǎn)?5.應(yīng)用此方法能否求出環(huán)繞天體的質(zhì)量?同學(xué)活動(dòng)：分組爭(zhēng)辯，得出答案。同學(xué)代表發(fā)言。1.天體實(shí)際運(yùn)動(dòng)是沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng)的，而我們通常狀況下可以把它的運(yùn)動(dòng)近似處理為圓形軌道，即認(rèn)為天體在做勻速圓周運(yùn)動(dòng).2.在爭(zhēng)辯勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了描述其運(yùn)動(dòng)特征，我們引進(jìn)了線速度v，角速度ω，周期T三個(gè)物理量.3.依據(jù)環(huán)繞天體的運(yùn)動(dòng)狀況，求解向心加速度有三種求法.即：（1）a心=（2）a心=ω2·r（3）a心=4π2r/T24.應(yīng)用天體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程——萬(wàn)有引力充當(dāng)向心力，結(jié)合圓周運(yùn)動(dòng)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 ①（2）F引=G=F心=ma心=mω2r即：G=mω2·r ②（3）F引=G=F心=ma心=m即：G=m ③從上述動(dòng)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(dá)形式：（1）M=v2r/G.（2）M=ω2r3/G.（3）M=4π2r3/GT2.上述三種表達(dá)式分別對(duì)應(yīng)在已知環(huán)繞天體的線速度v，角速度ω，周期T時(shí)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.5.從以上各式的推導(dǎo)過(guò)程可知，利用此法只能求出中心天體的質(zhì)量，而不能求環(huán)繞天體的質(zhì)量，由于環(huán)繞天體的質(zhì)量同時(shí)消滅在方程的兩邊，已被約掉。師生互動(dòng)：聽取同學(xué)代表發(fā)言，一起點(diǎn)評(píng)。從上面的學(xué)習(xí)可知，在應(yīng)用萬(wàn)有引力定律求解天體質(zhì)量時(shí)，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(dá)式中，最常用的是已知周期求質(zhì)量的方程。由于環(huán)繞天體運(yùn)動(dòng)的周期比較簡(jiǎn)潔測(cè)量。老師活動(dòng)：投影例題：把地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)看做是勻速圓周運(yùn)動(dòng)，平均半徑為1.5×1011m，已知引力常量為：G=6.67×10-11N·m2/kg2，則可估算出太陽(yáng)的質(zhì)量大約是多少千克?（結(jié)果取一位有效數(shù)字）同學(xué)活動(dòng)：在練習(xí)本上分析計(jì)算，寫出規(guī)范解答分析：題干給出了軌道的半徑，雖然沒(méi)有給出地球運(yùn)轉(zhuǎn)的周期，但日常生活常識(shí)告知我們：地球繞太陽(yáng)一周為365天。故：T=365×24×3600s=3.15×107s由萬(wàn)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=2×1030kg老師活動(dòng)：投影同學(xué)求解過(guò)程，點(diǎn)評(píng)。3、發(fā)覺(jué)未知天體老師活動(dòng)：請(qǐng)同學(xué)們閱讀課文“發(fā)覺(jué)未知天體”部分的內(nèi)容，考慮以下問(wèn)題［投影出示］：1、應(yīng)用萬(wàn)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(wàn)有引力定律發(fā)覺(jué)了哪些行星？同學(xué)活動(dòng)：閱讀課文，從課文中找出相應(yīng)的答案：1、應(yīng)用萬(wàn)有引力定律還可以用來(lái)發(fā)覺(jué)未知的天體。2、海王星、冥王星就是應(yīng)用萬(wàn)有引力定律發(fā)覺(jué)的。老師活動(dòng)：引導(dǎo)同學(xué)深化探究人們是怎樣應(yīng)用萬(wàn)有引力定律來(lái)發(fā)覺(jué)未知天體的?發(fā)表你的看法。同學(xué)活動(dòng)：爭(zhēng)辯并發(fā)表見解。人們?cè)陂L(zhǎng)期的觀看中發(fā)覺(jué)天王星的實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌道與應(yīng)用萬(wàn)有引力定律計(jì)算出的軌道總存在肯定的偏差，所以懷疑在天王星四周還可能存在有行星，然后應(yīng)用萬(wàn)有引力定律，結(jié)合對(duì)天王星的觀測(cè)資料，便計(jì)算出了另一顆行星的軌道，進(jìn)而在計(jì)算的位置觀看新的行星。老師點(diǎn)評(píng)：萬(wàn)有引力定律的發(fā)覺(jué)，為天文學(xué)的進(jìn)展起到了樂(lè)觀的作用，用它可以來(lái)計(jì)算天體的質(zhì)量，同時(shí)還可以來(lái)發(fā)覺(jué)未知天體.（三）課堂總結(jié)、點(diǎn)評(píng)老師活動(dòng)：讓同學(xué)概括總結(jié)本節(jié)的內(nèi)容。請(qǐng)一個(gè)同學(xué)到黑板上總結(jié)，其他同學(xué)在筆記本上總結(jié)，然后請(qǐng)同學(xué)評(píng)價(jià)黑板上的小結(jié)內(nèi)容。同學(xué)活動(dòng)：認(rèn)真總結(jié)概括本節(jié)內(nèi)容，并把自己這節(jié)課的體會(huì)寫下來(lái)、比較黑板上的小結(jié)和自己的小結(jié)，看誰(shuí)的更好，好在什么地方。點(diǎn)評(píng)：總結(jié)課堂內(nèi)容，培育同學(xué)概括總結(jié)力量。老師要放開，讓同學(xué)自己總結(jié)所學(xué)內(nèi)容，允許內(nèi)容的挨次不同，從而構(gòu)建他們自己的學(xué)問(wèn)框架。（四）實(shí)例探究［例1］某人在某一星球上以速度v豎直上拋一物體，經(jīng)時(shí)間t落回拋出點(diǎn)，已知該星球的半徑為R，若要在該星球上放射一顆靠近該星運(yùn)轉(zhuǎn)的人造星體，則該人造星體的速度大小為多少？解析：星球表面的重力加速度g=人造星體靠近該星球運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)：mg=G=m(M:星球質(zhì)量.m:人造星體質(zhì)量)所以v′=［例2］一艘宇宙飛船繞一個(gè)不知名的、半徑為R的行星表面飛行，環(huán)繞一周飛行時(shí)間為T.求該行星的質(zhì)量和平均密度.解析：設(shè)宇宙飛船的質(zhì)量為m，行星的質(zhì)量為M.宇宙飛船圍繞行星的中心做勻速圓周運(yùn)動(dòng).G=m()2R所以M=又v=πR3所以ρ=★課余作業(yè)★教學(xué)體會(huì)思維方法是解決問(wèn)題的靈魂，是物理教學(xué)的根本；親自實(shí)踐參與學(xué)問(wèn)的發(fā)覺(jué)過(guò)程是培育同學(xué)力量的關(guān)鍵，離開了思維方法和實(shí)踐活動(dòng)，物理教學(xué)就成了無(wú)源之水、無(wú)本之木。同學(xué)素養(yǎng)的培育就成了鏡中花，水中月。課堂練習(xí)1.依據(jù)觀看，在土星外層有一個(gè)環(huán)，為了推斷是土星的連續(xù)物還是小衛(wèi)星群，可測(cè)出環(huán)中各層的線速度v與該層