《万有引力定律在天文学上的应用》教学设计.docx
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《万有引力定律在天文学上的应用》教学设计
《万有引力定律在天文学上的应用》教学设计
课题名称
万有引力定律在天文学上的应用
科目
物理
年级
高一级
教学时间
1课时
教材分析
这节课通过对一些天体运动的实例分析，使学生了解：
通常物体之间的万有引力很小，常常觉察不出来，但在天体运动中，由于天体的质量很大，万有引力将起决定性作用，对天文学的发展起了很大的推动作用，其中一个重要的应用就是计算天体的质量。
在讲课时，应用万有引力定律有两条思路要交待清楚。
1．地面附近物体与地球间的万有引力约等于物体的重力，即F引＝mg．可得出计算天体质量的另一种方法。
2．把环绕天体（或卫星）的运动看成是匀速圆周运动，即F引＝F向，用于计算天体（中心体）的质量，讨论卫星半径等问题。
本节内容是这一章的重点，是万有引力定律在实际中的具体应用．利用万有引力定律除了可求出中心天体的质量外还可发现未知天体．
学情分析
本节课的学习者特征分析主要是根据学生的实际情况做出的：
1．学生是实验二中高一（5）班学生；
2．学生已经基本掌握万有引力定律和圆周运动的知识；
3．学生的基础和学习习惯不太好。
4．设计重趣味性与知识性的结合。
教学目标
一、知识与技能
1．了解行星绕恒星运动及卫星的运动的共同点：
万有引力作为行星、卫星圆周运动的向心力；
2．了解万有引力定律在天文学上有重要应用；
3．会用万有引力定律计算天体的质量。
二、过程与方法
1．由地面附近物体与地球间的万有引力约等于物体的重力，即F引＝mg．来于计算天体（中心体）的质量。
2．通过把环绕天体（或卫星）的运动看成是匀速圆周运动，然后根据F引＝F向，用于计算天体（中心体）的质量。
3．通过万有引力定律在实际中的应用，培养学生理论联系实际的能力
三、情感态度与价值观
1．利用设置丰富的问题情境，鼓励学生从多角度思考、探索、交流，激发学生的好奇心和主动学习的欲望；
2．利用万有引力定律可以发现求知天体，学生懂得理论来源于实践，反过来又可以指导实践的辩证唯物主义观点。
3．通过介绍亚当斯与勒威耶的历史奇缘，激发学生对科学家探究真理的崇拜之情。
教学重点
1．环绕天体的运动：
如月球绕地球的运动；行星绕太阳的运动的向心力是由万有引力提供的。
2．会用已知条件求中心天体的质量。
教学难点
根据已有条件求中心天体的质量。
教学资源
（1）给同学们准备一些相关资料；
（2）教师自制的多媒体课件；
（3）上课环境为多媒体大屏幕环境。
《万有引力定律在天文学上的应用》教学过程描述
教学活动
1
（一）师生互动，激趣导入
1．教师展示：
美国网站2007年8月14日报道，世界上第一个太空旅馆“银河套房酒店”有望在2012年建成，届时太空迷们翱翔宇宙的梦想将成为现实。
当然，太空旅馆房价不菲，每位房客入住3天的费用是400万美元（约合人民币3000万元）。
2007年从俄罗斯发射升空充气式太空酒店，预计于2015年建造完毕并投入使用。
入住费用100万美元。
2．引入课题：
万有引力定律的天文学上的应用
教学活动
2
（二）问题启发，合作探究
1．创设情景：
（可以与实际不符）
如姚明在旅馆巧遇卡文迪许，于是他们谈论起测地球质量的问题，于是引入了本节课的第一个问题，测天体的质量。
2．新知识的探究
方法一：
老师：
请学生回顾当初卡文迪许测出地球质量的方法，
学生：
（分组探究）
活动过程：
对象的选取：
站在地面上的姚明
满足的规律：
在可忽略中心天体自转的影响时，根据万有引力等于重力的关系来计算其质量
教学活动
2
方程的建立：
得出的结论：
在已知所求天体M的半径R和表面重力加速度的情况下可用上式
教学活动
3
（三）规律探究，另解方法
方法二：
老师：
引导学生讨论在太空旅馆里可用上述方法测地地球质量吗？
旅馆里的一些情况介绍
●一天内看15次日出
●感受80多分钟环游地球的快感
●像蜘蛛侠一样在卧室内“飞檐走壁”
学生：
不能，太空中处于完全失重
老师：
请学生思考在旅馆里有没有其它测量地球质量的方法呢？
活动过程：
对象的选取：
太空酒店里的姚明
满足的规律：
万有引力提供向心力
方程的建立：
得出的结论：
在已知所求天体M的行星或者卫星m轨道半径r和周期T的情况下可用上式
教学活动
4
（四）例题示范，巩固提高
例如：
若把银河套房酒店建在月球上，某同学在资料上查得月球到地球的球心距离为r=4×108m,酒店工作人员记录了他们绕地球运行的周期为30天，求：
地球的质量。
解：
月球绕地球运行的向心力即月地间的万有引力即有：
得：
教学活动
5
（五）规律拓展，密度测量
老师讲授：
几种常用的求密度的方法
一、根据环绕天体绕中心天体表面转动时
二、根据环绕天体绕中心天体在以某高度转动时
三、已知中心天体的半径和表面重力加速度时
教学活动
6
教学活动
7
（六）应用之二，发现未知天体
温馨提示：
只能求中心天体的质量，不能环绕天体的质量。
老师：
环绕天体的轨道半径可以计算吗？
根据，而，两式联立得：
在18世纪发现的第七个行星──天王星的运动轨道，总是同根据万有引力定律计算出来的有一定偏离。
当时有人预测，肯定在其轨道外还有一颗未发现的新星。
后来，亚当斯和勒威耶在预言位置的附近找到了这颗新星。
后来，科学家利用这一原理还发现了许多行星的卫星，由此可见，万有引力定律在天文学上的应用，有极为重要的意义。
老师：
介绍亚当斯与勒威耶的历史奇缘（六点对比）
剑桥大学毕业，1843年开始在母校任教：
1．巴黎工艺学院毕。
1837年任母校天文教师，早在剑桥大学学习时，亚当斯就注意到有关天王星运动出现反常现象的问题。
1842年正式研究。
2．1845年，当时的巴黎天文台台长阿喇果建议他研究天王星运动的反常问题。
3．1844年以后，亚当斯研究了这些观测资料，计算了影响天王星运动的一颗未知行星的轨道要素、质量和日心黄经，并预言未知行星的位置。
3．利用有关天王星的18次测资料，运用万有引力定律，通过求解33个方程，计算出对天王星起摄动作用的未知行星的轨道和质量，并且预测了它的位置。
4．向格林尼治天文台台长艾里共六次报告了他的计算结果，但未受重视。
他将计算结果呈送给法国科学院，他的工作在法国同行中受到了冷遇。
5．这样将发现海王星的机会就让给了德国天文学家伽勒和勒威耶。
亚当斯是一位十分谦虚的人，在对待海王星发现的优先权问题上没有进行声辩。
这样他虽然暂时失去了某些荣誉，但他始终受到同行的赞赏和尊重，5他还写信给当时拥有较大望远镜的几个天文学家，请求帮助观测。
伽勒收到勒威耶信的当天晚上，就观测搜寻，仅用一个半小时就在偏离勒威耶预言的位置52'处观测到了这颗当时星图上没有的星。
英国皇家学会授予他柯普利奖章6曾（1851～1853年，1874～1876年）两次被选为英国皇家天文学会会长，勒威耶于1854～1870及1873～1877年两度出任巴黎天文台台长
（七）课堂小节，形成体系
主要内容1．天体质量计算；2．天体密度计算；3．发现未知天体。
主要方法
用万有引力定律和圆周运动知识处理天体问题
主要结论
两个质量表达式
三个密度表达式
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