万有引力的理论成就.docx

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万有引力的理论成就

课题

《万有引力理论的成就》——人教版高中物理必修2第六章第四节

作者

教学

设计

思路

本节是在学习了圆周运动与万有引力定律之后的一节知识应用与扩展的课，通过学习利用圆周运动知识和万有引力定律计算天体质量，体会它在科学史上所产生的重大影响。

本节内容具有“应用＋检验”的特点，在教学中应采用启发式教学法引导学生运用已有的相关知识对天体运动进行自主学习，帮助学生理清万有引力定律应用的两个思路：

F万=G；F万=F向。

这也是本章的重点之处。

同时通过对本节的学习，要使学生体会到科学定律对人类未知世界的作用，激起学生对科学探究的兴趣，培养热爱科学的情感。

教学

目标

知识与技能

1．了解万有引力定律在天文学上的重要应用。

2.会用万有引力定律计算天体质量。

3.理解运用万有引力定律处理天体问题的思路和方法。

过程与方法

通过求解太阳，地球的质量，培养学生理论联系实际的运用能力

情感、态度与价值观

体会万有引力定律在人类认识自然奥秘中的巨大作用，让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

教学

重点

1、掌握两种测量天体质量的思路与方法

2、会用已知条件求中心天体的质量

教学

难点

应用万有引力定律解决实际问题

教学

资源

多媒体课件辅助（图片，演示动画，视频）

教法

学法

启发引导自主探究合作讨论

课时

安排

一课时

教学

流程

图

（一）创设情境，设疑引入

（二）自主探究，展示成果

（三）合作交流，归纳结论一

（四）分析结论，深化理解

（五）改变条件，深入探究

（六）合作交流，归纳结论二

（七）创新应用，拓展升华

（八）读看结合，体会成就

（九）归纳小结，强化思路

教学过程设计

教学流程

教学内容

教师活动

学生活动

资源安排

设计意图

创设

情境

设疑

引入

课

前

引

入

播放课件：

太阳系图片，以及太阳系八大行星运转情况视频。

问：

太阳坐在其宝座上，所有行星都围绕太阳运转，同学们能否用学过的知识测出太阳的质量呢？

阿基米德在研究杠杆原理后，曾经说过一句名言:

“给我一个支点，我可以撬动地球。

”那么地球的质量到底有多少？

如何“称量”地球的质量呢？

板书：

万有引力理论的成就

观看课件

思考

课件展示太阳系图片及八大行星运转动画

通过观看课件和对这几个问题的思考,激发学生的学习兴趣，同时让学生对本课的内容在整体上有一定的认识和了解

自主

探究

展示成果

合作交流

得出结论一

分析结论

深化理解

改变条件

深入探究

合作交流归纳结论二

创新应用拓展升华

读看结合体会成就

万有引力理论的成就一：

计算天体的质量

第一种方法：

利用万有引力提供向心力

第二种方法：

利用万有引力等于重力

万有引力理论成就的运用二：

发现未知天体

1.提出问题：

已知行星的有有关数据，如何求出太阳的质量？

2、投影展示学生探究成果，并引导学生对成果进行讨论。

3.根据课本，动画演示八大行星绕太阳运动，结合开普勒第三定律对计算结果进行讨论（用不同行星计算出来的太阳的质量是否能够保证一致）

4．板书测量天体质量的第一种方法：

5.引导学生探究：

如何测地球的质量。

6．提问“刚才的方法计算

地球的质量需要依靠月球的运动规律，如果没有月球怎么办？

7．发射卫星太麻烦，有没有更简便的方法，使我们能在地球上就直接知道地球的质量？

请同学们快速阅读课本38页“科学真是迷人”，找出这种方法。

8.与学生一起学习这种方法：

地面上物体的重力等于地球对物体的引力,即

由

得到：

说明：

这种方法不考虑地球自转的影响。

9.思考如何测量地球的密度?

10.请同学们阅读课文“发现未知天体”部分的内容，并思考下列问题：

（1）万有引力理论在天文学上还有什么应用

（2）人们利用万有引力理论发现了那些天体？

12.播放一段简要介绍发现天王星和海王星的视频

13.老师小结：

万有引力定律的发现，为天文学的发展起到了积极的作用，用它可以来计算天体的质量，同时还可以来发现未知天体.除此之外万有引力定律的发现还有很多其他方面的运用，比如人造地球卫星的发射等，有兴趣的同学下去查阅资料，大家来一起分享。

1.阅读课本“计算天体的质量”的内容，自主探究利用万有引力提供向心力测太阳质量的方法。

2、观看并思考其他同学的探究成果，分小组进行讨论交流，总结计算天体质量的第一种方法（利用万有引力提供向心力的方法）。

3．学生共同讨论，得出“用不同行星计算出来的太阳的质量是否能够保证一致”并说出自己的理由。

4.分析，讨论得出规律：

只能求出中心天体的质量，而不能求出绕行天体的质量

5.学生：

可利用万有引力提供向心力，然后根据月球围绕地球转的来计算地球的质量

6．学生大多会答“还有人造地球卫星”

7.学生阅读找出答案：

利用万有引力等于重力来求解地球的质量

8.代入数据计算出地球的质量，与刚才计算结果比较,结果一致。

9.共同参与设计和讨论，得出结论。

10.学生：

阅读课文，从课文中找出相应的答案：

发现未知天体

学生：

天王星和海王星

12．观看视频

动画演示八大行星绕太阳运动的动画

课件展示计算过程

播放天王星、海王星的相关视频

增强同学的阅读理解和分析、归纳自主探究能力。

让学生学会“举一反三”，自我归纳

学会知识迁移，加深对开普勒第三定律的认识

由浅入深，循序渐进的启发式教学，激活同学内在的求知欲，引导同学积极思考，独立探究。

让学生发散思维，学会探究性思考

过师生互动,总结点评得出正确结论，掌握求解中心天体质量的方法，突出重点，突破难点，达到教学目的。

创新应用，深化学生对运用万有引力定律处理天体问题思路的理解。

通过预测海王星、冥王星直至发现的过程,渗透物理学史的思想教育,体会万有引力理论在人类探索和发现太空中的伟大作用的成就。

归纳小结强化思路

回顾梳理本节课所学内容。

万有引力定律的发现有着重要的物理意义：

它对物理学、天文学的发展具有深远的影响；对科学文化发展起到了积极的推动作用，解放了人们的思想，给人们探索自然的奥秘建立了极大信心，使人们有能力理解天地间的各种事物。

请同学们一起回顾一下，这节课我们都学习了万有引力理论的哪些成就。

请学生自己总结回顾本节课所学内容。

让学生自己总结所学知识，构建他们自己的知识框架,培养学生概括总结能力。

布置作业

P40页的问题与练习：

1、2、3、4

板书设计

6.4万有引力理论的成就

一．计算天体的质量

方法一：

利用万有引力提供向心力，即F万=F向：

注意：

此种方法只能求出中心天体的质量，而不能求出绕行天体的质量

方法二：

利用万有引力等于重力，即F万=G

注意：

此种方法不考虑地球的自转

二．发现未知天体

《万有引力理论的成就》教学设计

江门市棠下中学　陈克

　　背景分析：

学生们已经学习了由牛顿发现的万有引力定律，也清楚了由卡文迪许测量出来的引力常量。

学生们也有地理基础，明白地球有公转和自转，地球公转周期大约是一年，自转周期大约是一天。

　　【教学目标】

（一）知识与技能

　　1．了解万有引力定律在天文学上的重要应用。

　　2．会用万有引力定律计算天体质量。

　　3．理解并运用万有引力定律处理天体问题的思路和方法。

（二）过程与方法

　　1．通过万有引力定律推导出计算天体质量的公式。

　　2．了解天体中的知识。

　　（三）情感、态度与价值观

　　体会万有引力定律在人类认识自然界奥秘中的巨大作用，让学生懂得理论来源于实践。

　　【教学重点】

　　1．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。

　　教师启发、引导，学生自主阅读、思考，讨论、交流学习成果。

　　【教学工具】

　　课件、计算机、地球仪、投影仪等多媒体教学设备。

　　【教学过程】

　　一、引入新课

　　教师活动：

上节我们学习了万有引力定律的有关知识，现在请同学们回忆一下，万有引力定律的内容及公式是什么？

公式中的G又是什么？

G的测定是谁完成的？

　　学生活动：

思考并回答上述问题：

　　内容：

自然界中任何两个物体都是相互吸引的，引力的大小跟这两个物体的质量的乘积成正比，跟它们的距离的平方成反比。

　　公式：

F=G．

　　公式中的G是引力常量，它在大小上等于质量为1kg的两个物体相距1m时所产生的引力大小，经测定其值为6．67×10—11N·m2/kg2。

G的测定是由卡文迪许完成的。

　　教师活动：

（播音部分）牛顿（1643—1727）是英国著名的物理学家、数学家和天文学家，是十七世纪最伟大的科学巨匠。

牛顿一生对科学事业所做的贡献，遍及物理学、数学和天文学等领域。

牛顿在物理学上最主要的成就，是创立了经典力学的基本体系，对于光学，牛顿致力于光的颜色和光的本性的研究，也作出了重大贡献。

牛顿在数学方面，总结和发展了前人的工作，提出了“流数法”，建立了二项式定理，创立了微积分。

在天文学方面，牛顿发现了万有引力定律，创制了反射望远镜，并且用它初步观察到了行星运动的规律。

　　上面用了两个字“发现”，不是发明！

正如幼儿园有一个小朋友造句：

我爸爸发现了我的妈妈，然后发明了我。

　　万有引力发现后，再经过了一百多年，才确定引力常量。

卡文迪许扭秤的主要部分是一个轻而坚固的T型架，倒挂在一根金属丝的下端。

T形架水平部分的两端各装一个质量是m的小球，T形架的竖直部分装一面小平面镜M，它能把射来的光线反射到刻度尺上，这样就能比较精确地测量金属丝的扭转。

他测定了引力常量。

这也提供了我们测量微小物体质量的方法。

古代，曹操的儿子曹冲利用浮力称出了大象的质量。

那我们现在有没有可能利用已知的知识来称地球呢？

　　二、进行新课

（一）“科学真实迷人”

　　教师活动：

引导学生阅读教材“科学真实迷人”部分的内容，思考问题［投影出示］：

　　1．推导出地球质量的表达式，说明卡文迪许为什么能把自己的实验说成是“称量地球的重量”？

　　2．设地面附近的重力加速度g=9．8m/s2，地球半径R=6．4×106m，引力常量G=6．67×10-11Nm2/kg2，试估算地球的质量。

　　学生活动：

阅读课文，推导出地球质量的表达式，在练习本上进行定量计算。

　　教师活动：

由于地球自转非常慢，一天只转了一圈，所以对应的自转偏向力很小。

在这里，我们忽略不计。

投影学生的推导、计算过程，一起点评。

　　kg

　　重力加速度与高度的变化：

若物体静止在距离地面高为h的高空

（二）计算天体的质量

　　教师活动：

（课件展示太阳系里面的星体的美丽图片）

　　引导学生阅读教材“天体质量的计算”部分的内容，同时考虑下列问题［投影出示］：

　　1．应用万有引力定律求解天体质量的基本思路是什么？

　　2．求解天体质量的方程依据是什么？

　　学生活动：

学生阅读课文第一部分，从课文中找出相应的答案。

　　1．求解天体质量的基本思路是：

根据环绕天体的运动情况，求出其向心加速度，然后根据万有引力充当向心力，进而列方程求解．

　　2．从前面的学习知道，天体之间存在着相互作用的万有引力，而行星（或卫星）都在绕恒星（或行星）做近似圆周的运动，而物体做圆周运动时合力充当向心力，故对于天体所做的圆周运动的动力学方程只能是万有引力充当向心力，这也是求解中心天体质量时列方程的根源所在。

　　教师活动：

引导学生深入探究

　　请同学们结合课文知识以及前面所学匀速圆周运动的知识，加以讨论、综合，然后思考下列问题［投影出示］。

学生代表发言。

　　1．天体实际做何运动？

而我们通常可认为做什么运动？