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1、万有引力理论的成就教学设计江西省分宜中学 刘懿背景分析：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。教材分析：本节教学要求学生体会万有引力定律经受实践的检验，取得了很大的成功；理解万有引力理论的巨大作用和价值，对它在科学史上所产生的重大影响是无论怎样估计也是不过分的。本节是“应用+检验”性的内容，着重讲清应用思路。重点要使学生深刻体会科学定律对人类探索未知世界的作用，激起学生对科学探究的兴趣，培养热爱科学的情感。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
2、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【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
3、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。【教学重点】1行星绕太阳的运动的向心力是
4、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。【教学用具】1.给同学们准备一些相关资料；2.教师自制的多媒体课件；视频课件月球、人造卫星围绕地球的运动、太阳系八大行星围绕太阳的运动。【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。1.播放视频课件月球、人造卫星围绕地球的运动、太阳系八大行星围绕太阳的运动2.万有引力定律揭示了天体间相互作用的规律,
5、 是研究天体运动的重要理论基础.万有引力定律的发现对天文学的发展起到了很大的推动作用,取得了重大的成就. 下面我们举例来说明万有引力定律在天文学上的应用.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=98m/s2，地球半径R =64106m，引力常量G=66710-11 Nm2/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
6、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：讨论，得出答案。学生代表发言。1天体实际运动是沿椭圆轨道运动的，而我们通常情况下可以把它的运动近似处理为圆形轨道，即认为天体在做匀速圆周运动。2在研究匀速圆周运动时，为了描述其运动特征，我们引进了线速度v，角速度，周期T三个物理量。
7、3根据环绕天体的运动状况，a心=42r/T24应用天体运动的动力学方程万有引力充当向心力，结合圆周运动向心加速度方程，即从上述动力学方程的表述中，可得到相应的天体质量表达形式：M=42r3/GT2同理可得：M=v2r/G 或者M=2r3/G上述三种表达式分别对应在已知环绕天体的线速度v，角速度，周期T时求解中心天体质量的方法。以上各式中M表示中心天体质量，m表示环绕天体质量，r表示两天体间距离，G表示引力常量。5从以上各式的推导过程可知，利用此法只能求出中心天体的质量，而不能求环绕天体的质量，因为环绕天体的质量同时出现在方程的两边，已被约掉。师生互动：从上面的学习可知，在应用万有引力定律求解天
8、体质量时，只能求解中心天体的质量，而不能求解环绕天体的质量。而在求解中心天体质量的三种表达式中，最常用的是已知周期求质量的方程。因为环绕天体运动的周期比较容易测量。老师讲授：几种常用的求密度的方法1.根据环绕天体绕中心天体表面转动时2.根据环绕天体绕中心天体在以某高度转动时3.已知中心天体的半径和表面重力加速度时（三）发现未知天体教师活动：请同学们阅读课文“发现未知天体”部分的内容，考虑以下问题投影出示：1应用万有引力定律除可估算天体质量外，还可以在天文学上有何应用？2应用万有引力定律发现了哪些行星？学生活动：阅读课文，从课文中找出相应的答案：1应用万有引力定律还可以用来发现未知的天体。2海王
9、星、冥王星就是应用万有引力定律发现的。教师活动：投影海王星照片与它的地貌照片引导学生深入探究：人们是怎样应用万有引力定律来发现未知天体的？发表你的看法。学生活动：讨论并发表见解。人们在长期的观察中发现天王星的实际运动轨道与应用万有引力定律计算出的轨道总存在一定的偏差，所以怀疑在天王星周围还可能存在有行星，然后应用万有引力定律，结合对天王星的观测资料，便计算出了另一颗行星的轨道，进而在计算的位置观察新的行星。教师点评：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三、课堂总结、点评教师活动：1处理天体运动问题的关键是：万有引力提供做匀速圆周运动所需的向心力。2忽略地球自转,物体所受重力等于地球对物体的引力。学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。教师要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架。【教学体会】思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花，水中月。
