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1、万有引力定律的应用第一课时【教育目标】一、知识目标 1了解万有引力定律的重要应用。2会用万有引力定律计算天体的质量。 3掌握综合运用万有引力定律和圆周运动等知识分析具体问题的基本方法。二、能力目标 通过求解太阳、地球的质量，培养学生理论联系实际的能力。三、德育目标 利用万有引力定律可以发现未知天体，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。【重点、难点】一、教学重点 对天体运动的向心力是由万有引力提供的理解二、教学难点 如何根据已有条件求中心天体的质量【教具准备】太阳系行星运动的挂图和FLASH动画、PPT课件等。【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
2、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.把天体(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，讨论卫星的速度、角速度、周期及半径等问题.2.在地面附近把万有引力看成物体的重力，即F引=mg.主要用于计算涉及重力加速度的问题。这节内容是这一章的重点，这是万有引力定律在实际中的具体应用.主要知识点就是如何求中心体质量及其他应用，还是可发现未知天体的方法。【教学思路设计】本节教学
3、是本章的重点教学章节，用万有引力定律计算中心天体的质量，发现未知天体显示了该定律在天文研究上的重大意义。本节内容有两大疑点：为什么行星运动的向心力等于恒星对它的万有引力？卫星绕行星运动的向心力等于行星对它的万有引力？我的设计思想是，先由运动和力的关系理论推理出行星(卫星)做圆周运动的向心力来源于恒星(行星)对它的万有引力，然后通过理论推导，让学生自行应用万有引力提供向心力这个特点来得到求中心天体的质量和密度的方法，并知道在具体问题中主要考虑哪些物体间的万有引力；最后引导阅读相关材料了解万有引力定律在天文学上的实际用途。本节课我采用了“置疑启发自主”式教学法。教学中运用设问、提问、多媒体教学等综
4、合手段，体现教师在教学中的主导地位。同时根据本节教材的特点，采用学生课前预习、查阅资料、课堂提问；师生共同讨论总结、数理推导、归纳概括等学习方法，为学生提供大量参与教学活动的机会，积极思维，充分体现教学活动中学生的主体地位。【教学过程设计】一、温故知新，引入新课教师：1、物体做圆周运动的向心力公式是什么？2、万有引力定律的内容是什么，如何用公式表示？3、万有引力和重力的关系是什么？重力加速度的决定式是什么？【引导学生观看太阳系行星运动挂图和FLASH动画】教师：根据前面我们所学习的知识，我们知道了所有物体之间都存在着相互作用的万有引力，而且这种万有引力在天体这类质量很大的物体之间是非常巨大的。
5、那么为什么这样巨大的引力没有把天体拉到一起呢？【设疑过渡】教师：由运动和力的关系来解释：因为天体都是运动的，比如恒星附近有一颗行星，它具有一定的速度，根据牛顿第一定律，如果不受外力，它将做匀速直线运动。现在它受到恒星对它的万有引力，将偏离原来的运动方向。这样，它既不能摆脱恒星的控制远离恒星，也不会被恒星吸引到一起，将围绕恒星做圆周运动。此时，行星做圆周运动的向心力由恒星对它的万有引力提供。本节课我们就来学习万有引力在天文学上的应用。二、明确本节目标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的质量。 3掌握综合运用万有引力定律和圆周运动等知识分析具体问题的基本方法。三、重
6、点、难点的学习与目标完成过程1理论思想的建立教师：通过前面学过的知识和刚才的理论推测，我们研究天体运动的基本方法是什么？学生：(思考后回答)应该抓住恒星对行星的万有引力做行星圆周运动的向心力这一根本点去进行处理。教师：(大屏幕投影动画，加深学生感性认识和理解能力)教师：能否用我们学过的圆周运动知识求出天体的质量和密度呢？【自然过渡，进入定量运算过程】2天体质量的计算教师：如果我们知道了一个卫星绕行星运动的周期，知道了卫星运动的轨道半径，能否求出行星的质量呢？学生：由物体做圆周运动的动力学条件，列式可求。教师：此时知道行星的圆周运动周期，其向心力公式用哪个好呢？【引导学生自行推导，然后在大屏幕上
7、演示推导过程】设行星的质量为m.根据万有引力提供行星绕太阳运动的向心力，有：F向=F万有引力=即教师：这个质量表示的是做圆周运动的行星的质量吗？学生：是中心天体的质量。【讨论】1、要计算太阳的质量，你需要哪些数据？ 2、要计算地球的质量，你需要哪些数据？3天体密度的计算教师：能否用推导出中心天体的密度呢？【提示】想一想，天体的体积容易求解出来吗？【教师在学生思考后利用大屏幕演示推导方法】教师：从实际情况来考虑，有什么更好的方法来进行测量吗？学生：公式里的r和R如果能约掉，即让卫星绕行星贴着表面运动即可。总结：方法是发射卫星到该天体表面做近地运转，测出绕行周期3实例应用：海王星、冥王星的发现 让
8、学生阅读教材内容，认识万有引力定律在天文学上的实际应用。四、课堂练习1、本节第二节介绍牛顿如何在开普勒第三定律的基础上推导出万有引力的思路。通过本节的学习，请证明，所有行星绕太阳运转其轨道半径的立方和运转周期的平方的比值即r3/T2是一个常量。2、密封舱在离月球表面112km的空中沿圆形轨道运行，周期是120.5min，月球的半径是1740km，根据这些数据计算月球的质量和平均密度。3、已知火星的半径是地球的半径的一半，火星的质量是地球的质量的1/10.如果在地球上质量为60kg的人到火星上去，问: 在火星表面上人的质量多大？重量多少？火星表面的重力加速度多大？设此人在地面上能跳起的高度为1.
9、6m，则他在火星上能跳多高？这个人在地面上能举起质量为60kg的物体， 他在火星上可举起质量多大的物体？ 答案：1、略 2、M=7.191022kg，=3.26103kg/m33、(1)质量60kg， 重量240N；(2)4N/s2； (3)4m ； (4)150kg五、小结本节课我们学习了万有引力定律在天文学上的应用，计算天体的质量和密度的方法是F引 = F向求得的结果，另外，根据天体质量的计算结果讨论1、从理论上验证了开普勒经验公式：的正确性。2、如果知道中心天体的质量M，也可以预测绕其运动的行星或卫星的运动情况。【板书设计】【素质能力训练】1、两颗靠得很近的行星，必须各以一定的速度绕它们
10、连线上某一点转动，才不至于由于万有引力的作用而将它们吸引到一起。以知这两颗行星的质量分别为m1、m2，相距为L，讨论这两颗行星运动的周期、运动半径有什么关系？求出它们的转动周期。2.已知下面的数据，可以求出地球质量M的是(引力常数G是已知的)A.月球绕地球运行的周期T1及月球到地球中心的距离R1B.地球“同步卫星”离地面的高度C.地球绕太阳运行的周期T2及地球到太阳中心的距离R2D.人造地球卫星在地面附近的运行速度v和运行周期T33、地球和月球的质量之比为811，半径之比为41，求：(1)地球和月球表面的重力加速度之比(2)在地球上和月球上发射卫星所需最小速度之比.4、用火箭把宇航员送到月球上
11、，如果已知月球半径，他用一个弹簧秤和一已知质量的砝码，能否测出月球的质量？如何测定？答案：1：两颗行星靠得很近，它们绕连线上的某点作圆周运动，万有引力等于它们的向心力，它们的运动周期相等，则它们的质量和半径的乘积相同，即 m1r1 = m2r2 且 r1 + r2 = L所以 2、AD 3、(1)8116(2)92 4、能，略第二课时一、教学目标1通过对行星绕恒星的运动及卫星绕行星的运动的研究，使学生初步掌握研究此类问题的基本方法：万有引力作为物体做圆周运动的向心力。2使学生对人造地球卫星的发射、运行等状况有初步了解，使多数学生在头脑中建立起较正确的图景。二、重点、难点分析1天体运动的向心力是
12、由万有引力提供的，这一思路是本节课的重点。2第一宇宙速度是卫星发射的最小速度，是卫星运行的最大速度，它们的统一是本节课的难点。三、教具自制同步卫星模型。四、教学过程(一)引入新课1复习提问：(1)物体做圆周运动的向心力公式是什么？分别写出向心力与线速(2)万有引力定律的内容是什么？如何用公式表示？(对学生的回答予以纠正或肯定。)(3)万有引力和重力的关系是什么？重力加速度的决定式是什么？(学生回答：地球表面物体受到的重力是物体受到地球万有引力的一个分力，但这个分力的大小基本等于物体受到地球的万有引力。如不全面，教师予以补充。)2引课提问：根据前面我们所学习的知识，我们知道了所有物体之间都存在着
13、相互作用的万有引力，而且这种万有引力在天体这类质量很大的物体之间是非常巨大的。那么为什么这样巨大的引力没有把天体拉到一起呢？(可由学生讨论，教师归纳总结。)因为天体都是运动的，比如恒星附近有一颗行星，它具有一定的速度，根据牛顿第一定律，如果不受外力，它将做匀速直线运动。现在它受到恒星对它的万有引力，将偏离原来的运动方向。这样，它既不能摆脱恒星的控制远离恒星，也不会被恒星吸引到一起，将围绕恒星做圆周运动。此时，行星做圆周运动的向心力由恒星对它的万有引力提供。(教师边讲解，边画板图。)可见万有引力与天体的运动密切联系，我们这节课就要研究万有引力定律在天文学上的应用。板书：万有引力定律在天文学上的应
14、用人造卫星(二)教学过程1研究天体运动的基本方法刚才我们分析了行星的运动，发现行星绕恒星做圆周运动，此时，恒星对行星的万有引力是行星做圆周运动的向心力。其实，所有行星绕恒星或卫星绕行星的运动都可以基本上看成是匀速圆周运动。这时运动的行星或卫星的受力情况也非常简单：它不可能受到弹力或摩擦力，所受到的力只有一种万有引力。万有引力作为其做圆周运动的向心力。板书：F万=F向下面我们根据这一基本方法，研究几个天文学的问题。(1)天体质量的计算如果我们知道了一个卫星绕行星运动的周期，知道了卫星运动的轨道半径，能否求出行星的质量呢？根据研究天体运动的基本方法：万有引力做向心力，F万=F向(指副板书)此时知道
15、卫星的圆周运动周期，其向心力公式用哪个好呢？等式两边都有m，可以约去，说明与卫星质量无关。我们就可以得(2)卫星运行速度的比较下面我们再来看一个问题：某行星有两颗卫星，这两颗卫星的质量和轨道半径都不相同，哪颗卫星运动的速度快呢？我们仍然利用研究天体运动的基本方法：以万有引力做向心力F万=F向设行星质量为M，某颗卫星运动的轨道半径为r，此卫星质量为m，它受到行星对它的万有引力为(指副板书)于是我们得到等式两边都有m，可以约去，说明与卫星质量无关。于是我们得到从公式可以看出，卫星的运行速度与其本身质量无关，与其轨道半径的平方根成反比。轨道半径越大，运行速度越小；轨道半径越小，运行速度越大。换句话说，离行星越近的卫星运动速度越大。这是一个非常有用的结论，希望同学能够给予重视。(3)海王星、冥王星的发现刚才我们研究的问题只是实际问题的一种近似，实际问题要复杂一些。比如，行星绕太阳的运动轨道并不是正圆，而是椭圆；
