万有引力理论成就 教学设计与反思

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《万有引力理论的成就 》教学设计与反思

**_*学物理组 李某某

教材分析

??? 本节课是《万有引力定律》之后的一节，内容是万有引力在天文学上的应用。教材主要安排了“科学真是迷人”、“计算天体质量”和“发现未知天体”三个标题性内容。学生通过这一节课的学习，一方面对万有引力的应用有所熟悉，另一方面通过卡文迪许“称量地球的质量”和海王星的发现，促进学生对物理学史的学习，并借此对学生进行情感、态度、价值观的学习。

一、教学目标 　　

1、知识结构 　

(1)了解地球表面物体的万有引力两个分力的大小关系，计算地球质量; 　　(2)行星绕恒星运动、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，会用万有引力定律计算天体的质量; 　　(3)了解万有引力定律在天文学上有重要应用。 　　

2.方法与价值观：　(1)培养学生归纳总结建立模型的能力与方法。

（2）通过了解我国天文观测技术的发展，激发学习的兴趣，养成热爱科学的情感。

二、教学重点 　　地球质量的计算、太阳等中心天体质量的计算。 　　

三、教学难点 　　根据已有条件求中心天体的质量。 　　

四、教学工具 　　多媒体、板书 　　

五、教学过程

（一）、图片欣赏复习引入

通过几张宇宙图片的欣赏，学生体验宇宙中螺旋的共同特点，万有引力提供向心力是天体都遵循的规律。那么，万有引力定律在天体运动中还有哪些具体的应用呢？让我们一起进入本章《万有引力理论的成就》的学习。

（二）天体质量的计算

1、地球质量的计算 　　

①依据：地球表面的物体，若不考虑地球自转，物体的重力等于地球对物体的万有引力，得出 M=gR^2/G　

②结论： 只要知道g、R的值，就可计算出地球的质量. 　　

2、太阳质量的计算 　　①依据：质量为m的行星绕太阳做匀速圆周运动时，行星与太阳间的万有引力充当向心力，得出M=V^2r/G

②结论： 　只要知道卫星绕行星运动的周期T和半径r，就可以计算出行星的质量. 　　

3、思考判断 　　

(1)地球表面的物体，重力就是物体所受的万有引力.(XXXXX) 　

　(2)绕行星匀速转动的卫星，万有引力提供向心力.(√) 　　

(3)利用地球绕太阳转动，可求地球的质量.(XXXXX) 　　

4、探究交流 　　若已知月球绕地球转动的周期T和半径r，由此可以求出地球的质量吗?能否求出月球的质量呢? 　　

【提示】　利用地球为中心天体的质量，能求出地球的质量.；做圆周运动的月球的质量m在等式中已消掉，无法计算月球的质量. 　

（三）、物理学史? 展现人文魅力

?启示：一旦测出了引力常量G，那么就可以利用公式?得到地球的质量了。

???? 1798年，卡文迪许通过自己设计的扭秤实验，成功得到了引力常量的值。因此卡文迪许把自己的实验说成是“称量地球的重量”，是不无道理的。

而正是这段故事，让一个外行人、著名文学家马克XXXXX吐温满怀激情的说：“科学真是迷人。根据零星的事实，增添一点猜想，竟能赢得那么多的收获！”

(四)、课堂教学与反思

1、如何得到某一天体的质量？

设计说明：在这一问题中，老师提示了球体的体积公式，然后就把时间交给学生了。学生进行了积极的演算，可得到的答案有两种，一种是带有半径的，而另一种则是把半径约分掉的 。“为什么半径可以约掉呢？”这一问题又再一次促进了学生的思考。

（1）求天体质量的思路是什么? 　　

（2）求天体质量常有哪些方法? 　

（3）有了天体的质量，求密度?

解答：　（1）求天体质量的思路 　　绕中心天体运动的其他天体或卫星做匀速圆周运动，做圆周运动的天体(或卫星)的向心力等于它与中心天体的万有引力，利用此关系建立方程求中心天体的质量. 　

　（2）计算天体的质量 　　下面以地球质量的计算为例，介绍几种计算天体质量的方法： 　　1.若已知月球绕地球做匀速圆周运动的周期为T，半径为r，根据万有引力等于向心力，即 　　2.若已知月球绕地球做匀速圆周运动的半径r和月球运行的线速度v，由于地球对月球的引力等于月球做匀速圆周运动的向心力，根据牛顿第二定律，得 　　3.若已知月球运行的线速度v和运行周期T，由于地球对月球的引力等于月球做匀速圆周运动的向心力，根据牛顿第二定律，得 　　4.若已知地球的半径R和地球表面的重力加速度g，根据物体的重力近似等于地球对物体的引力，得 　　解得地球质量为

总结：不同条件下天体质量计算：

方法一：根据转动天体运动周期T和转动半径r计算(适合于有行星、卫星转动的中心天体

方法二：根据中心天体半径R和其表面的重力加速度g计算（适合于没有行星、卫星转动的中心天体）

注意：　转动天体的质量是求不出来的。只能求中心天体的质量。

(3)计算天体的密度 　　若天体的半径为R，则天体的密度XXXXX 　

　误区警示 　　

计算天体质量的方法不仅适用于地球，也适用于其他任何星体.注意方法的拓展应用.明确计算出的是中心天体的质量. 　　

要注意R、r的区分.R指中心天体的半径，r指行星或卫星的轨道半径.以地球为例，若绕近地轨道运行，则有R=r.

3、发现未知天体

?? 诺贝尔物理学奖获得者、物理学家冯某某说：“没有任何东西像牛顿引力理论对行星轨道的计算那样，如此有力的树立起人们对年轻物理学的尊敬。从此以后，这门自然科学成了巨大的精神王国XXXXXXXXXX”

基本知识 　　

(1)海王星的发现 　　英国剑桥大学的学生亚当斯和法国年轻的天文学家勒维耶根据天王星的观测资料，利用万有引力定律计算出天王星外“新”行星的轨道.1846年9月23日，德国的加勒在勒维耶预言的位置附近发现了这颗行星——海王星. 　

　(2)其他天体的发现 　　近100年来，人们在海王星的轨道之外又发现了冥王星、阋神星等几个较大的天体. 　

　2.思考判断 　　(1)海王星、冥王星的发现表明了万有引力理论在太阳系内的正确性.(√) 　　(2)科学家在观测双星系统时，同样可以用万有引力定律来分析.(√) 　　

3.探究交流 　　航天员翟志刚走出“神舟七号”飞船进行舱外活动时，要分析其运动状态，牛顿定律还适用吗? 　　

【提示】　适用.牛顿将牛顿定律与万有引力定律综合，成功分析了天体运动问题.牛顿定律对物体在地面上的运动以及天体的运动都是适用的. 　

(五)、课堂小结与反馈? 简单回顾本节课的教学内容

六、板书设计：????????????????? 第4节《万有引力理论的成就》

一、 图片欣赏，引入新课

二、 测中心天体的质量?????? 1.

??????????????? 2.

三、 卡文迪许——人文魅力

四、 应用???1.测天体密度

????????????????? 2.发现未知天体

七、教学效果：

??? 1、教学设计上创造性的使用教材，通过“学生成为宇航员驾驶宇宙飞船发现未知天体”的情境创设，让学生在极大的趣味中完成了本节中心内容的教学，学生的学习过程脉络清晰，同时物理学家的人文魅力学生也有一定的感知。

2、强化各种条件下的公式推导，让学生意识到物理原理的万变不离其宗。

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