物理②必修6.4《萬(wàn)有引力理論的成就》教案

1、.6.4 萬(wàn)有引力理論的成就教學(xué)目的一、知識(shí)與技能1理解萬(wàn)有引力定律在天文學(xué)上的重要應(yīng)用。2會(huì)用萬(wàn)有引力定律計(jì)算天體質(zhì)量。3理解并運(yùn)用萬(wàn)有引力定律處理天體問(wèn)題的思路和方法。二、過(guò)程與方法1通過(guò)萬(wàn)有引力定律推導(dǎo)出計(jì)算天體質(zhì)量的公式。2理解天體中的知識(shí)。三、情感、態(tài)度與價(jià)值觀體會(huì)萬(wàn)有引力定律在人類(lèi)認(rèn)識(shí)自然界奧秘中的宏大作用，讓學(xué)生懂得理論來(lái)源于理論，反過(guò)來(lái)又可以指導(dǎo)理論的辯證唯物主義觀點(diǎn)。教學(xué)重點(diǎn)1行星繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)的向心力是由萬(wàn)有引力提供的。2會(huì)用條件求中心天體的質(zhì)量。教學(xué)難點(diǎn)根據(jù)中心天體對(duì)環(huán)繞它運(yùn)動(dòng)的行星的萬(wàn)有引力提供向心力計(jì)算中心天體的質(zhì)量時(shí)，熟知并掌握計(jì)算天體質(zhì)量的不同表達(dá)式，在詳細(xì)問(wèn)題中可

2、以從多種表達(dá)式中挑選適宜的形式進(jìn)展計(jì)算。教學(xué)過(guò)程一、導(dǎo)入新課提問(wèn)：阿基米德曾經(jīng)說(shuō)過(guò)一句名言“給我一個(gè)支點(diǎn)，我可以撬動(dòng)地球。給你一架天平，是否可以測(cè)量地球的質(zhì)量？我們?nèi)绾慰梢缘玫降厍虻馁|(zhì)量，通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí)就能解決這個(gè)問(wèn)題。二、新課教學(xué)一“科學(xué)真是迷人老師活動(dòng)：引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材“科學(xué)真實(shí)迷人部分的內(nèi)容，考慮以下問(wèn)題：1. 地面上的物體受到幾個(gè)力的作用？2. 假設(shè)忽略地球自轉(zhuǎn)的影響，這幾個(gè)力有什么關(guān)系？3. 寫(xiě)出地球質(zhì)量的表達(dá)式并說(shuō)出式中各量的意義。4. 這種測(cè)量地球質(zhì)量的方法所利用的物理規(guī)律是什么？學(xué)生活動(dòng)：閱讀教材并小組討論，初步得到上面問(wèn)題的答案。老師活動(dòng)：找小組同學(xué)代表答復(fù)以下問(wèn)題，其他組

3、同學(xué)對(duì)答案進(jìn)展評(píng)價(jià)并補(bǔ)充。老師通過(guò)總結(jié)，讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)定律對(duì)人類(lèi)探究未知世界的作用，激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲。老師總結(jié)： 科學(xué)確實(shí)非常迷人。它把看似不可能的問(wèn)題變?yōu)榭赡堋?物理是一門(mén)應(yīng)用科學(xué)，學(xué)習(xí)物理學(xué)的目的就是探究研究未知世界客觀規(guī)律，從而更好的開(kāi)發(fā)利用大自然。老師提出問(wèn)題：根據(jù)測(cè)地球質(zhì)量的思路和方法以及前面所學(xué)知識(shí)，同學(xué)們能否想一下方法計(jì)算太陽(yáng)的質(zhì)量呢？二計(jì)算天體的質(zhì)量老師活動(dòng)：引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材“天體質(zhì)量的計(jì)算部分的內(nèi)容，同時(shí)考慮以下問(wèn)題：1.行星繞太陽(yáng)做什么運(yùn)動(dòng)？中學(xué)階段怎樣處理？2.行星的向心力是由什么力提供的？3.行星的質(zhì)量m、公轉(zhuǎn)的軌道半徑r和公轉(zhuǎn)的角速度，寫(xiě)出太陽(yáng)質(zhì)量的表達(dá)式。4

4、.根據(jù)向心加速度的不同表達(dá)形式，太陽(yáng)質(zhì)量還能有哪些表達(dá)形式？學(xué)生活動(dòng)：分組討論，得出答案。學(xué)生代表發(fā)言。1.天體實(shí)際運(yùn)動(dòng)是沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng)的，而我們通常情況下可以把它的運(yùn)動(dòng)近似處理為圓形軌道，即認(rèn)為天體在做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。2.天體所做的圓周運(yùn)動(dòng)，萬(wàn)有引力充當(dāng)向心力。3. G=m M=42r3/GT2。4.向心加速度的其它兩種常用表達(dá)形式：1a向= 2a向=2·r 天體質(zhì)量的常用其它兩種表達(dá)形式：1M=v2r/G 2M=2r3/G老師活動(dòng)：請(qǐng)同學(xué)們考慮下面三個(gè)問(wèn)題：1.土星和木星是太陽(yáng)的兩顆行星，它們的質(zhì)量分別為m1和m2，公轉(zhuǎn)半徑分別為r1和r2，公轉(zhuǎn)周期分別為T(mén)1和T2，試分別寫(xiě)出利用

5、土星和利用木星計(jì)算太陽(yáng)質(zhì)量的表達(dá)式。2.結(jié)合上題考慮：土星和木星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的周期和半徑是不同的，根據(jù)它們兩個(gè)分別算出的太陽(yáng)質(zhì)量一定一樣嗎？為什么？計(jì)算太陽(yáng)質(zhì)量一定需要知道行星的質(zhì)量嗎？3.利用月亮繞地球轉(zhuǎn)、地球繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)分別求出的是哪個(gè)天體的質(zhì)量？同學(xué)們能總結(jié)一下其中的規(guī)律和特點(diǎn)嗎？學(xué)生分析計(jì)算，小組討論，小組代表發(fā)言。老師總結(jié)：在應(yīng)用萬(wàn)有引力定律求解天體質(zhì)量時(shí)，只能求解中心天體的質(zhì)量，而不能求解環(huán)繞天體的質(zhì)量。根據(jù)萬(wàn)有引力提供向心力求解中心天體質(zhì)量時(shí)，環(huán)繞中心天體運(yùn)動(dòng)的天體的質(zhì)量被消去，所以不需要知道環(huán)繞天體的質(zhì)量，當(dāng)然也不能求環(huán)繞天體的質(zhì)量。三發(fā)現(xiàn)未知天體老師活動(dòng)：請(qǐng)同學(xué)們看視頻，考慮以下問(wèn)

6、題：1.應(yīng)用萬(wàn)有引力定律除可估算天體質(zhì)量外，還可以在天文學(xué)上有何應(yīng)用？2.應(yīng)用萬(wàn)有引力定律發(fā)現(xiàn)了哪些行星？學(xué)生活動(dòng)：看視頻，從視頻中找出相應(yīng)的答案。1.應(yīng)用萬(wàn)有引力定律還可以用來(lái)發(fā)現(xiàn)未知的天體。2.海王星、冥王星就是應(yīng)用萬(wàn)有引力定律發(fā)現(xiàn)的。老師活動(dòng)：引導(dǎo)學(xué)生深化探究。人們是怎樣應(yīng)用萬(wàn)有引力定律來(lái)發(fā)現(xiàn)未知天體的？發(fā)表你的看法。學(xué)生活動(dòng)：討論并發(fā)表見(jiàn)解。人們?cè)陂L(zhǎng)期的觀察中發(fā)現(xiàn)天王星的實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌道與應(yīng)用萬(wàn)有引力定律計(jì)算出的軌道總存在一定的偏向，所以疑心在天王星周?chē)€可能存在有行星，然后應(yīng)用萬(wàn)有引力定律，結(jié)合對(duì)天王星的觀測(cè)資料，便計(jì)算出了另一顆行星的軌道，進(jìn)而在計(jì)算的位置觀察新的行星。老師點(diǎn)評(píng)：萬(wàn)有引

7、力定律的發(fā)現(xiàn)，為天文學(xué)的開(kāi)展起到了積極的作用，用它可以來(lái)計(jì)算天體的質(zhì)量，同時(shí)還可以來(lái)發(fā)現(xiàn)未知天體。三、本課小結(jié)1. 地球外表，不考慮忽略地球自轉(zhuǎn)的影響，物體的重力近似等于萬(wàn)有引力地球質(zhì)量2. 建立模型求中心天體質(zhì)量圍繞天體做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力為中心天體對(duì)圍繞天體的萬(wàn)有引力，通過(guò)圍繞天體的運(yùn)動(dòng)半徑和周期求中心天體的質(zhì)量。中心天體質(zhì)量3. 萬(wàn)有引力定律對(duì)發(fā)現(xiàn)未知星體、探究浩瀚的宇宙世界具有理論引導(dǎo)的重要作用。四、課堂練習(xí)1.以下關(guān)于萬(wàn)有引力定律說(shuō)法正確的選項(xiàng)是 ABD 。A.萬(wàn)有引力定律是牛頓發(fā)現(xiàn)的B.萬(wàn)有引力定律適用于質(zhì)點(diǎn)間的互相作用C.中的是一個(gè)比例常數(shù)，沒(méi)有單位D.兩個(gè)質(zhì)量分布均勻的球體， 是

8、兩球心間的間隔 2.如下圖，兩球的半徑遠(yuǎn)小于，兩球質(zhì)量均勻分布，質(zhì)量為、，那么兩球間的萬(wàn)有引力大小為 D 。A B. C. D.3.關(guān)于萬(wàn)有引力定律的適用范圍，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是 D 。A.只適用于天體，不適用于地面物體B.只適用于質(zhì)點(diǎn)，不適用于實(shí)際物體C.只適用于球形物體，不適用與其他形狀的物體D.適用于自然界中任意兩個(gè)物體之間4.假如認(rèn)為行星圍繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，以下說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是 D 。A.行星同時(shí)受到太陽(yáng)的萬(wàn)有引力和向心力B.行星受到太陽(yáng)的萬(wàn)有引力，行星運(yùn)動(dòng)不需要向心力C.行星受到太陽(yáng)的萬(wàn)有引力與它運(yùn)動(dòng)的向心力不等D.行星受到太陽(yáng)的萬(wàn)有引力，萬(wàn)有引力提供行星圓周運(yùn)動(dòng)的向心力5.

9、蘋(píng)果落向地球，而不是地球向上運(yùn)動(dòng)碰到蘋(píng)果，產(chǎn)生這個(gè)現(xiàn)象的原因是 C 。A.由于地球?qū)μO(píng)果有引力，而蘋(píng)果對(duì)地球沒(méi)有引力造成的B.由于蘋(píng)果質(zhì)量小，對(duì)地球的引力小，而地球質(zhì)量大，對(duì)蘋(píng)果的引力大造成的C.蘋(píng)果與地球間的互相引力是相等的，由于地球質(zhì)量極大，不可能產(chǎn)生明顯加速度D.以上說(shuō)法都不對(duì)6.兩行星的質(zhì)量分別為和，繞太陽(yáng)運(yùn)行的軌道半徑分別是和，假設(shè)它們只有萬(wàn)有引力作用，那么這兩個(gè)行星的向心加速度之比 C 。A.1 B. C. D.7.地球繞地軸自轉(zhuǎn)時(shí)，對(duì)靜止在地面上的某一個(gè)物體，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是 CD 。A.物體的重力并不等于它隨地球自轉(zhuǎn)所需要的向心力B.在地面上的任何位置，物體向心加速度的大小都相等，方向都指向地心C.在地面上的任何位置，物體向心加速度的方向都垂直指向地球的自轉(zhuǎn)軸D.物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度隨著地球緯度的減小而增大8.某人質(zhì)量為50 kg，假設(shè)取9.8 m/s2，6.67×10-11 N·m2/kg2，地球半徑6.4&#