第六章第四节万有引力理论的成就教学设计.doc

第六章 第四节 万有引力理论的成就教学设计 海口市琼山中学 张 华课标分析： 本节课是在学习了万有引力定律的基础上，应用万有引力定律求解天体的质量和发现新的天体等，让学生感受万有引力定律经受了实践的检验及其取得的巨大成功，进而理解万有引力理论的巨大作用和价值。教材分析：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。本节是“应用+检验”性的内容，着重讲清应用思路，通过本节课的学习，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，培养学生热爱科学的情感。学习方法：学生要运用已有的概念和知识以及力和运动之间的关系，根据实际问题建立合理的物理模型，通过归纳总结、逻辑推理来解决问题。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的质量。过程与方法：1、 理解运用万有引力定律处理天体问题的思路、方法，体会科学定律的意义。2、 了解万有引力定律在天文学上的重要应用，理解并运用万有引力定律处理问题的思路方法。情感、态度与价值观：1、 通过测量天体的质量、预测未知天体的学习活动，体会科学研究方法对人类认识自然的重要作用，体会万有引力定律对人类探索和认识未知世界的作用。2、 通过对天体运动规律的认识，了解科学发展的曲折性，感悟科学是人类进步的动力。教学重难点：重点：运用万有引力定律和圆周运动公式计算天体的质量。难点：在具体的天体运动中应用万有引力定律解决问题。教学安排：1课时教学方法：问题驱动法、小组合作互动探究法教学资源：多媒体课件、学生学习导学案教学过程：教学设计教师活动学生活动设计意图一、导入新课 我们每一个人都生活在地球上，你知道地球有多重吗？怎样才能够称出地球的质量？可以用天平或杆秤来称物体的质量，它们可以用来称量地球的质量吗？ 英国科学家卡文迪许就找到了这样的“一杆秤”成为第一个测量地球质量的人，你知道他是如何“称出”地球质量的吗？阅读教材你会发现其中的秘密，下面我们就来看看卡文迪许是如何在实验室“称量”地球质量的。 学生阅读教材41页，思考交流通过称量地球质量这一话题引入新课，可以吸引学生并激发学生的学习兴趣二、新课教学创设情景1：设地面附近的重力加速度g取9.8m/s2 ，地球半径R=6.4106，引力常量G=6.6710-11Nm2/kg2，试估算地球的质量？分析：若不考虑地球自转的影响，地面上质量为m的物理所受的重力等于地球对物体的万有引力，则有mg=GMm/R2，其中M是地球的质量，R是地球的半径，于是有M=gR2/G,重力加速度g和地球的半径R在卡文迪许之前就知道了，一旦测得引力常量G，则可以算出地球质量。因此卡文迪许把自己的实验室称为“称量地球质量”的实验室是有道理的。拓展：1、 利用以上数据能否求出地球的密度？如果能请列出公式？2、 若已知月球表面的重力加速度g0和月球半径R0，求月球的质量和密度？阅读教材41页“科学真是迷人”，推导地球质量的表达式，在练习本上进行定量计算，估算出地球的质量。总结：求天体质量的方法一：根据重力加速度求天体质量，即：mg=GMm/R2通过创设情景，引导学生定量计算，进一步认识到引力常量的重要性和万有引力定律的重要作用三、计算中心天体的质量及密度【提出问题】我们还有其他计算地球质量的方法吗？请大家阅读教材，回答下面2个问题：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？归纳总结：1、 应用万有引力定律求解天体质量的基本思路：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、 天体之间存在着相互作用的万有引力，而行星都在绕恒星做近似圆周运动，而物体做圆周运动的向心力是由万有引力充当的，这就是求解中心天体质量列方程的根源。深入探究：请同学们结合教材知识以及以前学过的匀速圆周运动的知识，思考下面的问题：1、 天体实际做何运动？我们通常认为天体做什么运动？2、 描述圆周运动的物理量有哪些？3、 根据环绕天体的运动情况求解其向心加速度有几种方法？4、 应用天体运动的动力学方程万有引力充当向心力求出天体的质量有几种表达式？5、 应用此方法能否求出环绕天体的质量？结论2：求天体质量的方法二：根据环绕天体的圆周运动，即其向心力有万有引力提供。 创设情景2：已知地球的一颗人造卫星的运行周期为 T 、轨道半径为 r ，地球的半径 R ，求地球密度？拓展2 1、当卫星在行星表面做近地运行时，可近似认为 R = r，密度的表达式是什么？ 2、不同行星与太阳的距离 r 和绕太阳公转的周期 T 都是不同的，但是由不同行星的 r、T 计算出来的太阳质量必须是一样的！这个公式能保证这一点吗？课堂练习：1、已知引力常量G和下列各组数据，能计算出地球质量的是( BCD ) A地球绕太阳运行的周期及地球离太阳的距离 B月球绕地球运行的周期及月球离地球的距离 C人造地球卫星在地面附近绕行的速度和运行周期D若不考虑地球自转，已知地球的半径及重力加速度2、宇航员站在一个星球表面上的某高处h自由释放 一小球，经过时间t落地，该星球的半径为R，求该星球的质量？阅读教材，独立思考，然后小组内互动交流先独立思考，然后小组内交流讨论并发表见解归纳总结：1、 天体实际运动是椭圆轨道运动的，而我们通常情况下可以把它的运动轨道处理为圆形轨道，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，我们还引入了线速度、角速度和周期三个物理量。3、 根据环绕天体的运动状况，求解向心加速度有三种方法：;4、 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的三种形式列方程，求解即可得出中心天体质量。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。学生独立思考、计算地球质量的方法。启发学生思考并在教师设问中，自主阅读教材，做到有的放矢，最后引导学生讨论总结回答问题，增强学生的科学表达能力。通过设计的一系列问题引导学生思考讨论，提高学生的分析能力、合作能力，并且让学生了解许多天体的质量就是用这种思路求得。学生根据这个情景锻炼利用万有引力定律求中心天体质量和密度的思路。四、发现未知天体请同学们阅读教材“发现未知天体”部分的内容，思考以下问题：1、 应用万有引力定律除可估算天体质量外，天文学上还有何应用？2、 应用万有引力定律发现了哪些天体？3、 人们是怎样应用万有引力定律来发现未知天体的？请发表你的看法？归纳总结：1、 应用万有引力定律还可以用来发现未知天体。2、 海王星、冥王星就是应用万有引力定律发现的。3、 人们在长期的观察中发现天王星的实际运行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，计算出了另一颗行星的轨道，后来在计算的位置观察到了新的行星。 万有引力定律的发现，为天文的发展起到了积极的作用，用它可以来计算天体的质量，同时还可以发现未知天体。阅读教材，从教材中找出相应的答案，小组内交流讨论、发表见解。学生通过阅读教材体会万有引力定律对人类探索未知天体的作用，激起学生对科学探究的兴趣，培养热爱科学的情感。五、课堂小结请大家参照学案，总结本节课学习的内容。1、 求天体质量的两条思路： 认真总结概括本节内容，并交流本节课的体会。在学生讨论与互评中总结所学内容，从而建构自己的知识框架，进而培养学生概括总结能力。六、课后作业1、教材43页3、4题2、完成学案 课外探究作业：1、 设行星绕恒星的运动轨道是圆，则其运行周期T的二次方与其运行轨道半径R的三次方之比为常数，即，那么K的大小决定于（ ）.只与行星质量有关B.只与恒星质量有关C.与恒星及行星的质量都有关D.与恒星的质量及行星的速率有关2、 用火箭把宇航员送到月球上，如果他已知月球的半径，那么，他用一个弹簧测力计和一个已知质量的砝码，能否测出月球的质量？ 应该怎样测定？3.宇航员在某星球的表面,将一小球从离地面h高处以初速度v0水平抛出，抛出后小球落地点与抛出点的水平位移为s，若该星球的半径为R，引力常量为G，求该星球的密度？4.空间两行星组成双星，它们在相互之间的万有引力作用下，绕连线上某点做周期相同的匀速圆周运动，现测得两行星中心距离为R，其周期为T，求两行星的总质量?课外阅读有关海王星和冥王星的介绍，并完成课外探究作业，以强化本节课所学知识点。提高学生学以致用的能力，并锻炼学生结合已有的知识解决新问题的能力。七、课后反思4