高中物理第三章万有引力定律3万有引力定律的应用教案3教科版必修.doc

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第 3 节 万有引力定律的应用

教学准备：
多媒体设备一套：可供 PPT 课件播放、实物投影等．
教学过程：
环节一：创设情景引入课题
环节二：回顾行星发展史( 打出 PPT2)
教师：到底谁首次发现了水星、木星、金星、火星和土星已无从考察．但发现天王星、
海王星、冥王星的天文学家永远记载于历史史册中．
（板书） 一 、预言未知星体
教师：1781 年，威廉·赫歇尔借助自己制造的高倍天文望远镜，观测到了太阳系中的
一颗新行星 —— 天王星．（注：屏幕上打出威廉 · 赫歇尔照）
思考一： 人们发现天王星的实际轨道与由万有引力算出的理论轨道有较大的偏差，引
发了人们的各种猜想，你能举出一个印象较深刻的"猜想"吗？
教师 （引导学生猜想）：
（ 1 ）万有引力定律是错误的．
（ 2 ）天王星外还有一颗未知行星，它对天王星有较大的引力作用．
人们根据猜想（ 2 ），用万有引力定律计算出天王星外未知星体的轨道
半径 , 果然在所算出的位置发现海王 星—— 人们称它为"笔尖下发
现的行星"．
多媒体演示： PPT2 上按时间顺序打出三位海王星的发现者照片并介绍海王星的发现 在
过 程．
思考二： 你觉得勒威耶能发现新的行星 —— 海王星，最难能可贵的是什么？对你有
什么启？
学生活动：
思考三： 汤博用什么方法发现了第九颗行星 —— 冥王星？
（ PPT2 打出汤博照片，字幕：美国天文学家汤博 发现冥王星． ）
海王星的引力部分解释了天王星轨道的误差，但不能完全解释之一决问题，天文学家相
信海王星轨道之外还存在一颗未知行星．但这颗神秘行星太远太暗了，经过几代人近一个世 纪的努力，才于 1930 年出现在美国天文学家汤博的视野里．这颗远离太阳的行星被称为冥
王星．至此，"太阳系九大行星"的格局坚持了 70 多年．
思考四：本文提到的科学家都运用了一种共同的科学研究方法， 知道是什么方法吗？ 你
学生活动：
教师：发现海王星有什么意义？
学生活动： 教师总结：
（ 1 ）进一步验证了万有引力定律的正确性．
（ 2 ）根据同样的方法美国天文学家汤博发现了冥王星．
（ 3 ）说明科学理论具有预见性． ( 一个成功的理论不仅要能解释已知的事实 , 更
重要的是能预言未知现象 )

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学生举例说明：哈雷彗星回归．
（板书）二、预言 彗星的回归．
教师：（打出 PPT3 ） 哈雷，英国著名天文学家、数学家．哈雷彗星的发现者．
过渡：万有引力定律作为一个自然界最基本的定律，无论是在理论研究还是工程设计方
面都有着极其广泛的应用． 宇宙物理中常常以测定天体的万有引力产生的效应来断定天体的 位置和质量；在电磁探测受局限的地域，可以通过万有引力的测量计算，来探知地下物质的
密度，从而断定地下矿藏的分布或是地下墓穴的规模和位 置．
环节三：复习准备 , 为计算天体的质量做铺垫
教师： （回顾 PPT1 ） 太阳系中的各大行星围绕不同半径的轨道运行 , 请你用圆周
运动的有关知识分析它们的线速度 v 、角速度 w、向心加速度 a 、周期 T 与轨道半径 r
大小的关系．
学生讨论与交流： （学生将讨论结果通过实物投影展示）
（环节四： 天体质量的计算方法 ）
过渡： 像太阳、地球这些天体，我们无法直接测量它们的质量 , 现在我们是否能用万
有引力定律找出计算天体质量的方法？
（板书）三、 天体质量的计算方法
【问题】
（ 1 ）若地球 m 围绕太阳 M 做圆周运动的周期为 T ，圆周运动的轨道半径为 r ，
万有引力常量为 G ， M ＝ ？
学生讨论交流：
①计算天体质量的基本方法：
a. 天体（卫星、行星、恒星）之间存在着万有引力； b. 卫星绕行星、行星绕恒星的
椭圆运动近似可看成匀速圆周运动； c. 匀速圆周运动的向心力来自它们之间的万有引力．
② 计算天体质量的基本思路：

讨论与交流：
变化 1： 球 m 围绕太阳 M 做圆周运动的线速度为 v ，
地 圆周运动的轨道半径为 r. 求
M＝？
变化 2：若地球 m 围绕太阳 M 做圆周运动的线速度为 v ，圆周运动的周期为 T, M
＝？
学生活动：自主思考，充分讨论，展示自己的解决方法，体验解决问题的喜悦．
教师： 如果知道太阳的半径 R, 如何估测太阳的平均密度？
讨论交流：
( 学生可能会混淆地球运行轨道半径 r 和太阳半径 R ，教师注意纠正 )
教师： 同学们运用万有引力定律求解天体质量的方法，能求出地球的质量吗？如果能，
需要知道哪些量？ 怎样才能求出地球的质量？
学生活动：自主思考并做答．

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（ 2 ）若已知万有引力常量 G 、地球半径 R 和重力加速度 g, 并认为地球表面的物
体受到的重力等于地球对物体的万有引力 , 求地球的质量．
学生讨论交流：

基本思路：
教师： 计算中央天体质量时采用哪些方法？请同学归纳一下．

学生活动：

（环节五： 拓展（根据实际教学情况进行）
—— 第 52 页"发展空间中"估测太阳密度．
环节六：课后小结
这节课我们运用万有引力定律和圆周运动的规律, 讨论了两种计算天体质量的基本思
路和方法．万有引力定律还有哪些应用？
通过实例复习万有引力定律和圆周运动知识
教学流程图：
学习效果评价：
（略）根据教学实际设计
教学反思：
1．在处理行星发展史教学环节上重描了一下．捕捉、搜集了大量天文学家的事迹，对
这些教学资源信息进行甄别、筛选、优化整合，制作 PPT 课件，成为本节的一大亮点，激活
学生学习的兴奋点，营造课堂教学氛围．
2．天体质量的计算方法部分 , 将教师教转变为学生的学 , 教学环节的设计从学生的 实际情况出发 , 力求充分调动学生的积极性，使他们积极参与问题的分析、讨论、交流、
体验，强调教学互动 , 体现学生的自主合作学习．

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