4、萬有引力理論的成就一、教學目標1．知識與技能：(1)了解地球表面物體的萬有引力兩個分力的大小關系，計算地球質(zhì)量；(2)行星繞恒星運動、衛(wèi)星的運動的共同點：萬有引力作為行星、衛(wèi)星圓周運動的向心力，會用萬有引力定律計算天體的質(zhì)量；(3)了解萬有引力定律在天文學上有重要應用。2．過程與方法：(1)培養(yǎng)學生根據(jù)數(shù)據(jù)分析找到事物的主要因素和次要因素的一般過程和方法；(2)培養(yǎng)學生根據(jù)事件的之間相似性采取類比方法分析新問題的能力與方法；(3)培養(yǎng)學生歸納總結(jié)建立模型的能力與方法。3．情感態(tài)度與價值觀：(1)培養(yǎng)學生認真嚴禁的科學態(tài)度和大膽探究的心理品質(zhì)；(2)體會物理學規(guī)律的簡潔性和普適性，領略物理學的優(yōu)美。二、教學重點、難點1．教學重點及其教學策略：重點：地球質(zhì)量的計算、太陽等中心天體質(zhì)量的計算教學策略：通過數(shù)據(jù)分析、類比思維、歸納總結(jié)建立模型來加深理解。2．教學難點及其教學策略：難點：根據(jù)已有條件求中心天體的質(zhì)量教學策略：通過類比思維、歸納總結(jié)建立模型來加深理解。三、設計思路通過數(shù)據(jù)分析找到地球表面物體萬有引力與兩個分力——重力和物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心力的大小關系，得到結(jié)論向心力遠小于重力，萬有引力大小近似等于重力，從而推導地球質(zhì)量的計算表達式。通過對太陽系九大行星圍繞太陽運動的分析，根據(jù)萬有引力作為行星圓周運動的向心力，計算太陽的質(zhì)量；進一步類比聯(lián)想推理到月亮、人造衛(wèi)星圍繞地球圓周運動求地球質(zhì)量等，最后歸納總結(jié)建立模型——中心天體質(zhì)量的計算。四、教學資源1．視頻與課件《月球、人造衛(wèi)星圍繞地球運動》、《太陽系九大行星圍繞太陽運動》、投影片；2．多媒體教學設備一套：可供實物投影、放像、課件播放等。五、教學設計教師活動學生活動點  評引入新課提問：伽利略在研究杠桿原理后，曾經(jīng)說過一句什么名言？（“給我一個支點，我可以撬動地球。”）提問：天平是根據(jù)杠桿原理測量物體質(zhì)量的儀器，那么根據(jù)伽利略的名言，我們是否可以用天平測量地球的質(zhì)量？    （小組討論后）回答問題，得出名言與設想的錯誤。 通過一句名言，一個設想，引起學生對天體質(zhì)量的興趣通過小組討論培養(yǎng)學生進行科學思想討論交流的能力。那我們?nèi)绾螠y量巨大的天體質(zhì)量？萬有引力給我們提供了幫助。 講授新課一、地球質(zhì)量先了解地球表面物體的重力與地球?qū)ξ矬w的萬有引力的關系。多媒體投影下圖              物體m在緯度為θ的位置，萬有引力指向地心，分解為兩個分力：m隨地球自轉(zhuǎn)圍繞地軸運動的向心力和重力。給出數(shù)據(jù)：地球半徑R、緯度θ（取900）、地球自轉(zhuǎn)周期T，計算兩個分力的大小比值，引導學生得出結(jié)論：向心力遠小于重力，萬有引力大小近似等于重力。 因此不考慮（忽略）地球自轉(zhuǎn)的影響，地球質(zhì)量 請學生閱讀課本“科學真是迷人”。多媒體投影卡文迪許和馬克·吐溫的圖片及其他們的語言。  知識總結(jié)：引導學生對以上的研究推導過程熟練掌握，尤其注意推導的前提——不考慮（忽略）地球自轉(zhuǎn)的影響，萬有引力大小等于重力。              學生計算：兩個分力大小的比值 引導學生得出結(jié)論：向心力遠小于重力，萬有引力大小近似等于重力。                學生閱讀課本“科學真是迷人”。               預計有的學生可能不善于計算，因此可以只計算數(shù)量級為10-3，培養(yǎng)學生通過估算解決問題的能力，具體結(jié)果可以用多媒體投影展示。    培養(yǎng)學生通過對計算結(jié)果的分析得到正確結(jié)論的能力，對具體問題能分清影響問題的主要因素與次要因素。         培養(yǎng)學生對運用物理知識解決實際問題的興趣，激勵學生學好物理。 二、太陽質(zhì)量多媒體播放太陽系九大行星圍繞太陽運動的動態(tài)課件。 明確：太陽為中心天體，九大行星以太陽為中心在不同的軌道上以不同的周期做近似的圓周運動。 提問：行星做圓周運動的向心力是什么？ 繼續(xù)提問：是否需要考慮九大行星之間的萬有引力？ 教師引導學生討論、思考、回答，最后教師總結(jié)：太陽質(zhì)量遠大于各個行星質(zhì)量，高中階段粗略計算，不考慮行星之間的萬有引力。 設中心天體太陽質(zhì)量M，行星質(zhì)量m，軌道半徑r——也是行星與太陽的距離，行星公轉(zhuǎn)角速度ω，公轉(zhuǎn)周期T，則太陽質(zhì)量與行星質(zhì)量m無關。 提問：不同行星與太陽的距離r和繞太陽公轉(zhuǎn)的周期T都是各不相同的。但是不同行星的r、T計算出來的太陽質(zhì)量必須是一樣的！上面的公式能否保證這一點？同理，月亮圍繞地球做圓周運動，根據(jù)前面的推導我們能否計算地球的質(zhì)量？ 教師引導學生類比思考。 多媒體播放月亮圍繞地球做圓周運動的動態(tài)課件。         教師進一步引導學生類比思考，人造衛(wèi)星圍繞地球做圓周運動， 多媒體播放月亮和人造衛(wèi)星圍繞地球做圓周運動的動態(tài)課件。教師引導學生類比思考。   教師總結(jié)：建立模型：通過圍繞天體的運動半徑和周期求中心天體的質(zhì)量。 多媒體投影木星行星圍繞木星圓周運動，請學生思考如何測量木星的質(zhì)量。   三、發(fā)現(xiàn)未知天體請學生閱讀課本“發(fā)現(xiàn)未知天體”。多媒體投影海王星、冥王星圖片。 本課小結(jié)：主要有兩個基本知識：1、地球表面，不考慮（忽略）地球自轉(zhuǎn)的影響，物體的重力近似等于重力地球質(zhì)量2、建立模型求中心天體質(zhì)量圍繞天體做圓周運動的向心力為中心天體對圍繞天體的萬有引力，通過圍繞天體的運動半徑和周期求中心天體的質(zhì)量。中心天體質(zhì)量布置作業(yè)：書本《問題與練習》1-4。         通過觀察與思考，學生：太陽對行星的萬有引力。  教師引導學生先討論，后個別回答。        推導過程由學生完成，教師只需要引導即可。      學生先討論，教師引導學生回憶開普勒第三定律，得出結(jié)果：可以保證不同行星的r、T計算出來的太陽質(zhì)量是一樣的。 學生在教師引導下類比思考：地球為中心天體，月亮圍繞太陽做圓周運動，向心力為地球?qū)υ铝恋娜f有引力。設中心天體地球質(zhì)量M，月亮質(zhì)量m，軌道半徑r——也是月亮與地球的距離，月亮公轉(zhuǎn)周期T，則地球質(zhì)量與月亮質(zhì)量m無關。 同理，地球質(zhì)量與人造衛(wèi)星質(zhì)量m無關。      學生思考回答：木星為中心天體，木星行星為圍繞天體，只要測量木星行星的軌道半徑、公轉(zhuǎn)周期就可以應用模型計算中心天體木星的質(zhì)量。   學生閱讀課本“發(fā)現(xiàn)未知天體”。 通過課件感性認識九大行星圍繞太陽運動的軌跡。     培養(yǎng)學生建立模型的能力，并且在建立模型過程中分清影響問題的主要因素與次要因素。                        培養(yǎng)學生對類似問題類比思考的能力，把知識與能力遷移的能力。                                  培養(yǎng)學生對運用物理知識解決實際問題的興趣，激勵學生學好物理。  板書設計一、地球質(zhì)量M地球表面，不考慮（忽略）地球自轉(zhuǎn)的影響地球質(zhì)量二、太陽質(zhì)量——中心天體質(zhì)量1、太陽質(zhì)量M，行星質(zhì)量m，軌道半徑r——行星與太陽的距離，行星公轉(zhuǎn)角速度ω，公轉(zhuǎn)周期T，則太陽質(zhì)量與行星質(zhì)量m無關。2、建立模型求中心天體質(zhì)量  六 課后反思    《萬有引力理論的成就》內(nèi)容以理論推導為主，學生的興趣調(diào)動主要是一些出乎學生意料之外的結(jié)果，新模型的建立過程，另外從萬有引力理論的重大成就也可以激發(fā)學生學習物理的興趣。    

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3. 萬有引力定律

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