高中物理_万有引力理论的成就教学设计学情分析教材分析课后反思
 6.4          《万有引力理论的成就》教学设计
★教学目标 
(一) 知识与技能 
（1）了解行星绕恒星运动及卫星绕行星运动的共同特点：万有引力作为行星、卫星圆周运动的向心力。
（2）了解万有引力定律在天文学上的重大应用 
（3）会用万有引力定律计算天体的质量和密度 
 (二) 过程与方法 
1、通过万有引力定律推导出计算天体质量的公式。
2、通过一些探究活动计算星体表面重力加速度和星体密度。
 (三) 情感态度与价值观 
（1）通过“发现未知天体”、“成功预测彗星的回归”的学习，体会科学定律在人类探索未知世界的作用；
（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。
★教学重点 
1、行星绕太阳的运动的向心力是由万有引力提供的。
学期教学工作总结2、会用已知条件求中心天体的质量。
★教学难点 
 根据已知条件求解天体质量 
★教学方法
讨论、练习、多媒体课件辅助
★课时安排：1课时
★教学过程
复习：
1. 向心力的表达公式？
2.万有引力定律的内容，表达式？
如何测量物体的质量呢？
课前引入 创设问题情境：
1手拿黑板擦，如何测出黑板擦的质量？你有几种方法？
2 利用多媒体展示地球的照片, 如何得到地球的质量呢？
教师活动：引导学生分析万有引力定律的表达式F引=GMm/R2    式中G为常量，只要知道F引、R、和其中一个物体的质量便可求出另外一个物体的质量。
新课教学
一、科学真是迷人
教师活动：引导学生阅读教材“科学真是迷人”部分的内容，思考问题
探究一、已知地面附近的重力加速度g=9.8m/s2，地球半径R =6.4×106m，引力常量G=6.67×10-11 Nm2/kg2，试推导地球质量的表达式。
学生活动：
不考虑地球自转的影响，地面上物体的重力等于地球对物体的引力,即由mg= GMm/R2
得到：M= gR2/G
教师：万有引力发现后，又经过了一百多年卡文迪许利用扭秤实验测得引力常量G，重力加速度g和地球半径R在卡文迪许之前就知道了，利用M= gR2/G则可以算出地球质量M。卡文迪许把自己的实验说成是“称量地球质量”。 在实验室里测量几个铅球之间的相互作用力，就可以称量地球，这不能不说是一个科学奇迹。难怪一位外行人，著名文学家马克·吐温满怀激情地说“科学真是迷人。
拓展一：若利用这种方法测月球的质量，需要测出月球的哪些相关量？
拓展二：若求火星表面的重力加速度，需要知道火星的哪些数据？
拓展三：将质量为m的物体从地球表面送到高空，其所受重力如何变化，其原因是什么？
二、计算天体的质量
探究二：刚才我们利用万有引力定律计算出了地球的质量，那我们还能利用万有引力定律测量计算出其它天体的质量吗？
教师活动：引导学生阅读教材“天体质量的计算”部分的内容，结合前面所学匀速圆周运动的知识，加以讨论、综合，然后思考下列问题。
1.天体实际做何运动?而我们通常可认为做什么运动?
2.描述匀速圆周运动的物理量有哪些?
3.在天体的运动中什么力充当向心力？求出的是中心天体的质量还是环绕天体的质量？
学生活动：讨论，得出答案。学生代表发言。
  1．天体实际运动是沿椭圆轨道运动的，而我们通常情况下可以把它的运动近似处理为圆形轨道，即认为天体在做匀速圆周运动。
西江月夜行黄沙道中的写作背景  2．在研究匀速圆周运动时，为了描述其运动特征，我们引进了线速度v，角速度ω，周期T三个物理量。
3．应用天体运动的动力学方程──万有引力充当向心力，即
　F引=
 
  从上述动力学方程的表述中，可得到相应的天体质量表达形式：
 
　得： 
 
  上述三种表达式分别对应在已知环绕天体的线速度v，角速度ω，周期T时求解中心天体质量的方法。
  以上各式中M表示中心天体质量，m表示环绕天体质量，r表示两天体间距离，G表示引力常量。
4．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。
【总结】1.求天体质量的两种方法：
2. 在应用万有引力定律求解天体质量时，只能求解中心天体的质量，而不能求解环绕天体的质量。而在求解中心天体质量的三种表达式中，最常用的是已知周期求质量的方程。因为环绕天体运动的周期比较容易测量。目前，观测人造卫星的运动，是测量地球质量的重要方法之一。 
思考：水星和地球绕太阳做圆周运动的公转周期T是不一样的，公转半径也是不一样的，求解出来的太阳的质量会是一样的吗？ 
【例题1】把地球绕太阳公转看做是匀速圆周运动，平均半径为1.5×1011 m，已知引力常量为：G=6.67×10-11 N•m2/kg2，则可估算出太阳的质量大约是多少千克?（结果取一位有效数字）
分析：题干给出了轨道的半径，虽然没有给出地球运转的周期，但日常生活常识告诉我们：地球绕太阳一周为365天。
故：T=365×24×3600 s=3.15×10金融学考研7 s
由万有引力充当向心力可得：
      故：
代入数据解得M=2×1030 kg
教师活动：求解过程，点评。
探究三、要测量地球的的密度，需要知道哪些物理量？
【例题2】一艘宇宙飞船飞近某一个不知名的行星,并进入靠近该行星表面的圆形轨道,宇航员进行预定的考察工作,宇航员能不能仅用一只表通过测定时间来测定该行星的密度? 说明理由及推导过程.
三、发现未知天体
教师活动：一个科学的理论，不但要能说明已知事实，而且要能预言当时不知道的事实，请同学们阅读课文“发现未知天体”部分的内容，考虑以下问题
1、应用万有引力定律除可估算天体质量外，还可以在天文学上有何应用？
2、应用万有引力定律发现了哪些行星？
学生活动：阅读课文，从课文中出相应的答案：
1、应用万有引力定律还可以用来发现未知的天体。
2、海王星、冥王星就是应用万有引力定律发现的。
教师活动：引导学生深入探究
人们是怎样应用万有引力定律来发现未知天体的?发表你的看法。
　教师活动：播放发现海王星的影片、投影海王星照片与它的地貌照片
  引导学生深入探究：人们是怎样应用万有引力定律来发现未知天体的？发表你的看法。
  学生活动：讨论并发表见解。
  人们在长期的观察中发现天王星的实际运动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，便计算出了另一颗行星的轨道，进而在计算的位置观察新的行星。
  教师点评：万有引力定律的发现，为天文学的发展起到了积极的作用，用它可以来计算天体的质量，同时还可以来发现未知天体．
四、课堂总结
教师活动：
1．处理天体运动问题的关键是：万有引力提供做匀速圆周运动所需的向心力。
  2．忽略地球自转,物体所受重力等于地球对物体的引力。
  学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。
 
板书设计：
第四节  万有引力的成就
1、地球质量M
地球表面，不考虑（忽略）地球自转的影响，，地球质量
2、太阳质量——中心天体质量
（1）太阳质量M，行星质量m，轨道半径r——行星与太阳的距离，行星公转角速度ω，公转周期T，则，太阳质量，
与行星质量m无关。
管理技能
违章记录（2）建立模型求中心天体质量。
3、发现未知天体
【学情分析】
学生在学习本节内容之前，已经学习了匀速圆周运动的相关知识，知道匀速圆周运动的向心力由合外力提供，初步掌握了利用牛顿第二定律和向心力表达式处理匀速圆周运动的方法。在前一节又学习了万有引力定律，但不熟悉运用万有引力定律解决实际问题的思路和方法。学生对天文学的研究方法相对比较陌生，不了解万有引力理论所取得的成就。根据高一年级学生的心理特征及认知规律，采用直观教学和活动探究的教学方法， “教师为主导，学生为主体”，引导学生一起得到计算天体质量的两种方法，在引申到对其他相关问题的分析和探讨，加强对这一知识的掌握和理解。所以只要在课堂上加以一定的引导和启发，结合必要的讨论和自学，同学们完全能够理解并应用本节课的内容。
【效果分析】
1学生课前准备充分，物品放置齐整，精神饱满、坐立端正、表情自然、脸带微笑。 发言响亮、清晰，富有浓厚的学习兴趣，高涨的学习热情。
2学生主动参与的时间长，投身在自主探究、动手操作、合作学习之中。 通过认真观察，能够主动发现和提出问题，有条理的表达思考过程。善于倾听，在倾听中思考，在倾听后评价他人发言、及时补充自己的想法。 善于思考，能提出解决问题的策略，表达自己独特的见解。 积极参加小组学习活动，分工明确，主动与同学合作交流，并且能够确实解决问题或产生新的认识。
糊里糊涂类似的成语3.学生具备良好的学习意志品质和道德品质 ，养成自主学习的习惯，有竞争意识和合作意识。 学生普遍具有问题意识，敢于质疑问难，发表不同的见解。 .不同程度的学生均得得到发展，从整体上达到教学目标。
【教材分析】
在前面三节，通过追寻科学的足迹，从行星的运动规律的认识到最终推导出了万有引力的表达式，可以说是在用探寻的眼光去学习，去追寻先人的伟大成就。而本节教材简要介绍了万有引力理论在天文学上的重要应用，即“计算天体的质量”，“发现未知天体”。教材首先通过“科学真是迷人”，在不考虑地球自转影响的情况下，认为地面上的物体所受重力和引力相等，进而得到只要知道了地球表面的重力加速度g地球半径R和引力常量G，即可计算
出地球的质量。这种设计思路既给出了应用万有引力定律解决问题的一种思路，也展示了万有引力理论的魅力——“称量地球的质量”。教材随后作为示范，以计算太阳质量为例，给出了运用万有引力定律计算天体质量的方法，思路清晰，表述规范。最后从科学史的角度，简要介绍了亚当斯和勒维耶发现海王星的过程，都显示了万有引力理论的巨大成就。
通过这一节课的学习，一方面要使学生了解运用万有引力定律解决问题的思路和方法，另一方面还要能体会到科学定律对人类探索未知世界的作用，激发学习兴趣和对科学的热爱之情。可以说这一节课既是知识的传授又是能力、情感的培养课，它不仅能够激励学生学习科学的兴趣,更能激发学生去进一步探索宇宙奥秘的欲望。体现了新课程的理念和要求。

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