课外读物教学目标

《6.4万有引力理论的成就》教学设计

江苏省清河中学高一物理组 丁山林

【教材分析】

本节内容是必修2第六章万有引力与航天第4节，尽管第六章在必修2的地位不是太高，但本节内容在本章中的地位比较高，它是本章的重点内容之一，2014年江苏省高考考试说明中作为Ⅱ级要求。从2008年开始的新的江苏高考试卷中，每年有一题选择题关于第六章的内容，2009年第3小题，2011年第7小题对本节内容的考查，难度都不太大，关键要理解。

【学情分析】

本节课是一节新授课，通过前3节的学习，学生对万有引力内容有了一定的了解，但还不会很好的运用，通过本节课学习，让学生能掌握计算天体质量的基本方法，学生已有的知识是：测量物体的质量把物体放在天平上直接测量。实际上直接测量有时往往困难，所以间接测量就是一种非常有用的方法，为了解决“称量”天体的质量等问题，可找出与质量有关的物理现象，运用科学的理论分析论证。万有引力定律就是一台称量天体质量的最好的天平。这种间接测量对学生在理解上还是有一定的难度的，要老师耐心的讲解与引导，尤其对我们这类学校学生，物理基础本身不太好，重视程度又不够高，更需要老师的耐心指导。

【教学目标】

（一）知识与技能

（1）了解万有引力定律在天文学上的应用；

（2）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）通过求解太阳、地球的质量，培养学生理论联系实际的运用能力；

（三）情感、态度与价值观

（1）通过介绍用万有引力定律发现未知天体的过程，使学生懂得理论来源于实践，反过来又可以指导实践的辨证唯物主义观点；

（2）体会感受物理学的研究方法。

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【教学重难点】

（1）行星绕太阳的运动的向心力是由万有引力提供的；

（2）会用已知条件求中心天体的质量；

【教学方法】

教师启发、引导，学生自主阅读、思考，讨论、交流学习成果。

【教学准备】

《6.4万有引力理论的成就》对话单 《6.4万有引力理论的成就》多媒体课件

【教学课时】

1课时

【课

型】

新授课

【设计思路】

为了实现教学目标，突出教学重、难点，对教材内容做了适当的处理：

（1）物理新课程标准指出：“物理学研究的是自然界最基本的运动规律，而自然界中的物理现象蕴藏着无穷奥秘，认识主体在探索物理现象的过程应充满乐趣”。本节课我设计了三个大的探究标题，又设计了若干个小的拓展思考，运用探究式教学，让学生带着问题参与课堂活动。

（2）给学生创设物理情景，引导学生自主推导有关计算天体质量等表达式。

【课前预习】

（1）阅读课本第4节万有万有引力理论的成就相关内容；

（2）完成对话单中的课前预习内容。

对话一 ---- 自主学习

1．卡文迪许为什么说自己的实验是“称量地球的重量（质量）”？请你解释一下原因。

2．除了地球质量外，你能用万有引力定律求解出其它天体的质量吗？以太阳为例，如果你能求解出太阳的质量，那么如何求解？需要哪些已知量？

3．应用万有引力定律求解中心天体质量的基本思路是什么?

2

42Mm42r34．公式m2rG2 M中各个物理量分别代表什么？

2TrGT5．你能计算出地球的密度吗？如果能，请写出计算过程及结果。

【课堂引入】

复习提问：

（1）万有引力定律内容及公式；

（2）你知道地球的质量是多少吗?能否应用万有引力定律来“称量”地球的质量? 【课堂对话】 对话二 ----互动探究

探究问题一：计算天体的质量

问题1：已知：地球的半径R，地球表面重力加速度g，卡文迪许已测出的引力常量G，计算地球的质量？

拓展思考1：若已知球体的体积公式能否进一步求出地球的平均密度？

拓展思考2：若用此方法来求月球的质量，需要测量哪些相关量？若求火星表面的重力加速度，需要知道火星的哪些数据？

拓展思考3：将质量为m的物体从地球表面送到高，其重力如何如何变化？重力变化的原因是什么？

拓展思考4：若考虑地球自转的影响，地面上物体所受重力与地球对它的引力又有怎样的关系？

探究问题二：能否利用万有引力定律计算太阳的质量? 问题2：行星绕太阳做匀速圆周运动的向心力是由它们之间的万有引力提供的，设M是太阳的质量，m是某个行星的质量，r是行星与太阳之间的距离，ω是行星

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公转的角速度，T是行星公转的周期，则太阳的质量如何求出？

拓展思考1：根据不同的行星求太阳的质量是否一致？

拓展思考2：能否根据的行星绕太阳转求太阳的密度？

探究问题三：发现未知天体

历史上，应用万有引力定律发现了什么未知天体？科学家是如何发现的？

问题1：笔尖下发现的行星是哪一颗行星？

问题2：人们用类似的方法又发现了哪颗星？

总结发现未知天体的过程：

【课堂反馈】

例1：设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=6.67×10-11N•m2/kg2，试估算地球的质量。

例2：利用下列哪组数据可以计算出地球的质量

（

）

A．地球半径R和地球表面的重力加速度g

B．卫星绕地球运动的轨道半径r和周期T

C．卫星绕地球运动的轨道半径r和角速度ω

D．卫星绕地球运动的线速度v和周期T

例3：已知引力常量G、月球中心到地球中心的距离r和月球绕地球运行的周期T。仅利用这三个数据，可以估算出的物理量有（

）

A．月球的质量

B．地球的质

C．地球的半径

D．月球绕地球运行速度的大小

【巩固练习】

练1：月亮绕地球转动的周期为T、轨道半径为r，则由此可得地球质量的表达式为_________。(万有引力常量为G) 练2：如果某恒星有一颗卫星，此卫星沿非常靠近此恒星的表面做匀速圆周运动的周期为T，则可估算此恒星的平均密度为

。(万有引力常量为G) 【课后作业】

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1．利用下列哪组数据，可以计算出地球的质量（已知引力常量G）（

）

A．

已知地球的半径R和地面的重力加速度g B．

已知卫星绕地球做匀速圆周运动的轨道半径r和线速度v C．

已知卫星绕地球做匀速圆周运动的轨道半径r和周期T D．以上说法都不正确

2．若知道太阳的某一颗行星绕太阳运转的轨道半径为r，周期为T，万有引力常量G，则可求得（

）

A．该行星的质量

B．太阳的质量

C．该行星的密度

D．太阳的平均密度

3．若有一艘宇宙飞船在某一行星表面做匀速圆周运动，已知其周期为T，引力常量为G，那么该行星的平均密度为（

）

3GT24GT2A．

B．

C．

D．

22GT34GT4．已知地球的半径为R，地面的重力加速度为g，引力常量为G，如果不考虑地球自转的影响，那么地球的平均密度的表达式为________. 5．通过天文观测到某行星的一个卫星运动的周期为T，轨道半径为r，若把卫星的运动近似看成匀速圆周运动，试求出该行星的质量．

【板书设计】

一、估算天体的质量两种基本方法

GMmgR21、在不考虑地球自转情况下：由mg得：M

2RG42Mm42r3

2、环绕法求中心天体质量：由

m2rG2得：M

Tr GT2二、估算中心天体的密度：

三、发现未知天体：

【教学反思】

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