資源簡介

課時教學設計
課題 第三節 萬有引力理論的成就
授課時間：2024年5月17日 課型：觀察探究課 課時：一課時
教學目標 一、教學目標 1．了解地球表面物體的萬有引力兩個分力的大小關系，計算地球質量； 2．行星繞恒星運動、衛星的運動的共同點：萬有引力作為行星、衛星圓周運動的向心力，會用萬有引力定律計算天體的質量； 3．了解萬有引力定律在天文學上有重要應用。 二、核心素養 物理觀念：建立天體運動模型的物理觀念，培養學生的時空觀念、和相互作用觀念。 科學思維：通過學習培養學生善于觀察、善于思考，善于動手的能力。 科學探究：探究重力與地球自轉之間的關系。 科學態度與責任：培養學生認真嚴謹的科學態度和大膽探究的心理品質；體會物理學規律的簡潔性和普適性，領略物理學的優美。
重點難點 重點：建構模型，計算天體質量，討論天體密度，理解解決相關問題的思路。 難點：在具體的問題中應用萬有引力定律解決問題。
教學準備 圓周運動演示器 教學PPT課件
教 學 過 程
活動設計 課前引導提問 3.研究向心力的規律 觀察各種圓周運動 4. 課堂練習
環節一：課前引導提問
教師活動：提問 萬有引力定律的內容是什么？ 星星表面近距離萬有引力等于什么？ 性質來說兩個萬有引力是什么力？ 學生活動：讓學生回答 1.自然界中任何兩個物體都相互吸引，引力的方向在它們的連線上，引力的大小與物體的質量m1和m2的乘積成正比，與它們之間距離r的二次方成反比。F=MmG/r2 G=6.67x10-11Nm2/Kg2 2.行星表面近距離萬有引力等于重力 3.萬有引力性質來說一對作用力和反作用力
環節二：讓學生觀察以下圖
請同學們觀察這兩張圖，然后說出你們的想法
環節三：討論行星運動的規律
一、情境引入 師：同學們，物理實驗中我們想要稱某個物體的質量要用到什么工具？ 生：天平。 師：那生活中呢？ 生：電子秤、臺秤等。 師：如果老師想要知道地球的質量，我們該如何稱地球的質量呢？阿基米德曾說：“給我一個支點，我可以撬動地球。”那我可不可以拿個大杠桿或者大天平來稱一稱地球？ 生：不可以，無法實現！ 師：是的同學們，那我們實踐不行轉理論計算，其實我們新學的萬有引力定律就是一個最好的額天平！讓我們來看看是如何計算的。以地球上某個物體為例，若不考慮地球自轉的影響，這個物體受到什么力啊？ 生：重力。 師：重力是怎么產生的？ 生：由于地球對物體的吸引產生的。 師：也就是說是萬有引力提供的，因此我們可以列出一個等式：F引 = G，我們將萬有引力和重力表達式代入，看能不能得到地球質量表達式？ 生： 師：在人們知道g和R值得前提下，如果知道G值就可以知道地球質量了。G值是誰在哪個實驗中得到的？ 生：卡文迪什扭秤實驗。 師：因此卡文迪什稱這個實驗為“稱地球質量的實驗。”這里為什么可以不考慮地球自轉的影響呢？我們通過估算赤道上質量為1kg的物體受到的向心力來感受一下，這些數值是計算時要用到的。通過計算該物體受到的向心力約為0.034N，該物體的重力約為10N。然后我們將該物體放到地球上任意位置來看一下它的受力情況。當它在赤道上時，受到重力和向心力，也就是說萬有引力不僅提供重力還提供向心力，但是由于向心力相對于重力很小，所以可以約等于G；當它在南北極時，物體就不受到向心力，那么萬有引力只提供重力；當它在南北半球時，物體受到重力，而且還受到向心力，這時根據平行四邊形定則，引力等于重力加向心力，由于向心力相對于重力很小，因此還是約等于G。綜上我們可以發現，地球自轉的影響可以忽略。求地球質量的第一個方法：F引 = G，還有沒有其他方法？如果不借助地球上物體，借助填上的物體可以嗎？比如月球？以月球環繞地球為例，地球給月球的引力提供月球環繞的向心力，這里月球向心力公式用哪一個更方便計算啊？生：周期的。 師：是的，因為月球周期約為27天，所以我們也可以計算出地球質量。這是第二個方法：F引 = F向。這里要特別說明是黃金替換，之后我們會經常用到它！馬克·吐溫：“科學真是迷人。根據零星的事實，增添一點猜想，竟能贏得那么多收獲！”那我們可不可以再多一點收獲？能不能計算太陽的質量？以地球環繞太陽為例，就可以得到太陽的質量表達式，不同行星的r、T不同，算出的太陽質量相同嗎？ 生：相同，因為k只與中心天體有關。 師：其實我們發現，只要是中心天體的質量都可以算，因此，萬有引力定律可以計算任何中心天體的質量。那天體的密度可以算嗎？根據密度公式我們來計算一下。 生：計算。 師：例1。 師：萬有引力定律不僅可以計算質量、密度，還有可以發現未知天體。以太陽系中的天王星為例，當時人們計算出的天王星軌道和實際軌道總是有偏差，人們預測天王星附近一定還有其他天體，英國亞當斯和法國勒維耶分別計算出了這個新天體的軌道，直到1846年德國伽勒在預言的位置附近發現了這顆行星，人們命名為海王星，通過計算發現的天體的還有冥王星等。萬有引力定律還可以預言哈雷彗星回歸。英國天文學家哈雷依據萬有引力定律，他大膽預言，彗星周期約為 76 年，并預言它將于1758 年底或 1759 年初再次回歸。1759 年 3 月這顆彗星如期通過了近日點，它最近一次回歸是 1986 年，它的下次回歸將在2061 年左右。總之，萬有引力定律對人類了解宇宙具有重大意義！ 師：我們可以總結為兩種解題思路，①“在表面”模型 ②“環繞”模型 稱量天體質量的兩種思路 1.天體表面重力加速度法 2.天體周圍物體環繞法
環節四：課堂做練習
教室活動： 1．太陽光自太陽表面到達地球的時間為500s，已知萬有引力常量為，則太陽的質量最接近（　　） A．kg B．kg C．kg D．kg 2．中國新聞網宣布：在摩洛哥墜落的隕石被證實來自火星。某同學想根據平時收集的部分火星資料（如圖所示）計算出火星的密度，再與這顆隕石的密度進行比較。下列計算火星密度的公式錯誤的是（引力常量G已知，忽略火星自轉的影響）（　） A． B． C． D． 3．利用引力常量G和下列某一組數據，不能計算出地球質量的是（ ） A．地球的半徑及重力加速度（不考慮地球自轉） B．人造衛星在地面附近繞地球做圓周運動的速度及周期 C．月球繞地球做圓周運動的周期及月球與地球間的距離 D．地球繞太陽做圓周運動的周期及地球與太陽間的距離 4．熱愛天文科學的某同學從網上得到一些關于月球和地球的信息，(月球半徑R0),( 月球表面處的重力加速度g0),( 地球和月球的半徑之比R/R0=4),( 地球表面和月球表面的重力加速度之比g/g0=6)。根據表格中數據，可以計算出地球和月球的密度之比為（　　） A．3∶2 B．2∶3 C．4∶1 D．6∶1
作業設計 在作業本上記知識點和練習第 題
板 書 設 計 第三節 萬有引力定律的成就 （1）思路：質量為m的行星繞太陽做勻速圓周運動時，______充當向心力； （2）關系式：； （3）結論：，只要知道引力常量G，行星繞太陽運動的周期T和軌道半徑r就可以計算出太陽的質量； （4）推廣：若已知引力常量G，衛星繞行星運動的周期和衛星與行星之間的距離，可計算出行星的質量。
教 學 反 思 與 改 進 優點： 不足： 改進措施：

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