資源簡介

7.5 萬有引力理論的成就----大單元分課時教學設計
課 題 人教版高中物理·必修·第二冊 第七章第5節 萬有引力理論的成就
課 型 新授課 復習課□ 試卷講評課□ 其他課□
授課班級 授課時間
教學內容分析 課標要求： 認識科學定律對人類探索未知世界的作用 教材分析： 本節課在教材編排上,屬于應用萬有引力定律的應用，是應用萬有引力理論解決實際問題。通過問題的解決，進一步驗證了萬有引力定律的正確性，同時說明科學規律的價值是能解決實際問題，在這一過程中讓學生體會科學的魅力，強化運動和相互作用觀。教材首先以舊帶新創設問題情境，通過熟知的杠桿原理制作出的天平可以測量質量，意識到利用學過的理論可以解決實際問題，提出質量地球質量的問題，啟發學生去聯系新學的萬有引力定律來解決問題。接下來計算地球質量和太陽質量兩個具體問題，引導學生在解決問題過程中完成兩個模型建構和問題解。在解決上述問題后，安排了應用萬有引力定律預見并發現未知天體，預言彗星回歸并得以驗證的歷史過程，讓學生了解這一體現萬有引力理論價值的最生動的例證，激勵學生增強學科興，激發學生去進一步探索宇宙奧秘的欲望。課后安排了3個問題，進一步訓練學生用建模的模型解決實際問題，實現知識方法的遷移應用和學生學科素養培養。
學情分析 知識儲備：學生有通過理論解決實際問題的經歷和意識，比如就用杠桿原理設計制作天平，解決測量物體質量的問題，有助于學生意識到計算天體質量的問題可能需要應用學習的萬有引力定律來解決。 能力基礎：學生通過學習，理解了萬有引力定律，知道地面物體的重力是由于地球的吸引而使物體受到的力，已經初步掌握了行星繞太陽運行是太陽引力提供向心力。 思維能力：解決過地面物體圓周運動中與向心力有關的問題，了解其基本方法和思路，這些對學習本節內容都起到了鋪墊作用，是順利完成本節內容學習的基礎，對拓展學生的思維能力非常重要，循序漸進，有助于幫助學生知其然，并知其所以然。
核心素養 物理觀念：了解行星繞恒星運動及衛星繞行星運動的共同點是萬有引力提供行星、衛星做圓周運動的向心力。 科學思維：通過測量天體的質量，培養學生的模型建構能力和科學推理推理能力，能通過預測未知天體的學習活動,培養學生的科學論證和質疑創新能力。體會科學研究方法對人類認識自然的重要作用。 科學探究：培養學生的問題、交流能力，。 科學態度與責任：體會萬有引力定律對人類探索和認識未知世界的作用，了解科學發展的曲折，感悟科學的本質和價值，樹立正確的科學態度。
教學準備 多媒體課件
活動設計
教學內容 教師活動 學生活動 評價任務
活動一：導入新課 （一）檢測導學案完成情況
1.檢查導學案完成情況： 2.小組討論導學案復習內容。 （1）巡視導學案完成情況； （2）必要時可選講導學案復習內容。 （1）小組長統計組內得分情況； （2）小組討論導學案復習內容。 （1）導學案完成小組評分； （2）表揚完成優秀的同學； （3）鼓勵學生努力學習。
（二）展示學習目標
1.掌握萬有引力定律在天文學中的簡單應用,理解運用萬有引力定律處理天體問題的思路、方法,體會科學定律的意義,會用萬有引力定律計算天體的質量. 通過求解太陽、地球的質量,培養學生理論聯系實際解決問題的能力. 2.通過介紹用萬有引力定律發現未知天體、預言彗星回歸的過程,提高學生對科學家們獻身科學研究的認識,體會科學的魅力,培養學生用理論指導實踐的能力和意識,進一步認識認識運動與相互作用的觀念。 讓學生 明確學習目標，做到有的放矢； 課后根據目標，學生自我評價得失情況。
（三）創設情境導入新課
新課導入 引用阿基米德說“給我一個支點，我可以撬動地球。”用到的原理啟迪學生思考對于地球，還能用什么原理測量它的質量。 2、多媒體展示圖片 1、學生思考。 2、試圖用剛學習的萬有引力理論去“稱量”它的質量。 （1）觀察學生對導入問題的思考情況； （2）聽學生的回答情況，評價學生的表達能力和思維。
活動二：新課教學 （一）“稱量”地球的質量
互動探究 1 地面物體所受重力和引力滿足什么定量關系？為什么說卡文迪什是稱量地球質量的人，而不是牛頓 2 利用上述思路來稱量太陽的質量可行嗎？為什么？ ３稱量太陽質量的思路是什么？用稱量地球質量的思路有什么不同。 “稱量”地球的質量 問題導學: 請同學們閱讀教材P55－56前兩部分，并思考以下問題！ 多媒體呈現問題。 問題：　如果要稱量地球的質量，需要列出什么樣的等量關系式？應該知道哪些條件？請你通過計算，看看地球質量到底有多大 觀察下面圖片,請思考: 人的重力近似認為等于受到的萬有引力,根據等量關系可求地球質量. 1、學生閱讀教材,嘗試著推導出地球質量的表達式,在練習本上進行定量計算。 2、學生分小組討論解答得出答案 1、明確學生學習任務； 2、從完成情況和書寫情況等方面對學生的回答進行評價。 2、老師針對學生的學習后的情況進行歸納，從上面的問題可以知道,若已知星球表面的重力加速度g和星球的半徑R,忽略星球自轉的影響,星球的質量，如果知道引力常量G值，就可以得出天體的質量。 其中GM=gR2是在有關計算中常用到的一個替換關系,被稱為“黃金代換”.
（二）計算天體的質量
計算天體的質量 如何測量太陽的質量？如果用上述測地球質量的思路，有什么困難？能否從另一個角度列出等量關系呢 點評: [歸納總結] 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 注意: ①計算天體的質量的方法不僅適用于地球,也適用于其他任何星體.要明確計算出的是中心天體的質量. ②要注意R,r的區分.一般R指中心天體的半徑,r指行星或衛星的軌道半徑.若繞“近地”軌道運行,則有R=r. 引導學生思考下面的三個問題： 1．這兩種思路，能計算天體表面物體和環繞物體的質量嗎？為什么 2.這兩種思路，在研究對象的選取上有個共同點，且與我們以前的做法不同，你發現它了嗎？說說看 3.在測量天體質量的基礎上，怎么進一步討論天體的密度呢？需要進一步知道什么條件 [鞏固練習] 1、練習：教材P58第3題 思考：我們建立了兩個模型，列出兩個等量關系，求算天體質量。如果天體質量已知，根據列方程討論問題的習慣，還可以討論什么問題？ 2、練習：教材P58第1、2題 問題導學:請同學們閱讀教材P57－58前，并思考以下幾個問題！！ 1 歷史上，人們根據萬有引力定律，還有哪些偉大的成就？ 2人們是怎樣應用萬有引力定律來發現未知天體的？給你什么樣的啟迪？ 學生1:應用萬有引力定律求解天體質量的基本思路是:根據環繞天體的運動情況,求出其向心加速度,然后根據萬有引力充當向心力,進而列方程求解. 學生2:從前面的學習知道,天體之間存在著相互作用的萬有引力,而行星(或衛星)都在繞恒星(或行星)做近似圓周的運動,而物體做圓周運動時合力提供向心力,故對于天體所做的圓周運動的動力學方程只能是萬有引力提供向心力,這也是求解中心天體質量時列方程的根據所在. 學生1:通過萬有引力關系表達式可以知道不可以計算衛星的質量.因為等式兩邊衛星的質量消去了,只能計算地球的質量. 學生2:需要進一步知道中天體本身的半徑R 閱讀教材,從教材中找出相應的答案 1.根據學生的做題情況，結合提出的問題對學生的作答情況進行點評 2.利用物理原理對學生的作答情況進行評價，例如應用萬有引力定律求解天體質量時,只能求解中心天體的質量,而不能求解環繞天體的質量。 求天體的質量，但不能以天體為研究對象，而要設想出一個物體，或是在這個天體表面、或繞這個天體圓周運動，做為研究對象。 要想求天體的密度還必須知道天體自身的半徑。 3、對完成較好的同學給予適當的語言鼓勵。
（三）發現未知天體和預言哈雷彗星回歸
發現未知天體和預言哈雷彗星回歸 人們是怎樣應用萬有引力定律來發現未知天體的 [歸納總結] (1)英國劍橋大學的學生亞當斯和法國年輕的天文學家勒維耶根據天王星的觀測資料,利用萬有引力定律計算出天王星外“新”行星的軌道.1846年9月23日,德國的伽勒在勒維耶預言的位置附近發現了這顆行星——海王星. (2)近100年來,人們在海王星的軌道之外又發現了冥王星、鬩神星等幾個較大的天體. (3)哈雷彗星的“按時回歸”確立了萬有引力定律的地位. （4）其它成就：如解釋潮汐現象、地球表面重力加速度的微小差異等 引導學生閱讀教材,從教材中找出下面問題相應的答案: 1、應用萬有引力定律發現了那些未知的天體. 2：預言哈雷彗星的回歸，其中1705年,那個國家的誰根據萬有引力定律計算了一顆著名彗星的軌道并正確預言了它的回歸. 即哈雷彗星. 3、多媒體課件呈現相應的問題 1、通過認真閱讀教材學生進行快速回答第1個問題和第2個問題 2、學生通過閱讀教材后得出，人們在長期的觀察中發現天王星的實際運動軌道與應用萬有引力定律計算出的軌道總存在一些偏差,所以懷疑在天王星軌道外面還可能存在有行星,然后應用萬有引力定律,結合對天王星的觀測資料,便計算出了另一顆行星的軌道,進而在計算的位置附近發現了新的行星. 對學生的完成情況進行評價，在物理上,海王星的發現和哈雷彗星的“按時回歸”確立了萬有引力定律的地位,也成為科學史上的美談.諾貝爾物理學獎獲得者、物理學家馮·勞厄說:“沒有任何東西像牛頓引力理論對行星軌道的計算那樣,如此有力地樹立起人們對年輕的物理學的尊敬.從此以后,這門自然科學成了巨大的精神國……”
活動三：課堂檢測
課堂檢測 1．天王星是依據萬有引力定律計算的軌道而發現的．(　　) 2．海王星的發現和彗星的按時回歸確立了萬有引力定律的地位．(　　) 3．牛頓根據萬有引力定律計算出了海王星的軌道．(　　) 4．地球表面的物體的重力必然等于地球對它的萬有引力．( ) 5．若只知道某行星繞太陽做圓周運動的半徑，則可以求出太陽的質量．(　　) 6．若知道某行星繞太陽做圓周運動的線速度和角速度，則可以求出太陽的質量．(　　) 7.若地球繞太陽公轉的周期及公轉軌道半徑分別為T和R，月球繞地球公轉的周期和公轉軌道半徑分別為t和r，則太陽質量與地球質量之比為(　　) A. B． C. D． 在多媒體課件上呈現檢測試題 巡視課堂對不會做的同學進行簡要指導 根據學生的做題情況進行必要的的答題提示 對重點考察的題目進行強調 根據老師展示的問題結合自己所學習的知識內容進行題目訓練 對不會做的問題向老師詢問解答 針對學生的完成情況進行評價 就學生對知識的把握情況進行適當的強化和提醒
活動四：課堂小結
學到了什么？ 1.“稱量”地球的質量. 2.計算天體的質量. 3.發現未知天體和預言哈雷彗星回歸 利用思維導圖引導學生進行小結 小組討論，總結本節課得失 梳理自己本節所學知識進行交流 根據學生表述，查漏補缺，并有針對性地進行講解補充。
活動五：作業設計
P58 練習與應用第4題 指導學生完成練習，面批練習。 按要求完成練習。 從完成情況和書寫情況等方面進行評價。
主板書設計
1.“稱量”地球的質量 2.計算天體的質量 3.發現未知天體和預言哈雷彗星回歸
教學反思

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