2013高中物理6.4《萬有引力理論的成就》同步教案新人教版必修2

1、i 6.4萬有引力理論的成就 課 題 6.4 萬有引力理論的成就 備課時間 上課時間 總課時數(shù) 程 標(biāo) 課目 知識與 技能 了解萬有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用 會用萬有引力疋律計算天體的質(zhì)量和密度 掌握綜合運用萬有引力定律和圓周運動學(xué)知識分析具體問題的方法 過程與 方法 通過求解太陽.地球的質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的運用能力 情感態(tài)度與 價值觀 通過介紹用萬有引力定律發(fā)現(xiàn)未知天體的過程， 使學(xué)生懂得理論來源 于實踐，反過來又可以指導(dǎo)實踐的辨證唯物主義觀點 教學(xué)重點 1、 行星繞太陽的運動的向心力是由萬有引力提供的。 2、 會用已知條件求中心天體的質(zhì)量。 教學(xué)難點 根據(jù)已有條件求中心天體的質(zhì).量

2、。 教學(xué)過程 二次備課 引入新課 教師活動：上節(jié)我們學(xué)習(xí)了萬有引力定律的有關(guān)知識，現(xiàn)在請冋學(xué)們回憶一 下，萬有引力定律的內(nèi)容及公式是什么？公式中的 G又是什么？ G的測定有 何重要意義？ 學(xué)生活動：思考并回答上述問題： 教師活動：萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)有著重要的物理 .意義：它對物理學(xué)、天文學(xué) 的發(fā)展具有深遠的影響；它把地面上物體運動的規(guī)律和天體運動的規(guī)律統(tǒng)一 起來；對科學(xué)文化發(fā)展起到了積極的推動作用，解放了人們的思想，給人們 探索自然的奧秘建立了極大信心，人們有能力理解天地間的各種事物。這節(jié) 課我們就共冋來學(xué)習(xí)萬有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用。 新課講解 一、 “科學(xué)真實迷人” 教師活動：引導(dǎo)學(xué)生閱

3、讀教材“科學(xué)真實迷人”部分的內(nèi)容，思考問題 1、推導(dǎo)出地球質(zhì)量的表達式，說明卡文迪許為什么能把自己的實驗說成是 “稱量地球的重量”？ 例：設(shè)地面附近的重力加速度 g=9.8m/s，地球半徑 R=6.4 X 10 m 弓 1 力常 量 G=6.67 X 1011 N/kg 2,試估算地球的質(zhì)量。 一 gR2 9.8漢（6.4漢106）2 M = 3 =610 kg G 6.67 漢10 二、 計算天體的質(zhì)量 教師活動： 引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材“天體質(zhì)量的計算”部分的內(nèi)容， 冋時考慮下 列問題 1、應(yīng)用萬有引力定律求解天體質(zhì)量的基本思路是什么 ？ 2、求解天體質(zhì)量的方程依據(jù)是什么 ？ 學(xué)生活動：學(xué)生閱讀

4、課文第一部分，從課文中找出相應(yīng)的答案 1、 應(yīng)用萬有引力定律求解天體質(zhì)量的基本思路是： 根據(jù)環(huán)繞天體的運動情 況，求出其向心加速度，然后根據(jù)萬有引力充當(dāng)向心力，進而列方程求解 . 2、 從前面的學(xué)習(xí)知道，天體之間存在著相互作用的萬有引力，而行星（或 衛(wèi)星） 2 充當(dāng)向心力，故對于天體所做的圓周運動的動力學(xué)方程只能是萬有引力充當(dāng) 向心力，這也是求解中心天體質(zhì)量時列方程的根源所在 . 教師活動：請同學(xué)們結(jié)合課文知識以及前面所學(xué)勻速圓周運動的知識，加以 討論、綜合，然后思考下列問題。學(xué)生代表發(fā)言。 1. 天體實際做何運動？而我們通?？烧J(rèn)為做什么運動 ？ 2. 描述勻速圓周運動的物理量有哪些 ？ 3.

5、 根據(jù)環(huán)繞天體的運動情況求解其向心加速度有幾種求法 ？ 4. 應(yīng)用天體運動的動力學(xué)方程一一萬有引力充當(dāng)向心 力求出的天體質(zhì)量有 幾種表達式？各是什么？各有什么特點？ 5. 應(yīng)用此方法能否求出環(huán)繞天體的質(zhì)量 ？ 學(xué)生活動：分組討論，得出答案。學(xué) 生代表發(fā)言。 1. 天體實際運動是沿橢圓軌道運動的，而我們通常情況下可以把它的運動近 似處理為圓形軌道，即認(rèn)為天體在做勻速圓周運動 2. 在研究勻速圓周運動時，為了描述其運動特征，我們引進了線速度 v，角 速度3,周期T三個物理量. 3. 根據(jù)環(huán)繞天體的運動狀況，求解向心加速度 有三種求法 即: 2 (1) a 心=二 (2) a 心=3 2 r ( 3

6、) a 心=4 n 2r/ T r 4. 應(yīng)用天體運動的動力學(xué)方程一一萬有引力充當(dāng)向心力，結(jié)合圓周運動向心 加速度的三種表述方式可得三種形式的方程，即 從上述動力學(xué)方程的三種表述中，可得到相應(yīng)的天體質(zhì)量的三種表達形式： (1) M=v2r/G (2) M=3 2r3/G ( 3) M=4n 2r3/GT. 上述三種表達式分別對應(yīng)在已知環(huán)繞天體的線速度 v,角速度3 ,周期T時 求解中心天體質(zhì)量的方法.以上各式中M表示中心天體質(zhì)量，m表示環(huán)繞天體 質(zhì)量，r表示兩天體間距離， G表示引力常量. 從上面的學(xué)習(xí)可知， 在應(yīng)用萬有引力定律求解天體質(zhì)量時， 只能求解中心天 體的質(zhì)量，而不能求解環(huán)繞天體的質(zhì)

7、量。而在求解中心天體質(zhì)量的三種表達 式中，最常用的是 已知周期求質(zhì)量的方程。因為環(huán)繞天體運動的周期比較容 易測量。 投影例題：把地球 繞太陽公轉(zhuǎn)看做是勻速圓周運動， 平均半徑為 1.5 x 1011 m 已知引力常量為：G=6.67 x 10-11 N nf/kg 2,則可估算出太陽的質(zhì)量大約是多 少千克？(結(jié)果取一位有效數(shù)字) 分析：題干給出了軌道的半徑，雖然沒有給出地球運轉(zhuǎn)的周期，但日常生活 常識告訴我們：地球繞太陽一周為 365 天。 故：T=365X 24 x 3600 s=3.15 x 107 s 由萬有引力充當(dāng)向心力可得： (1) F 引=GMm-=F 心=ma、=m . r r

8、即: 2 Mm v G 2 =m r r r (2) F引=6叫=尸心=ma、=m3 2r r2 即: GMm=m3 2 r r2 (3) F 引=GMm=F 心=ma.、=m4r2 r 即: 3 G譽故:廉寧 2 113 代入數(shù)據(jù)解得 M= 4 3.1411 (1.5 10 7 2 kg=2 X 1030 kg 6.7漢10工：d07)2 教師活動：求解過程，點評。 三、 發(fā)現(xiàn)未知天體 教師活動：請同學(xué)們閱讀課文“發(fā)現(xiàn)未知天體”部分的內(nèi)容，考慮以下問題 1、 應(yīng)用萬有引力定律除可估算天體質(zhì)量外，還可以在天文學(xué)上有何應(yīng)用？ 2、 應(yīng)用萬有引力定律發(fā)現(xiàn)了哪些行星？ 學(xué)生活動：閱讀課文，從課文中找出相應(yīng)的答案： 1、 應(yīng)用萬有引力定律還可以用來發(fā)現(xiàn)未知的天體。 2、 海王星、冥王星就是應(yīng)用萬有引力定律發(fā)現(xiàn)的。 教師活動：引導(dǎo)學(xué)生深入探究 人們是怎樣應(yīng)用萬有引力定律來發(fā)現(xiàn)未知天體的 ？發(fā)表你的看法。 學(xué)生活動：討論并發(fā)表見解。 人們在長期的觀察中發(fā)現(xiàn)天王星的實際運動軌道與應(yīng)用萬有引力定律計算 出的軌 道總存在一定的偏差， 所以懷疑在天王星周圍還可能存在有行星， 然 后應(yīng)用萬有引力定律，結(jié)合對天王星