萬有引力章末教學(xué)設(shè)計(jì)及教學(xué)反思

1、萬有引力章末教學(xué)設(shè)計(jì)及教學(xué)反思教學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)1 .了解行星繞恒星運(yùn)動(dòng)及衛(wèi)星繞行星運(yùn)動(dòng)的共同點(diǎn)：萬有引力作為行星、衛(wèi)星圓周運(yùn)動(dòng)的向心力.2 .了解萬有引力定律在天文學(xué)上的重大應(yīng)用.3 .會(huì)用萬有引力定律計(jì)算天體的質(zhì)量.教學(xué)重難點(diǎn)重點(diǎn)：人造地球衛(wèi)星、月球繞地球的運(yùn)動(dòng)、行星繞太陽的運(yùn)動(dòng)的向心力是由萬有引力提供的.難點(diǎn)：利用萬有引力定律求中心天體的質(zhì)量.教學(xué)過程導(dǎo)入新課播放視頻材料：宇宙是什么？（有關(guān)宇宙的形成過程、狀態(tài)變化和運(yùn)動(dòng)情況的資料）通過剛才播放的視頻材料，大家已經(jīng)對(duì)宇宙的組成及運(yùn)動(dòng)情況有了一定的了解，浩瀚的宇宙給人們帶來了很多奇妙的問題， 要想 知道宇宙的奧秘，就需要學(xué)習(xí)今天的物理知識(shí).進(jìn)

2、行新課一、關(guān)于天體質(zhì)量的計(jì)算：在牛頓之前，如果有人提出“稱天體的質(zhì)量”，一定被認(rèn)為是天方夜譚.而現(xiàn)在，根據(jù)萬有引力定律，結(jié)合圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí)，就 可以估算出天體的質(zhì)量.探究問題一如果要知道地球的質(zhì)量，應(yīng)該知道哪些條件？啟發(fā)學(xué)生積極思考、大膽猜想.學(xué)生有可能提出下列方案：1 .用天平（或秤）稱量：因?yàn)榈厍虻馁|(zhì)量十分大，用天平（或 秤）根本無法稱量.2 .根據(jù)公式m= pV計(jì)算地球的質(zhì)量：地球的體積可以知道， 但地球的密度不均勻，故此 法也無法測(cè)出地球的質(zhì)量.3 .用萬有引力定律計(jì)算課件展示：用多媒體展示太陽系中天體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)畫課件一衛(wèi)星繞 地球轉(zhuǎn)動(dòng).啟發(fā)學(xué)生自己總結(jié)得出：應(yīng)選定一顆繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)的衛(wèi)星，

3、測(cè)定衛(wèi) 星的軌道半徑和周期，利用公式求出地球質(zhì)量.基本思路是：在研究 天體的運(yùn)動(dòng)問題中，我們近似地把一個(gè)天體繞另一個(gè)天體的運(yùn)動(dòng)看作 勻速圓周運(yùn)動(dòng)，萬有引力提供天體做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力. 人造地球衛(wèi) 星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，根據(jù)前面學(xué)習(xí)的圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí)， 結(jié)合牛 頓運(yùn)動(dòng)定律來解答.設(shè)計(jì)思想：這個(gè)過程就是一個(gè)幫助學(xué)生建立物理模型的過程，物 理建模能力是學(xué)生應(yīng)該具備的一種能力，物理知識(shí)來源于生活，又服 務(wù)于生活，很多的生活現(xiàn)象都與物理知識(shí)有關(guān)，比如：信息問題、理 論聯(lián)系實(shí)際的問題等等，都需要學(xué)生具有很強(qiáng)的物理建模能力.在此基礎(chǔ)上，用多媒體展示人造地球衛(wèi)星模型的圖片，進(jìn)一步強(qiáng) 調(diào)人造地球衛(wèi)星繞地球做圓周

4、運(yùn)動(dòng)時(shí)， 地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力全部提 供衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力.用多媒體展示求地球的質(zhì)量的過程：若不考慮地球自轉(zhuǎn)的影響，地面上質(zhì)量為 m的物體所受的重力 mg等于地球?qū)ξ矬w的引力，即式中的 M是地球的質(zhì)量，R是地球 的半徑，也就是物體到地心的距離.由此解出：，地面的重力加速度g和地球半徑R在卡文迪許之前 就已經(jīng)知道，一旦測(cè)得引力常量 G,就可以算出地球的質(zhì)量 M.卡文 迪許把他自己的實(shí)驗(yàn)說成是“稱量地球的重量”，不是沒有道理的.探究問題二如何知道一個(gè)未知天體的質(zhì)量由求地球質(zhì)量的啟發(fā)，學(xué)生很容易想到：應(yīng)該知道繞著這個(gè)天體 做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的星體（也就是這個(gè)星體的衛(wèi)星）一些信息，鼓勵(lì)學(xué) 生建立模型，

5、用公式進(jìn)行推導(dǎo)，證實(shí)自己的想法.推導(dǎo)完畢，讓學(xué)生在實(shí)物投影前展示自己的推導(dǎo)過程，學(xué)生的推 導(dǎo)過程可能有以下三種：1 .由萬有引力定律和牛頓運(yùn)動(dòng)定律列方程：，可以得到：如果知道了衛(wèi)星繞星體的線速度和軌道半徑，運(yùn)用萬有引力常量 就可以求出該星體的質(zhì)量.2 .由萬有引力定律和牛頓運(yùn)動(dòng)定律列方程，可以得到：，如果知道了衛(wèi)星繞星體的軌道半徑r和周期T,就可以求出該星體的質(zhì)量.3 .由萬有引力定律和牛頓運(yùn)動(dòng)定律列方程：，得到，只要知道了 衛(wèi)星軌道半徑r.就可以求出星體的質(zhì)量.教師總結(jié)1 .通過討論，上述的1、2兩種方法是完全可以的，但第 3種方 法存在一定的問題，關(guān)鍵是公式中的 g不是地球表面的重力加速度

6、， 而應(yīng)該是衛(wèi)星所在軌道處的加速度，這一點(diǎn)應(yīng)該引起特別注意.2 .在應(yīng)用萬有引力定律求解天體質(zhì)量時(shí)，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)量.而在求解天體的三種表達(dá)式中，最 常用的是已知周期求質(zhì)量的方程，因?yàn)榄h(huán)繞天體運(yùn)動(dòng)的周期比較容易 測(cè)量.目前，觀測(cè)人造衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)，是測(cè)量地球質(zhì)量的重要方法之一探究問題三如何知道一個(gè)天體的密度讓學(xué)生思考討論，最后讓學(xué)生投影自己的求解過程如下：建立天 體是球形的模型，已知天體的質(zhì)量M,運(yùn)用公式，得出天體的密度.當(dāng) 然，對(duì)于不同表達(dá)方式的質(zhì)量 M對(duì)應(yīng)著不同密度表達(dá)式.教師歸納總結(jié)：在應(yīng)用萬有引力定律求天體的質(zhì)量時(shí)，應(yīng)先建立 物體做圓周運(yùn)動(dòng)的模型，然后結(jié)合

7、圓周運(yùn)動(dòng)的有關(guān)知識(shí)進(jìn)行求解， 最 主要的一點(diǎn)是抓住天體之間的萬有引力充當(dāng)向心力.運(yùn)用上述方法， 也可以求解一個(gè)天體的密度.鞏固探究：用幻燈片投影鞏固性練習(xí)題.1 .求解中心天體質(zhì)量時(shí)，列方程的依據(jù)是。2 .把地球繞太陽公轉(zhuǎn)看作是做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，軌道平均半徑為1.5 X 108 km,已知引力常量為 G=6. 67 X10-11N m2/kg 2,則可估算出太陽的質(zhì)量大約是多少千克.（結(jié)果保留一位有效數(shù)字）問題過渡：用萬有引力定律計(jì)算天體的質(zhì)量是天文學(xué)上的重要應(yīng)用之一，一個(gè)科學(xué)的理論，不但要能說明已知事實(shí)，而且要能預(yù)言當(dāng) 時(shí)不知道的事實(shí)，這就是我們將要學(xué)習(xí)的利用萬有引力定律也可以預(yù) 測(cè)未知天體，

8、引人第二個(gè)大問題.二、發(fā)現(xiàn)未知天體：多媒體展示圖片，太陽系行星運(yùn)轉(zhuǎn)示意圖.引導(dǎo)學(xué)生閱讀課本P73中的第二部分一一一發(fā)現(xiàn)未知天體，然后回答以下兩個(gè)問題：幻燈片展示問題1應(yīng)用萬有引力定律除可以估算天體的質(zhì)量外，還可以在天文學(xué)上有什么作用？問題2應(yīng)用萬有引力定律發(fā)現(xiàn)了哪些行星？學(xué)生活動(dòng)：閱讀課本，從中找出問題的答案，同時(shí)也了解了人類 認(rèn)識(shí)自然規(guī)律的重要性.1 .應(yīng)用萬有引力定律還可以用來發(fā)現(xiàn)未知天體.2 .海王星、冥王星就是應(yīng)用萬有引力定律發(fā)現(xiàn)的.探究問題一人們是怎樣應(yīng)用萬有引力定律來發(fā)現(xiàn)未知天體教師引導(dǎo)學(xué)生討論總結(jié)：人們?cè)陂L(zhǎng)期的觀察中發(fā)現(xiàn)天王星的實(shí)際 運(yùn)動(dòng)軌道與應(yīng)用萬有引力定律計(jì)算出的軌道總存在一

9、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(duì)天王星的觀測(cè)資料，便計(jì)算出了另一顆行星的軌道，進(jìn)而在計(jì)算的 位置觀察新的行星一海王星.教師總結(jié)萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)，為天文學(xué)的發(fā)展起到了積極的作 用，用它可以用來計(jì)算天體的質(zhì)量，同時(shí)還可以發(fā)現(xiàn)未知天體.用類 似的方法，人們發(fā)現(xiàn)了太陽系的第 9顆行星一一冥王星.多媒體投影海王星和哈雷彗星的有關(guān)資料.播放視頻材料：黑洞探究問題二應(yīng)用萬有引力定律可以發(fā)現(xiàn)未知天體，這對(duì)你有什么啟示通過萬有引力定律成功地預(yù)測(cè)未知的星體，這不僅鞏固了萬有引力定律的地位，而且也充分展示了科學(xué)理論具有預(yù)見性. 科學(xué)定律不 僅能解釋已知的現(xiàn)象，能

10、轉(zhuǎn)化為技術(shù)而應(yīng)用于生活與生產(chǎn)實(shí)踐，而且還能預(yù)言當(dāng)時(shí)未知的一些事物、現(xiàn)象等.例如，應(yīng)用萬有引力定律預(yù) 測(cè)了海王星、冥王星.后來，在天文學(xué)領(lǐng)域，基于相對(duì)論，愛因斯坦 又預(yù)言了一系列重要事件、現(xiàn)象.例題木星的一個(gè)衛(wèi)星運(yùn)行一周需要時(shí)間 1. 5 X 104 s,其軌道半 徑為9.2xi07m,求木星的質(zhì)量為多少千克.(3)太陽與地球的質(zhì)量之比教師提出問題通過解答以上兩個(gè)題目，你覺得解題的關(guān)鍵點(diǎn)是什么？教師引導(dǎo)啟發(fā)學(xué)生回答、解決此類問題的關(guān)鍵是萬有引力全部用 來提供向心力，然后結(jié)合圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí)綜合解答.課堂小結(jié)通過今天的學(xué)習(xí)，你學(xué)到了哪些知識(shí)？（讓學(xué)生自己總結(jié)）1 .應(yīng)用萬有引力定律可以計(jì)算天體的質(zhì)量.2 .應(yīng)用萬有引力電定律還可以發(fā)現(xiàn)未知天體作業(yè)設(shè)計(jì)（略）板書設(shè)計(jì)教學(xué)反思這節(jié)內(nèi)容是這一章的重點(diǎn)，是萬有引力定律在實(shí)際中的具體應(yīng)用.主要知識(shí)點(diǎn)就是如何利用萬有引力定律求中心天體質(zhì)量，還可以發(fā)現(xiàn)未知天體.本節(jié)課要求學(xué)生通過體驗(yàn)各種天體運(yùn)動(dòng)， 建立天體運(yùn) 動(dòng)的物理模型（圓周運(yùn)動(dòng)模型），運(yùn)用萬有引力定律和圓周運(yùn)動(dòng)的知 識(shí)來解決