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课时教学设计
课题 第三节 万有引力理论的成就
授课时间：2024年5月17日 课型：观察探究课 课时：一课时
教学目标 一、教学目标 1．了解地球表面物体的万有引力两个分力的大小关系，计算地球质量； 2．行星绕恒星运动、卫星的运动的共同点：万有引力作为行星、卫星圆周运动的向心力，会用万有引力定律计算天体的质量； 3．了解万有引力定律在天文学上有重要应用。 二、核心素养 物理观念：建立天体运动模型的物理观念，培养学生的时空观念、和相互作用观念。 科学思维：通过学习培养学生善于观察、善于思考，善于动手的能力。 科学探究：探究重力与地球自转之间的关系。 科学态度与责任：培养学生认真严谨的科学态度和大胆探究的心理品质；体会物理学规律的简洁性和普适性，领略物理学的优美。
重点难点 重点：建构模型，计算天体质量，讨论天体密度，理解解决相关问题的思路。 难点：在具体的问题中应用万有引力定律解决问题。
教学准备 圆周运动演示器 教学PPT课件
教 学 过 程
活动设计 课前引导提问 3.研究向心力的规律 观察各种圆周运动 4. 课堂练习
环节一：课前引导提问
教师活动：提问 万有引力定律的内容是什么？ 星星表面近距离万有引力等于什么？ 性质来说两个万有引力是什么力？ 学生活动：让学生回答 1.自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的方向在它们的连线上，引力的大小与物体的质量m1和m2的乘积成正比，与它们之间距离r的二次方成反比。F=MmG/r2 G=6.67x10-11Nm2/Kg2 2.行星表面近距离万有引力等于重力 3.万有引力性质来说一对作用力和反作用力
环节二：让学生观察以下图
请同学们观察这两张图，然后说出你们的想法
环节三：讨论行星运动的规律
一、情境引入 师：同学们，物理实验中我们想要称某个物体的质量要用到什么工具？ 生：天平。 师：那生活中呢？ 生：电子秤、台秤等。 师：如果老师想要知道地球的质量，我们该如何称地球的质量呢？阿基米德曾说：“给我一个支点，我可以撬动地球。”那我可不可以拿个大杠杆或者大天平来称一称地球？ 生：不可以，无法实现！ 师：是的同学们，那我们实践不行转理论计算，其实我们新学的万有引力定律就是一个最好的额天平！让我们来看看是如何计算的。以地球上某个物体为例，若不考虑地球自转的影响，这个物体受到什么力啊？ 生：重力。 师：重力是怎么产生的？ 生：由于地球对物体的吸引产生的。 师：也就是说是万有引力提供的，因此我们可以列出一个等式：F引 = G，我们将万有引力和重力表达式代入，看能不能得到地球质量表达式？ 生： 师：在人们知道g和R值得前提下，如果知道G值就可以知道地球质量了。G值是谁在哪个实验中得到的？ 生：卡文迪什扭秤实验。 师：因此卡文迪什称这个实验为“称地球质量的实验。”这里为什么可以不考虑地球自转的影响呢？我们通过估算赤道上质量为1kg的物体受到的向心力来感受一下，这些数值是计算时要用到的。通过计算该物体受到的向心力约为0.034N，该物体的重力约为10N。然后我们将该物体放到地球上任意位置来看一下它的受力情况。当它在赤道上时，受到重力和向心力，也就是说万有引力不仅提供重力还提供向心力，但是由于向心力相对于重力很小，所以可以约等于G；当它在南北极时，物体就不受到向心力，那么万有引力只提供重力；当它在南北半球时，物体受到重力，而且还受到向心力，这时根据平行四边形定则，引力等于重力加向心力，由于向心力相对于重力很小，因此还是约等于G。综上我们可以发现，地球自转的影响可以忽略。求地球质量的第一个方法：F引 = G，还有没有其他方法？如果不借助地球上物体，借助填上的物体可以吗？比如月球？以月球环绕地球为例，地球给月球的引力提供月球环绕的向心力，这里月球向心力公式用哪一个更方便计算啊？生：周期的。 师：是的，因为月球周期约为27天，所以我们也可以计算出地球质量。这是第二个方法：F引 = F向。这里要特别说明是黄金替换，之后我们会经常用到它！马克·吐温：“科学真是迷人。根据零星的事实，增添一点猜想，竟能赢得那么多收获！”那我们可不可以再多一点收获？能不能计算太阳的质量？以地球环绕太阳为例，就可以得到太阳的质量表达式，不同行星的r、T不同，算出的太阳质量相同吗？ 生：相同，因为k只与中心天体有关。 师：其实我们发现，只要是中心天体的质量都可以算，因此，万有引力定律可以计算任何中心天体的质量。那天体的密度可以算吗？根据密度公式我们来计算一下。 生：计算。 师：例1。 师：万有引力定律不仅可以计算质量、密度，还有可以发现未知天体。以太阳系中的天王星为例，当时人们计算出的天王星轨道和实际轨道总是有偏差，人们预测天王星附近一定还有其他天体，英国亚当斯和法国勒维耶分别计算出了这个新天体的轨道，直到1846年德国伽勒在预言的位置附近发现了这颗行星，人们命名为海王星，通过计算发现的天体的还有冥王星等。万有引力定律还可以预言哈雷彗星回归。英国天文学家哈雷依据万有引力定律，他大胆预言，彗星周期约为 76 年，并预言它将于1758 年底或 1759 年初再次回归。1759 年 3 月这颗彗星如期通过了近日点，它最近一次回归是 1986 年，它的下次回归将在2061 年左右。总之，万有引力定律对人类了解宇宙具有重大意义！ 师：我们可以总结为两种解题思路，①“在表面”模型 ②“环绕”模型 称量天体质量的两种思路 1.天体表面重力加速度法 2.天体周围物体环绕法
环节四：课堂做练习
教室活动： 1．太阳光自太阳表面到达地球的时间为500s，已知万有引力常量为，则太阳的质量最接近（　　） A．kg B．kg C．kg D．kg 2．中国新闻网宣布：在摩洛哥坠落的陨石被证实来自火星。某同学想根据平时收集的部分火星资料（如图所示）计算出火星的密度，再与这颗陨石的密度进行比较。下列计算火星密度的公式错误的是（引力常量G已知，忽略火星自转的影响）（　） A． B． C． D． 3．利用引力常量G和下列某一组数据，不能计算出地球质量的是（ ） A．地球的半径及重力加速度（不考虑地球自转） B．人造卫星在地面附近绕地球做圆周运动的速度及周期 C．月球绕地球做圆周运动的周期及月球与地球间的距离 D．地球绕太阳做圆周运动的周期及地球与太阳间的距离 4．热爱天文科学的某同学从网上得到一些关于月球和地球的信息，(月球半径R0),( 月球表面处的重力加速度g0),( 地球和月球的半径之比R/R0=4),( 地球表面和月球表面的重力加速度之比g/g0=6)。根据表格中数据，可以计算出地球和月球的密度之比为（　　） A．3∶2 B．2∶3 C．4∶1 D．6∶1
作业设计 在作业本上记知识点和练习第 题
板 书 设 计 第三节 万有引力定律的成就 （1）思路：质量为m的行星绕太阳做匀速圆周运动时，______充当向心力； （2）关系式：； （3）结论：，只要知道引力常量G，行星绕太阳运动的周期T和轨道半径r就可以计算出太阳的质量； （4）推广：若已知引力常量G，卫星绕行星运动的周期和卫星与行星之间的距离，可计算出行星的质量。
教 学 反 思 与 改 进 优点： 不足： 改进措施：

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