资源简介

《万有引力理论的成就》教学设计
【教材分析】
从本节教材开始介绍万有引力理论在天文学上的重要应用，即“计算天体的质量”，“发现未知天体”（本节内容分为2个课时进行学习，本节课为第一课时）。教材首先通过“科学真是迷人”，在不考虑地球自转影响的情况下，由万有引力和重力的关系，进而计算出地球的质量。这种设计思路既给出了应用万有引力定律解决问题的一种思路，也展示了万有引力理论的魅力——“称量地球的质量”。教材随后作为示范，以计算太阳质量为例，给出了运用万有引力定律计算天体质量的方法，思路清晰，表述规范。以马克·吐温和冯·劳厄的话，激发学习兴趣和对科学的热爱之情。
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【学情分析】
重点班学生，计算能力稍强，且本章前三节已经学习了开普勒三大定律和万有引力，在学生理解了天体运行的特点后，结合匀速圆周运动的相关知识，知道匀速圆周运动的向心力由合外力提供，初步掌握了利用牛顿第二定律和向心力表达式处理匀速圆周运动的方法。在前一节又学习了万有引力定律，但不熟悉运用万有引力定律解决实际问题的思路和方法。学生对天文学的研究方法相对比较陌生，不了解万有引力理论所取得的成就。
【教学设计思想】
在本节课的教学中，有两条主线：一是引导和启发学生通过“称量地球的质量”，“计算天体的质量”的学习，明晰万有引力定律运用的思路和方法。这是学生需要掌握的最基本的知识与技能。二是通过自我总结，得到处理此类问题的思路模型，特别是比值类问题的解决，在高考中也是热点，同时训练这种解决问题的技能。这也是本教学设计的亮点所在，即得出思路模型，按照模型解决问题。整体而言，教学着眼于学生的发展，注重思维模式的的训练。
【学习目标】
一、知识与技能
（1）会用万有引力定律计算天体的质量。
（2）掌握并运用万有引力定律处理天体问题的思路和方法。
二、过程与方法
（1）通过合作探究天体质量和天体密度的计算，理解称量天体质量和计算天体密度的方法。
（2）通过天体质量的计算、未知天体的发现，明确万有引力定律的应用。
三、情感、态度与价值观
（1）认识万有引力的运用，体会科学的思想和方法。
【学习重难点】
重点：掌握求解天体质量和密度的一般方法。
难点：（1）求解天体质量和密度的方法。
（2）应用万有引力定律求解天体问题的基本思路。
【教学方法】
探究式教学、问题导向式教学法。
【教学过程设计】
教学
环节
教师活动
学生活动
设计
意图
引
入
新
课
【知识回顾】
1．复习重力与万有引力有什么关系？ （请学生回答）
2．卡文迪许称自己可以测量地球的质量，探寻伟人的思想
回忆天体做圆周运动的向心力来源并且复习万有引力和重力的关系知识。
创设情境，激发学习兴趣。
新
课
教
学
提出问题：
英国物理学家卡文迪许在实验室测出了引力常量，成为“称”出地球质量的第一人。他是怎么做的？
问题一：测量地球的质量
已知地面的重力加速度为g，地球半径为R，万有引力常量为G，求地球的质量M？
问题二：假若你被送到月球上，已经知道月球的半径，给你一只弹簧秤和一个已知质量的砝码，你能否测出月球的质量？（写出表达式）
学生自主计算完毕后，展示学生计算结果，进行分析小结：
①false
false
根据公式来看只要知道重力加速度g、地球半径R和万有引力常量即可算出地球质量。
②在卡文迪许测出了引力常量之后，可以具体计算出地球的质量来，因此，卡文迪许将自己的实验称之为“称量地球质量”的实验。
课堂练习：据报道，最近在太阳系外发现了首颗“宜居”行星，其质量约为地球质量的6.4倍，一个在地球表面重量为600 N的人在这个行星表面的重量将变为960 N．由此可推知，该行星的半径与地球半径之比约为(　B　)
A．0.5　　 B．2　
C．3.2 D．4
问题三：测出行星绕太阳运动的轨道半径r、公转周期T，这种方法能否计算出的太阳质量？
小结：应用万有引力定律计算天体质量的两种思路：①知道中心天体的半径和表面的重力加速度，利用重力和万有引力相等计算。
②知道环绕天体运动的情况和轨道半径，利用万有引力提供向心力计算。
——特别地，这两种方法只能计算中心天体的质量。
问题四：阅读教材“计算天体的质量”部分的内容，同时思考如何建立求解中心天体质量的物理模型
（友情提示：球体的体积公式false）
课堂练习：若有一艘宇宙飞船在某一行星表面做匀速圆周运动，设其周期为T，引力常量为G，那么该行星的平均密度为(B)
A B．
C. D．
高考链接 (2015·江苏高考)过去几千年来，人类对行星的认识与研究仅限于太阳系内，行星“51 peg b”的发现拉开了研究太阳系外行星的序幕．“51 peg b”绕其中心恒星做匀速圆周运动，周期约为4天，轨道半径约为地球绕太阳运动半径的.该中心恒星与太阳的质量比约为(　B　)
A. B．1　　C．5　　D．10
学生自主探究，写出测量过程，相互交流展示结果。
体会卡文迪许将自己测得引力常量的实验称之为“称量地球质量”的原因。
开放性的探究活动，融入合作小组成员之间的交流，综合运用所学知识处理遇到的实际问题。
体会物理模型及其重要性。
利用万有引力定律和向心力表达式列方程、计算：false
得： false
加深对万有引力提供向心力的理解，引出中心天体和环绕天体的理解。
回顾开普勒第三定律中的k，只取决于中心天体的质量。加深知识点之间的联系。
综合运用所学万有引力定律知识和密度、球体体积公式处理问题，培养综合运用知识的能力。
高考原题，提升高度
引发思考，激发探究积极性。
通过实例，学会运用万有引力定律计算天体的质量；明确计算天体质量的方法和思路。
课
堂
小
结
利用万有引力理论的成就计算天体的质量和密度我们学习了两个思路，对此类题型我们要建立模型解决问题。同时体会伟人的思想，学习科学探究的精神。
梳理学过的新知识与方法。
感受“科学真是迷人”
板书
一．称量地球的质量 思路一
二．计算天体的质量和密度 思路二false得： false
三．计算天体密度
false
布 置 作 业
课 本 习 题 1, 2, 3 及预习下节内容

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