资源简介

《万有引力定律的应用》教学设计
教学目标：
通过对科学定律的初步应用，了解万有引力定律在天文学上的重要作用。
通过“预测地球形状”“预测未知天体”所渗透的相关物理学史学习，培养科学思维和科学探究能力。
会运用万有引力定律估算天体的质量，体会科学理论对科学探索的指导价值。
认识万有引力定律的巨大作用和伟大成就，体会科学理论对实践的指导作用。
教学重点：
应用引力和引力定律进行相关分析；
应用引力定律进行相关估算。
教学难点：
估算天体的质量
教学方法：
借助理论演绎和科学推理等方法，创设问题情境，引导学生学习。
课时安排：2课时
复习引入：
万有引力定律的内容是什么？请写出其数学表示式，并说出各符号表示的意义。
万有引力定律的适用条件是什么？
播放视频：“嫦娥”五号发射过程。
新课教学：
预测地球形状
学生阅读教材，回答问题。
【思考问题】（1）科学家们是如何发现问题的？
牛顿根据万有引力定律的理论计算，大胆预测：地球由于自转作用，地球为两极扁平的椭球体，法国巴黎天文台台长等认为地球应是两极伸长的椭球体。
科学家如何针对存在的问题进行认证，最终肯定了万有引力定律？
进行实地测量，用实践来检验，证实了牛顿的结论。
由于地球自转及其呈椭圆球状，导致了一个有趣的现象的出现：北极圈附近的挪威人贩鱼到赤道附近时，鱼变轻了，请用万有引力解释此现象。
在一般位置：
在赤道上：，重力有最小值：
在两极：，重力有最大值：
由于物体随地球自转需要的向心力很小，一般情况下认为重力近似等于万有引力。
在必修一的学习中，我们知道“重力加速度随纬度变化”，请结合万有引力和圆周运动知识，解释是什么原因？
【讨论与交流】在地球表面，随着高度的增加，重力加速度随之减小，这是为什么？结合万有引力定律分析，并做出解释。
由，得
预测未知天体
1、海王星的发现
（一）提出问题：天文学家观测天王星的运行轨道，发现其轨道与根据万有引力定律计算出来的轨道之间存在明显的偏差，是什么原因造成的呢？
（二）科学家们提出各种猜想
两个问题焦点：要么有一颗未知的行星影响了天王星的运行，要么是牛顿的万有引力定律不正确。
（三）科学推理：亚当斯和勒威耶分别独立推算一颗新行星的运行轨迹。
（四）实践检验：柏林天文台的望远镜对准亚当斯和勒威耶计算出来的轨道位置观测，发现了一颗新的行星——海王星。
2、哈雷彗星的“按时回归”：哈雷根据万有引力定律计算了一颗著名彗星的轨道并正确预言了它的回归。
3、意义：确立了万有引力定律的地位，充分显示了科学理论对实践的巨大指导作用。
估算天体的质量
生活中的物体的质量我们可以通过天平来测量，对于地球，我们又用什么方法来“称量”其质量呢？
我们可以通过应用万有引力定律计算天体的质量。
例题：月球绕地球的运动可以近似看做匀速圆周运动。设月球绕地球运动的周期为，月球中心到地心的距离为，引力常量为，地球半径为，地球表面的重力加速度为，利用这些已知条件，有多少种方法可以估算地球的质量？
学生开展讨论，寻找测量地球质量的方法，对学生提供的方法进行可行性分析。
方法一：月球绕地球做匀速圆周运动，由万有引力提供向心力
根据牛顿第二定律：
得：
拓展：已知月球绕地球运动的周期，月球与地球之间的距离。请估算地球的质量。
方法二：在地球表面附近，物体受到的重力近似等于地球对物体的万有引力
得：
【思考问题】根据例题中所给的已知条件，能否求出月球的质量？
【讨论与交流】已知太阳与地球之间的平均距离约为，你能估算地球质量的方法，来估算太阳的质量吗？换用其他星球的相关数据进行估算，结果会相近吗？为什么？
总结：已知卫星或行星绕中心天体运动的周期及两者之间的距离，或天体半径及其表面重力加速度，就可以求出该中心天体的质量。
课堂小结：
通过“预测地球形状”和“预测未知天体”的学习，学习探究推理过程
利用万有引力定律，能计算天体的质量，掌握方法。
知道万有引力与重力的关系。
课后作业：
第2题

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