《万有引力定律在天文学上的应用》教学设计

万有引力定律在天文学上的应用教学设计课题名称 万有引力定律在天文学上的应用 科目 物理 年级 高一级 教学时 间 1课时 教材分析 这节课通过对一些天体运动的实例分析，使学生了解：通常物体之间的万有引力很小，常常觉察不出来，但在天体运动中，由于天体的质量很大，万有引力将起决定性作用，对天文学的发展起了很大的推动作用，其中一个重要的应用就是计算天体的质量。 在讲课时，应用万有引力定律有两条思路要交待清楚。 1地面附近物体与地球间的万有引力约等于物体的重力，即F引mg可得出计算天体质量的另一种方法。 2把环绕天体（或卫星）的运动看成是匀速圆周运动，即F引F向，用于计算天体（中心体）的质量，讨论卫星半径等问题。 本节内容是这一章的重点，是万有引力定律在实际中的具体应用利用万有引力定律除了可求出中心天体的质量外还可发现未知天体 学情分析 本节课的学习者特征分析主要是根据学生的实际情况做出的： 1学生是实验二中高一（5）班学生； 2学生已经基本掌握万有引力定律和圆周运动的知识； 3学生的基础和学习习惯不太好。 4设计重趣味性与知识性的结合。 教学目标 一、知识与技能 1了解行星绕恒星运动及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； 2了解万有引力定律在天文学上有重要应用； 3会用万有引力定律计算天体的质量。 二、过程与方法 1由地面附近物体与地球间的万有引力约等于物体的重力，即F引mg来于计算天体（中心体）的质量。 2通过把环绕天体（或卫星）的运动看成是匀速圆周运动，然后根据F引F向，用于计算天体（中心体）的质量。 3通过万有引力定律在实际中的应用，培养学生理论联系实际的能力 三、情感态度与价值观 1利用设置丰富的问题情境，鼓励学生从多角度思考、探索、交流，激发学生的好奇心和主动学习的欲望； 2利用万有引力定律可以发现求知天体，学生懂得理论来源于实践，反过来又可以指导实践的辩证唯物主义观点。 3通过介绍亚当斯与勒威耶的历史奇缘，激发学生对科学家探究真理的崇拜之情。 教学重点 1环绕天体的运动：如月球绕地球的运动；行星绕太阳的运动的向心力是由万有引力提供的。 2会用已知条件求中心天体的质量。 教学难点 根据已有条件求中心天体的质量。 教学资源 （1）给同学们准备一些相关资料； （2）教师自制的多媒体课件； （3）上课环境为多媒体大屏幕环境。 万有引力定律在天文学上的应用教学过程描述 教学活动 1 （一）师生互动，激趣导入 1教师展示：美国网站2019年8月14日报道，世界上第一个太空旅馆“银河套房酒店”有望在2019年建成，届时太空迷们翱翔宇宙的梦想将成为现实。当然，太空旅馆房价不菲，每位房客入住3天的费用是400万美元（约合人民币3000万元）。2019年从俄罗斯发射升空充气式太空酒店，预计于2019年建造完毕并投入使用。入住费用100万美元。 2引入课题：万有引力定律的天文学上的应用 教学活动 2 （二）问题启发，合作探究 1创设情景：（可以与实际不符） 如姚明在旅馆巧遇卡文迪许，于是他们谈论起测地球质量的问题，于是引入了本节课的第一个问题，测天体的质量。 2新知识的探究 方法一： 老师：请学生回顾当初卡文迪许测出地球质量的方法， 学生：（分组探究） 活动过程： 对象的选取： 站在地面上的姚明 满足的规律： 在可忽略中心天体自转的影响时，根据万有引力等于重力的关系来计算其质量 教学活动 2 方程的建立： 得出的结论： 在已知所求天体M的半径R和表面重力加速度的情况下可用上式 教学活动 3 （三）规律探究，另解方法 方法二： 老师：引导学生讨论在太空旅馆里可用上述方法测地地球质量吗？ 旅馆里的一些情况介绍 一天内看15次日出 感受80多分钟环游地球的快感 像蜘蛛侠一样在卧室内“飞檐走壁” 学生：不能，太空中处于完全失重 老师：请学生思考在旅馆里有没有其它测量地球质量的方法呢？ 活动过程： 对象的选取： 太空酒店里的姚明 满足的规律： 万有引力提供向心力 方程的建立： 得出的结论： 在已知所求天体M的行星或者卫星m轨道半径r和周期T的情况下可用上式 教学活动 4 （四）例题示范，巩固提高 例如：若把银河套房酒店建在月球上，某同学在资料上查得月球到地球的球心距离为r =4108m,酒店工作人员记录了他们绕地球运行的周期为30天，求：地球的质量。 解：月球绕地球运行的向心力即月地间的万有引力 即有： 得： 教学活动 5 （五）规律拓展，密度测量 老师讲授：几种常用的求密度的方法 一、根据环绕天体绕中心天体表面转动时 二、根据环绕天体绕中心天体在以某高度转动时 三、已知中心天体的半径和表面重力加速度时 教学活动 6 教学活动 7 （六）应用之二，发现未知天体 温馨提示： 只能求中心天体的质量，不能环绕天体的质量。 老师：环绕天体的轨道半径可以计算吗？ 根据，而，两式联立得： 在18世纪发现的第七个行星天王星的运动轨道，总是同根据万有引力定律计算出来的有一定偏离。当时有人预测，肯定在其轨道外还有一颗未发现的新星。后来，亚当斯和勒威耶在预言位置的附近找到了这颗新星。后来，科学家利用这一原理还发现了许多行星的卫星，由此可见，万有引力定律在天文学上的应用，有极为重要的意义。 老师：介绍亚当斯与勒威耶的历史奇缘（六点对比） 剑桥大学毕业，1843年开始在母校任教：1巴黎工艺学院毕。1837年任母校天文教师， 早在剑桥大学学习时，亚当斯就注意到有关天王星运动出现反常现象的问题。1842年正式研究。21845年，当时的巴黎天文台台长阿喇果建议他研究天王星运动的反常问题。31844年以后，亚当斯研究了这些观测资料，计算了影响天王星运动的一颗未知行星的轨道要素、质量和日心黄经，并预言未知行星的位置。3利用有关天王星的18次测资料，运用万有引力定律，通过求解33个方程，计算出对天王星起摄动作用的未知行星的轨道和质量，并且预测了它的位置。4向格林尼治天文台台长艾里共六次报告了他的计算结果，但未受重视。他将计算结果呈送给法国科学院，他的工作在法国同行中受到了冷遇。5这样将发现海王星的机会就让给了德国天文学家伽勒和勒威耶。亚当斯是一位十分谦虚的人，在对待海王星发现的优先权问题上没有进行声辩。这样他虽然暂时失去了某些荣誉，但他始终受到同行的赞赏和尊重，5他还写信给当时拥有较大望远镜的几个天文学家，请求帮助观测。伽勒收到勒威耶信的当天晚上，就观测搜寻，仅用一个半小时就在偏离勒威耶预言的位置52处观测到了这颗当时星图上没有的星。英国皇家学会授予他柯普利奖章6曾（18511853年，18741876年）