《萬有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用》教學(xué)設(shè)計(jì)

1、學(xué)習(xí)必備歡迎下載萬有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用教學(xué)設(shè)計(jì)課題名稱萬有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用科目物理年級(jí)高一級(jí)教學(xué)時(shí) 間1 課時(shí)教材分析這節(jié)課通過對(duì)一些天體運(yùn)動(dòng)的實(shí)例分析，使學(xué)生了解：通常物體之間的萬有引力很小，常常覺察不出來，但在天體運(yùn)動(dòng)中，由于天體的質(zhì)量很大，萬有引力將起決定性作用， 對(duì)天文學(xué)的發(fā)展起了很大的推動(dòng)作用，其中一個(gè)重要的應(yīng)用就是計(jì)算天體的質(zhì)量。在講課時(shí)，應(yīng)用萬有引力定律有兩條思路要交待清楚。1 地面附近物體與地球間的萬有引力約等于物體的重力，即 F 引 mg可得出計(jì)算天體質(zhì)量的另一種方法。2 把環(huán)繞天體（或衛(wèi)星）的運(yùn)動(dòng)看成是勻速圓周運(yùn)動(dòng)，即F 引 F 向，用于計(jì)算天體（中心體）的質(zhì)

2、量，討論衛(wèi)星半徑等問題。本節(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)用利用萬有引力定律除了可求出中心天體的質(zhì)量外還可發(fā)現(xiàn)未知天體學(xué)情分析本節(jié)課的學(xué)習(xí)者特征分析主要是根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況做出的：1 學(xué)生是實(shí)驗(yàn)二中高一（5）班學(xué)生；2 學(xué)生已經(jīng)基本掌握萬有引力定律和圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí)；3 學(xué)生的基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)習(xí)慣不太好。4 設(shè)計(jì)重趣味性與知識(shí)性的結(jié)合。教學(xué)目標(biāo)一、知識(shí)與技能1 了解行星繞恒星運(yùn)動(dòng)及衛(wèi)星的運(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)上有重要應(yīng)用；3 會(huì)用萬有引力定律計(jì)算天體的質(zhì)量。二、過程與方法1由地面附近物體與地球間的萬有引力約等于物體的重

3、力，即 F 引 mg來于計(jì)算天體（中心體）的質(zhì)量。2通過把環(huán)繞天體（或衛(wèi)星）的運(yùn)動(dòng)看成是勻速圓周運(yùn)動(dòng)，然后根據(jù) F 引 F向，用于計(jì)算天體（中心體）的質(zhì)量。3 通過萬有引力定律在實(shí)際中的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力三、情感態(tài)度與價(jià)值觀1 利用設(shè)置豐富的問題情境，鼓勵(lì)學(xué)生從多角度思考、探索、交流，激發(fā)學(xué)生的好奇心和主動(dòng)學(xué)習(xí)的欲望；2 利用萬有引力定律可以發(fā)現(xiàn)求知天體，學(xué)生懂得理論來源于實(shí)踐， 反過來又第 1頁學(xué)習(xí)必備歡迎下載可以指導(dǎo)實(shí)踐的辯證唯物主義觀點(diǎn)。3 通過介紹亞當(dāng)斯與勒威耶的歷史奇緣， 激發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)家探究真理的崇拜之情。教學(xué)重點(diǎn)1 環(huán)繞天體的運(yùn)動(dòng)： 如月球繞地球的運(yùn)動(dòng)； 行星繞太陽

4、的運(yùn)動(dòng)的向心力是由萬有引力提供的。2 會(huì)用已知條件求中心天體的質(zhì)量。教學(xué)難點(diǎn)根據(jù)已有條件求中心天體的質(zhì)量。教學(xué)資源（1）給同學(xué)們準(zhǔn)備一些相關(guān)資料；（2）教師自制的多媒體課件；（3）上課環(huán)境為多媒體大屏幕環(huán)境。萬有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用教學(xué)過程描述教學(xué)活動(dòng)1（一）師生互動(dòng)，激趣導(dǎo)入1 教師展示： 美國(guó)網(wǎng)站 2019 年 8 月 14 日?qǐng)?bào)道，世界上第一個(gè)太空旅館“銀河套房酒店”有望在 2019 年建成，屆時(shí)太空迷們翱翔宇宙的夢(mèng)想將成為現(xiàn)實(shí)。當(dāng)然，太空旅館房?jī)r(jià)不菲，每位房客入住 3 天的費(fèi)用是 400 萬美元（約合人民幣3000 萬元）。2019 年從俄羅斯發(fā)射升空充氣式太空酒店，預(yù)計(jì)于 201

5、9 年建造完畢并投入使用。入住費(fèi)用 100 萬美元。2 引入課題：萬有引力定律的天文學(xué)上的應(yīng)用教學(xué)活動(dòng)2（二）問題啟發(fā)，合作探究1 創(chuàng)設(shè)情景：（可以與實(shí)際不符）如姚明在旅館巧遇卡文迪許，于是他們談?wù)撈饻y(cè)地球質(zhì)量的問題，于是引入了本節(jié)課的第一個(gè)問題，測(cè)天體的質(zhì)量。2 新知識(shí)的探究方法一：老師：請(qǐng)學(xué)生回顧當(dāng)初卡文迪許測(cè)出地球質(zhì)量的方法，學(xué)生：（分組探究）活動(dòng)過程：對(duì)象的選?。赫驹诘孛嫔系囊γ鳚M足的規(guī)律：在可忽略中心天體自轉(zhuǎn)的影響時(shí)，根據(jù)萬有引力等于重力的關(guān)系來計(jì)算其質(zhì)量教學(xué)活動(dòng)2方程的建立：得出的結(jié)論：在已知所求天體 M 的半徑 R 和表面重力加速度的情況下可用上式教學(xué)活動(dòng)第 2頁學(xué)習(xí)必備歡迎下載

6、3（三）規(guī)律探究，另解方法方法二：老師：引導(dǎo)學(xué)生討論在太空旅館里可用上述方法測(cè)地地球質(zhì)量嗎？旅館里的一些情況介紹一天內(nèi)看 15 次日出感受 80 多分鐘環(huán)游地球的快感像蜘蛛俠一樣在臥室內(nèi)“飛檐走壁”學(xué)生：不能，太空中處于完全失重老師：請(qǐng)學(xué)生思考在旅館里有沒有其它測(cè)量地球質(zhì)量的方法呢？活動(dòng)過程：對(duì)象的選?。禾站频昀锏囊γ鳚M足的規(guī)律：萬有引力提供向心力方程的建立：得出的結(jié)論：在已知所求天體 M 的行星或者衛(wèi)星m 軌道半徑 r 和周期 T 的情況下可用上式教學(xué)活動(dòng)4（四）例題示范，鞏固提高例如：若把銀河套房酒店建在月球上，某同學(xué)在資料上查得月球到地球的球心距離為 r =4 108m,酒店工作人員記

7、錄了他們繞地球運(yùn)行的周期為30 天，求：地球的質(zhì)量。解：月球繞地球運(yùn)行的向心力即月地間的萬有引力即有：得：教學(xué)活動(dòng)5（五）規(guī)律拓展，密度測(cè)量老師講授：幾種常用的求密度的方法一、根據(jù)環(huán)繞天體繞中心天體表面轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)二、根據(jù)環(huán)繞天體繞中心天體在以某高度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)三、已知中心天體的半徑和表面重力加速度時(shí)教學(xué)活動(dòng)6教學(xué)活動(dòng)7（六）應(yīng)用之二，發(fā)現(xiàn)未知天體溫馨提示：只能求中心天體的質(zhì)量，不能環(huán)繞天體的質(zhì)量。老師：環(huán)繞天體的軌道半徑可以計(jì)算嗎？根據(jù)，而，兩式聯(lián)立得：在 18 世紀(jì)發(fā)現(xiàn)的第七個(gè)行星天王星的運(yùn)動(dòng)軌道， 總是同根據(jù)萬有引力定律計(jì)算出來的有一定偏離。 當(dāng)時(shí)有人預(yù)測(cè)，肯定在其軌道外還有一顆未發(fā)現(xiàn)的新星。第 3

8、頁學(xué)習(xí)必備歡迎下載后來，亞當(dāng)斯和勒威耶在預(yù)言位置的附近找到了這顆新星。 后來，科學(xué)家利用這一原理還發(fā)現(xiàn)了許多行星的衛(wèi)星，由此可見，萬有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用，有極為重要的意義。老師：介紹亞當(dāng)斯與勒威耶的歷史奇緣（六點(diǎn)對(duì)比）劍橋大學(xué)畢業(yè)， 1843 年開始在母校任教： 1巴黎工藝學(xué)院畢。 1837 年任母校天文教師， 早在劍橋大學(xué)學(xué)習(xí)時(shí)，亞當(dāng)斯就注意到有關(guān)天王星運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)反?，F(xiàn)象的問題。 1842 年正式研究。 21845 年，當(dāng)時(shí)的巴黎天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)阿喇果建議他研究天王星運(yùn)動(dòng)的反常問題。 31844 年以后，亞當(dāng)斯研究了這些觀測(cè)資料，計(jì)算了影響天王星運(yùn)動(dòng)的一顆未知行星的軌道要素、 質(zhì)量和日心黃經(jīng)，

9、 并預(yù)言未知行星的位置。 3利用有關(guān)天王星的 18 次測(cè)資料，運(yùn)用萬有引力定律，通過求解33 個(gè)方程，計(jì)算出對(duì)天王星起攝動(dòng)作用的未知行星的軌道和質(zhì)量，并且預(yù)測(cè)了它的位置。 4向格林尼治天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)艾里共六次報(bào)告了他的計(jì)算結(jié)果，但未受重視。他將計(jì)算結(jié)果呈送給法國(guó)科學(xué)院， 他的工作在法國(guó)同行中受到了冷遇。 5這樣將發(fā)現(xiàn)海王星的機(jī)會(huì)就讓給了德國(guó)天文學(xué)家伽勒和勒威耶。 亞當(dāng)斯是一位十分謙虛的人，在對(duì)待海王星發(fā)現(xiàn)的優(yōu)先權(quán)問題上沒有進(jìn)行聲辯。 這樣他雖然暫時(shí)失去了某些榮譽(yù)，但他始終受到同行的贊賞和尊重， 5 他還寫信給當(dāng)時(shí)擁有較大望遠(yuǎn)鏡的幾個(gè)天文學(xué)家， 請(qǐng)求幫助觀測(cè)。 伽勒收到勒威耶信的當(dāng)天晚上，就觀測(cè)搜尋，僅用一個(gè)半小時(shí)就在偏離勒威耶預(yù)言的位置52 處觀測(cè)到了這顆當(dāng)時(shí)星圖上沒有的星。英國(guó)皇家學(xué)會(huì)授予他柯普利獎(jiǎng)?wù)? 曾（ 18511853 年， 1874