2024-2025學(xué)年高中物理第六章萬(wàn)有引力與航天4萬(wàn)有引力理論的成就4教案新人教版必修2

PAGE1-萬(wàn)有引力理論的成就【教學(xué)目標(biāo)】學(xué)問(wèn)與技能1.了解萬(wàn)有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用2.會(huì)用萬(wàn)有引力定律計(jì)算天體的質(zhì)量和密度3.駕馭綜合運(yùn)用萬(wàn)有引力定律和圓周運(yùn)動(dòng)學(xué)學(xué)問(wèn)分析詳細(xì)問(wèn)題的方法過(guò)程與方法1.培育學(xué)生歸納總結(jié)建立模型的實(shí)力與方法2.通過(guò)求解太陽(yáng).地球的質(zhì)量，培育學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的運(yùn)用實(shí)力情感看法與價(jià)值觀1.培育學(xué)生仔細(xì)嚴(yán)禁的科學(xué)看法和大膽探究的心理品質(zhì)2.體會(huì)物理學(xué)規(guī)律的簡(jiǎn)潔性和普適性，領(lǐng)會(huì)物理學(xué)的美麗3.通過(guò)介紹用萬(wàn)有引力定律發(fā)覺(jué)未知天體的過(guò)程，使學(xué)生懂得理論來(lái)源于實(shí)踐，反過(guò)來(lái)又可以指導(dǎo)實(shí)踐的辯證唯物主義觀點(diǎn)【教學(xué)重點(diǎn)】有萬(wàn)有引力定律計(jì)算地球、太陽(yáng)等中心天體的質(zhì)量【教學(xué)難點(diǎn)】 依據(jù)已知條件求解天體質(zhì)量【教學(xué)過(guò)程】新課引入 在上節(jié)課的學(xué)習(xí)中我們學(xué)習(xí)了萬(wàn)有引力定律，萬(wàn)有引力定律的發(fā)覺(jué)，給天文學(xué)的探討開(kāi)拓了一條新的道路，可以用萬(wàn)有引力定律“稱量”地球的質(zhì)量，計(jì)算天體的質(zhì)量，發(fā)覺(jué)未知天體，這些累累碩果體現(xiàn)了萬(wàn)有引力定律的巨大理論價(jià)值。一、“科學(xué)真是迷人”師：物體的質(zhì)量可以用天平稱量，地球的質(zhì)量可不行以用天平稱量呢？課件展示問(wèn)題:1.推導(dǎo)出地球質(zhì)量的表達(dá)式，說(shuō)明卡文迪許為什么能把自己的試驗(yàn)說(shuō)成是“稱量地球的重量”？2.設(shè)地面旁邊的重力加速度g=9．8m/s2，地球半徑R=6．4×106m，引力常量G=6．67×10-11Nm2/kg2，試估算地球的質(zhì)量。（結(jié)果取一位有效數(shù)字）學(xué)生活動(dòng)：閱讀課本，推導(dǎo)出地球質(zhì)量的表達(dá)式，在練習(xí)本上進(jìn)行定量計(jì)算。老師總結(jié)：1.若不考慮地球自轉(zhuǎn)的影響，則有,其中M是地球質(zhì)量，R是即地球半徑，于是有，重力加速度g和地球半徑R在卡文迪許之前就知道了，一旦測(cè)得引力常量G，則可以算出地球質(zhì)量M?？ㄎ牡显S把自己的試驗(yàn)說(shuō)成是“稱量地球質(zhì)量”就不無(wú)道理了。2.kg師：在試驗(yàn)室里測(cè)量幾個(gè)鉛球之間的相互作用力，就可以稱量地球，這不能不說(shuō)是一個(gè)科學(xué)奇跡。難怪一位外行人，聞名文學(xué)家馬克·吐溫滿懷激情地說(shuō)“科學(xué)真是迷人。依據(jù)零星的事實(shí)，增加一點(diǎn)猜想，竟能贏得那么多的收獲！”二、計(jì)算天體的質(zhì)量師：剛才我們利用萬(wàn)有引力定律計(jì)算出了地球的質(zhì)量，那我們能利用萬(wàn)有引力定律測(cè)量計(jì)算出太陽(yáng)的質(zhì)量嗎？答案是：能！引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材“天體質(zhì)量的計(jì)算”部分的內(nèi)容，同時(shí)思索下列問(wèn)題。課件展示問(wèn)題：1.天體實(shí)際做什么運(yùn)動(dòng)，可以近似認(rèn)為是什么運(yùn)動(dòng)？2.天體運(yùn)動(dòng)時(shí)什么力供應(yīng)向心力？3.環(huán)繞天體運(yùn)動(dòng)時(shí)向心力的公式？4.假如已知地球繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的規(guī)律如何求太陽(yáng)的質(zhì)量？老師總結(jié)：1.天體實(shí)際是按橢圓軌道運(yùn)動(dòng)的，通常近似為圓軌道處理，即認(rèn)為天體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。2.天體運(yùn)動(dòng)由萬(wàn)有引力供應(yīng)向心力。 3.向心力的表達(dá)式 4.例1.已知月亮離地球的距離約為地球半徑的60倍,已知萬(wàn)有引力常量G＝6.67×10－11N·m2/kg2，試估算出地球的質(zhì)量大約是多少？（結(jié)果取一位有效數(shù)字）【解析】雖然沒(méi)有給出月球運(yùn)轉(zhuǎn)的周期，但日常生活常識(shí)告知我們：月球繞地球一周為27.3天。故：T=27.3×24×3600s=2.36×106s由萬(wàn)有引力充當(dāng)向心力可得：G=m故：學(xué)問(wèn)拓展：假如以水星繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)為探討對(duì)象，須要知道哪些量才能求得太陽(yáng)的質(zhì)量？水星和地球繞太陽(yáng)做圓周運(yùn)動(dòng)的公轉(zhuǎn)周期T是不一樣的，公轉(zhuǎn)半徑也是不一樣的，那用公式求解出來(lái)的太陽(yáng)的質(zhì)量會(huì)是一樣的嗎？【解析】：是一樣的，依據(jù)開(kāi)普勒第三定律，對(duì)于同一中心天體，全部環(huán)繞天體的值是一樣的。所以有開(kāi)普勒第三定律中的k與中心天體有關(guān)說(shuō)明：從以上各式的推導(dǎo)過(guò)程可知，利用此法只能求出中心天體的質(zhì)量，而不能求環(huán)繞天體的質(zhì)量，因?yàn)榄h(huán)繞天體的質(zhì)量同時(shí)出現(xiàn)在方程的兩邊，已被約掉。歸納總結(jié)：計(jì)算天體的質(zhì)量（1）對(duì)于沒(méi)有行星（或衛(wèi)星）的天體，或雖有行星（或衛(wèi)星），但不知道其運(yùn)行的有關(guān)物理量的狀況下，可以忽視天體自轉(zhuǎn)的影響，依據(jù)萬(wàn)有引力近似等于重力的關(guān)系列式，計(jì)算天體的質(zhì)量。若已知天體的半徑為和該天體表面的重力加速度，則有，解得天體的質(zhì)量為。（2）對(duì)于有行星（或衛(wèi)星）的天體，可把行星（或衛(wèi)星）繞中心天體的運(yùn)動(dòng)近似看做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其所需的向心力由中心天體對(duì)其的萬(wàn)有引力供應(yīng)的。若已知行星（或衛(wèi)星）繞中心天體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為和運(yùn)行的線速度為v，有,解得中心天體的質(zhì)量為。若已知行星（或衛(wèi)星）繞中心天體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為和運(yùn)行的角速度ω，有,解得中心天體的質(zhì)量為。若已知行星（或衛(wèi)星）繞中心天體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為和運(yùn)行的周期，有,解得中心天體的質(zhì)量為。例2利用下列哪組數(shù)據(jù)可以計(jì)算出地球的質(zhì)量（）A.地球半徑R和地球表面的重力加速度gB.衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的軌道半徑r和周期TC.衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的軌道半徑r和角速度ωD.地球繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的線速度V和周期T三、天體的密度 師：我們近似把中心天體看作球體,,設(shè)中心天體的半徑為,球體的體積公式,由上面方法求得中心天體的質(zhì)量為后代入密度公式即可。（1）利用天體表面的重力加速度來(lái)求天體自身的密度（2）利用天體的衛(wèi)星求天體的密度當(dāng)r=R時(shí)四、發(fā)覺(jué)未知天體 同學(xué)們閱讀課文“發(fā)覺(jué)未知天體”部分的內(nèi)容，考慮以下問(wèn)題：1、筆尖下發(fā)覺(jué)的行星是哪一顆行星？2、人們用類似的方法又發(fā)覺(jué)了哪顆星？學(xué)生活動(dòng)：閱讀課文，從課文中找出相應(yīng)的答案：1、海王星2、冥王星師：播放有關(guān)海王星發(fā)覺(jué)的歷史紀(jì)錄片3、哈雷彗星的回來(lái)引導(dǎo)學(xué)生深化探究：人們是怎樣應(yīng)用萬(wàn)有引力定律來(lái)發(fā)覺(jué)未知天體的?發(fā)表你的看法。探討并發(fā)表見(jiàn)解。人們?cè)陂L(zhǎng)期的視察中發(fā)覺(jué)天王星的實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌道與應(yīng)用萬(wàn)有引力定律計(jì)算出的軌道總存在肯定的偏差，所以懷疑在天王星四周還可能存在有行星，然后應(yīng)用萬(wàn)有引力定律，結(jié)合對(duì)天王星的觀測(cè)資料，便計(jì)算出了另一顆行星的軌道，進(jìn)而在計(jì)算的位置視察新的行星。師：播放黑洞視頻一切科學(xué)理論的相識(shí)過(guò)程充溢著曲折和艱辛，科學(xué)結(jié)論的普適性總是相對(duì)的，科學(xué)就是在不斷探究更廣泛適用的理論中發(fā)展。人類對(duì)黑暗寒冷的宇宙的探究工作從未停止過(guò)?！菊n堂小結(jié)】只能求出中心天體的質(zhì)量!只能求出中心天體的質(zhì)量!！表面型（重力等于萬(wàn)有引力）環(huán)繞型（萬(wàn)有引力供應(yīng)向心力）萬(wàn)有引力的理論的成就計(jì)算天體質(zhì)量和密度發(fā)覺(jué)未知天體海王星冥王星【板書設(shè)計(jì)】§6.4萬(wàn)有引力理論的成就1、“科學(xué)真是迷人”2、計(jì)算天體的質(zhì)量3、計(jì)算天體的密度4、發(fā)覺(jué)未知天