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

PAGE1-萬(wàn)有引力理論的成就本節(jié)課在萬(wàn)有引力之后，宇宙航行之前。內(nèi)容重點(diǎn)有二：1.萬(wàn)有引力成歷史地位及相關(guān)重要事務(wù)。2.求天體質(zhì)量?jī)蓷l思路。本節(jié)設(shè)計(jì)不僅要講清解題線索，還要營(yíng)造氣氛突出成就及歷史地位的演化。一、三維目標(biāo)（一）學(xué)問(wèn)與技能1.了解萬(wàn)有引力定律在天文學(xué)上的重要應(yīng)用。2.行星繞恒星運(yùn)動(dòng)、衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)的共同點(diǎn)：萬(wàn)有引力作為行星、衛(wèi)星圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，會(huì)用萬(wàn)有引力定律計(jì)算天體的質(zhì)量。3.理解并運(yùn)用萬(wàn)有引力定律處理天體問(wèn)題的思路和方法。（二）過(guò)程與方法1.培育學(xué)生依據(jù)事務(wù)的之間相像性實(shí)行類比方法分析新問(wèn)題的實(shí)力與方法。2.培育學(xué)生歸納總結(jié)建立模型的實(shí)力與方法。（三）情感、看法與價(jià)值觀體會(huì)萬(wàn)有引力定律在人類相識(shí)自然界奇妙中的巨大作用，讓學(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)。二、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：1.會(huì)用已知條件求中心天體的質(zhì)量。2.了解萬(wàn)有引力定律在天文學(xué)上的重要應(yīng)用。難點(diǎn)：依據(jù)已有條件求中心天體的質(zhì)量。三、教學(xué)方法老師介紹地球質(zhì)量的計(jì)算表達(dá)式。依據(jù)萬(wàn)有引力作為行星圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，計(jì)算天體的質(zhì)量；進(jìn)一步類比聯(lián)想推理，最終歸納總結(jié)建立模型——中心天體質(zhì)量的計(jì)算。四、教學(xué)過(guò)程（一）復(fù)習(xí)及新課引入復(fù)習(xí)萬(wàn)有引力定律及公試教學(xué)前置老師：“萬(wàn)有引力定律發(fā)表后，影響是巨大的。但這種影響并非體現(xiàn)在人們的日常生活當(dāng)中，而是它把自古被人們神話的太陽(yáng)、月亮在受力的本質(zhì)上與地表的一個(gè)‘蘋果’相等同。這對(duì)人們固有的世界觀產(chǎn)生了極大的沖擊，讓許多人一時(shí)無(wú)法接受。但同時(shí)讓一些原本看起來(lái)并不行能探討的問(wèn)題，變得好像可能起來(lái)……”（‘蘋果’主要借助傳聞和月-地檢驗(yàn)）下面我們進(jìn)入本節(jié)課的第一個(gè)環(huán)節(jié)（過(guò)度）（二）新課教學(xué)1.科學(xué)真是迷人（板書）“地球是巨大的”突出浩大及不行隨意褻瀆阿基米德在探討杠桿原理后，曾經(jīng)說(shuō)過(guò)一句名言。“給我一個(gè)支點(diǎn)，我可以撬動(dòng)地球。”盡管他無(wú)法做到，但無(wú)疑是“合理”的“這是科學(xué)的魄力”（營(yíng)造氣概）在萬(wàn)有引力發(fā)表一百來(lái)年的日子里，人們爭(zhēng)辯紛紛。這時(shí)有人發(fā)出這樣的豪言：“我將在試驗(yàn)室稱量地球的質(zhì)量”——亨利·卡文迪許讓我們來(lái)看看他的思路忽視地球自轉(zhuǎn)的微小影響地面上的物體的重力等于地球?qū)λ囊?。（板書）其中g(shù)、R在卡文迪許之前已經(jīng)知道，而卡文迪許測(cè)出G后，就意味著我們也測(cè)出了地球的質(zhì)量。因此，卡文迪許把他自己的試驗(yàn)說(shuō)成是“稱量地球的重量”?？ㄎ牡显S被稱為“第一個(gè)稱量地球質(zhì)量的人”！介紹：卡文迪許及評(píng)價(jià)——激發(fā)對(duì)科學(xué)的崇敬“科學(xué)真是迷人。依據(jù)零星的事實(shí)，增加一點(diǎn)猜想，竟能贏得那么多收獲！”——馬克·吐溫由這一句引出：這話雖然出自一位外行人之口，卻道出了科學(xué)發(fā)覺(jué)的精髓?！?jiàn)微知著練習(xí)：通過(guò)零星的信息計(jì)算天體的質(zhì)量小明同學(xué)參與了一次某類地行星的登陸夏令營(yíng)。（創(chuàng)設(shè)情景加強(qiáng)印象）他站在已知距地面高h(yuǎn)的平臺(tái)上自由釋放一小球，粗測(cè)經(jīng)過(guò)時(shí)間t落地。小明指著顯示星球半徑為R的巡游手冊(cè)，笑著對(duì)同學(xué)說(shuō)我可以算出這顆星球的質(zhì)量，你能說(shuō)出他的計(jì)算過(guò)程嗎？要學(xué)生講出思路就可指出：求g是在地表求地球質(zhì)量的主要線索。但不是什么天體都能登得上去的。求天體質(zhì)量必有別的思路。2.計(jì)算天體的質(zhì)量例題：小明同學(xué)隨航天飛機(jī)到某一恒星系考察，航天飛機(jī)在圓周半徑為r的軌道上，測(cè)出在無(wú)動(dòng)力狀況下（僅受引力）勻速繞該恒星一周時(shí)間為T，請(qǐng)各位同學(xué)由以上條件估算該恒星質(zhì)量。擴(kuò)展：木星是太陽(yáng)系中最大的行星，它有眾多衛(wèi)星。假如可以通過(guò)觀測(cè)衛(wèi)星運(yùn)行的相關(guān)信息，運(yùn)用引力公式來(lái)求木星的質(zhì)量。試總結(jié)都可以測(cè)量哪些量，通過(guò)組合求得木星質(zhì)量？試推導(dǎo)用這些量表示的木星質(zhì)量計(jì)算式。板書看學(xué)生完成狀況整理幾個(gè)結(jié)果小結(jié)：兩個(gè)主要思路⑴地表⑵勻速圓周的天體老師深化指導(dǎo)注：不同行星與太陽(yáng)的距離r和繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的周期T都是各不相同的。但是不同行星的r、T計(jì)算出來(lái)的太陽(yáng)質(zhì)量必需是一樣的,由于開(kāi)普勒第三定律，得出結(jié)果：那么不同行星的r、T計(jì)算出來(lái)的太陽(yáng)質(zhì)量是一樣的。（看時(shí)間可補(bǔ)充：橢圓軌道也是可以求中心天體質(zhì)量的。）3.發(fā)覺(jué)未知天體預(yù)見(jiàn)并發(fā)覺(jué)未知行星,是萬(wàn)有引力理論威力和價(jià)值的最生動(dòng)例證.背景：1781年由英國(guó)物理學(xué)家威廉．赫歇爾發(fā)覺(jué)了天王星，但人們觀測(cè)到的天王星的運(yùn)行軌跡與萬(wàn)有引力定律推想的結(jié)果有一些誤差……圖片：及故事英國(guó)的亞當(dāng)斯和法國(guó)的勒維耶（講解并描述為主）筆尖上發(fā)覺(jué)的行星——1846年9月23日晚,由德國(guó)的伽勒在柏林天文臺(tái)用望遠(yuǎn)鏡在勒維耶預(yù)言的位置旁邊發(fā)覺(jué)了這顆行星——海王星深化冥王星的發(fā)覺(jué)：海王星發(fā)覺(jué)之后，人們發(fā)覺(jué)它的軌道也與理論計(jì)算的不一樣。于是幾位學(xué)者用亞當(dāng)斯和勒維耶的方法預(yù)言另一顆新行星的存在．在預(yù)言提出之后，1930年，湯博發(fā)覺(jué)了太陽(yáng)系的后來(lái)曾被稱為第九大行星的冥王星。海王星的發(fā)覺(jué)和1705年英國(guó)天文學(xué)家哈雷依據(jù)萬(wàn)有引力定律正確預(yù)言了哈雷彗星的回來(lái)最終確立了萬(wàn)有引力定律的地位，也成為科學(xué)史上的美談。諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者，物理學(xué)家馮·勞厄說(shuō)：“沒(méi)有任何東西像牛頓引力理論對(duì)行星軌道的計(jì)算那樣，如此有力地樹起人們對(duì)年輕的物理學(xué)的敬重。從今以后，這門自然科學(xué)成了巨大的精神王國(guó)……”（增加故事的曲折性，體現(xiàn)萬(wàn)有引力定律歷史地位形成的曲折）（三）課堂小結(jié)1．地球表面，不考慮（忽視）地球自轉(zhuǎn)的影響，物體的重力近似等于重力地球質(zhì)量2．建立模型求中心天體質(zhì)量圍繞天體做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力為中心天體對(duì)圍繞天體的萬(wàn)有引力，通過(guò)圍繞天體的運(yùn)動(dòng)半徑和周期求中心天體的質(zhì)量。中心天體質(zhì)量補(bǔ)充：計(jì)算天體的密度地球表面的平均重力加速度為g，地球半徑為R，引力常量為G，則可用下列哪一式來(lái)估算地球的密度()A.3g/4πRGB.3g/4πR2GC.g/RGD.g/R2G引導(dǎo)學(xué)生思索密度的求法——很簡(jiǎn)潔。引出新題：例題：某日成為宇航員的小明同學(xué)駕駛航天飛機(jī)到某無(wú)大氣星球一游，他使航天飛機(jī)貼近該星球表面無(wú)動(dòng)力勻速飛行一周，測(cè)出飛行時(shí)間為T，即可計(jì)算該星球的平均密度。問(wèn)如何依據(jù)唯一條件周期T求出該星球密度。指出僅限于特別條件（四）課堂訓(xùn)練1.已知引力常量G、地球繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為r，地球繞太陽(yáng)運(yùn)行的周期T，僅利用這三個(gè)數(shù)據(jù)，可以估算出的物理量有()A.地球的質(zhì)量B.太陽(yáng)的質(zhì)量C.太陽(yáng)的半徑D.地球繞太陽(yáng)的運(yùn)行速率2.已知萬(wàn)有引力恒量G，在以下各組數(shù)椐中，可以測(cè)得地球質(zhì)量的是（）A.地球繞太陽(yáng)運(yùn)行的周期T和太陽(yáng)與地球的距離rB.月球繞地球運(yùn)行的周期T和軌道半徑rC.衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的周期T和衛(wèi)星離地面高度hD.衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的線速度v和角速度ω3.設(shè)“嫦娥二號(hào)”衛(wèi)星距月球表面的高度為h，做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期為T.已知月球半徑為R，引力常量為G.求：（1）月球的質(zhì)量M；（2）月球表面的重力加速度g（3）月球的密度ρ.4.在某行星上，宇航員用彈簧秤稱得質(zhì)量為m的砝碼重力為F，放射一顆衛(wèi)星在貼近星球表面的上空飛行，測(cè)得其環(huán)繞周期為T，依據(jù)這些數(shù)據(jù)求該星球