重力勘探教案-整本

2009～2010第二学期《重力勘探》教案绪言课题名称：绪言课时：2问题的提出什么是重力勘探？重力勘探是在重力测量学的基础上发展起来的一门应用学科，是现代常用的主要地球物理勘探方法之一。作为物化探专业的学生，必须明白什么叫重力勘探。本课程主要解决的问题：（1）了解重力勘探的物理实质；（2）掌握仪器的使用；（3）掌握观测数据的基本处理方法。本课程的需要的知识储备重力勘探是依据一定的物理原理来对地下的矿产或构造进行地质调查，所以要求学生掌握一定的物理知识，比如力的分解与合成，万有引力作用，重力作用等等。教学目标知识目标了解重力勘探的发展史掌握重力勘探研究的内容和方向能力目标掌握并理解重力勘探的原理情感目标培养学生提出发现问题，提出问题进而进行独立思考的的能力，并能够理论联系实际，把所学知识应用到重力勘探中去。教学分析与准备教学重点掌握并理解重力勘探这个概念教学难点重力勘探的物理原理，以及如何把这个原理应用到实际当中去，用来进行找矿和解决别的地质问题。教学策略自主学习和探究学习相结合课时安排2课时（45分钟2）教学环境普通教室四、教学过程2009～2010第二学期《重力勘探》教案教学组织教学内容备注组织课堂引入新课讲授新课带学生回忆物理里面学过的关于重力加速度的知识跟学生讲述法国天文学家里舍关于摆钟的故事，引学生思考原因回忆所学过的关于小球摆动的规律提问，重力数据的校正包括哪些呢？课堂小结：作业：师生问好，进入教学提问:1、物探都包括哪些方法？2、借由以前所学的电法勘探和磁法勘探来引入重力勘探的概念。一、重力勘探重力勘探是指根据岩矿石之间存在的密度差异为基础，通过调查和研究由此产生的重力场强度的变化及其变化规律来找矿或解决别的地质问题的一类勘探方法。大家知道，在地球表面及其附近空间，一切物体都要受到重力的作用。在重力作用下，物体自由下落时就要产生加速度，称为重力加速度。在地球的表面，重力加速度的平均值为9.8m/。但是，由于地球的形状不规则，地球内部物质不均匀，以及地球与其他星体相对位置不断变化，重力加速度的大小随着观测时间、地点的不同而少有差异。现在，人们已经清楚的知道，地面上重力加速度的变化，主要取决于测点的纬度、高度、测点周围地形的起伏、地球的潮汐、地球内部各种岩石密度的差异等五个因素。然而，从重力勘探的目的来说，上述五种因素中最后一个因素所引起的重力加速度的变化对于找矿而言才是有意义的。因为，在一般情况下，地下岩石密度的不均匀所引起重力加速度的变化，可以作为研究地下地质构造或寻找某些有用矿产的地球物理信息而加以利用。某些密度与围岩不同的地质体所引起的重力加速度变化值，不仅比重力加速度的平均值小得多，而且比纬度变化、高度变化、甚至有时比地形变化的影响小。因此，在以勘探为目的的重力测量中，必须对重力测量的结果进行相应的校正，消除那些非地质因素变化的影响。密度与围岩不同的地质体所以引起重力加速度变化的数值、范围和变化规律，与它的形状、大小、空间位置以及它与围岩密度差的大小有关。所以，重力勘探方法和其他地球物理勘探方法一样，也有它自己的应用条件。重力勘探方法应用的范围比较广泛，只要满足它的应用条件，就可以应用于各项地质勘探工作中。当然，在完成不同地质勘探的任务中，它的作用不完全相同，例如，在研究地壳深部构造或区域地质构造时，它常常被作为一种主要地球物理方法来使用；在石油、天然气或煤田地质勘探工作中，一般是把它作为一种普查手段，用于其他地球物理勘探方法之前；在金属或其他矿产勘探方面，它多与其他地球物理勘探方法配合使用。根据以上所述，重力勘探课程所要研究的主要内容应该是：有关重力勘探的基础理论；测量重力加速度的仪器和方法；重力加速度测量数据的整理和处理；重力勘探资料的地质解释。重力勘探方法发展简史、现状和展望地球上的重力现象，虽然是人们天天接触到的一种自然现象，但是，认识它的本质，并用它来为人类的生产和生活服务，却有着一段发展的过程。对重力现象的研究工作，开始于十六世纪中叶。意大利物理学家伽利略第一个用他自己发现的自由落体定律测定了重力加速度的近似值，在重力的研究方面，作出了开创性的贡献。重力加速度随地而异的现象，是法国天文学家里舍于1962年发现的。当时，他受法国科学院的派遣，到南美洲赤道附近的卡宴观测火星。他带一台在法国巴黎走得十分准确的摆钟，但到了卡宴之后，这台钟每天大约慢两分半钟。可是，当他两年之后再回到巴黎时，这台钟又恢复了正常。由此，他推测赤道附近的重力加速度小于巴黎。里舍的推测，不久被牛顿用力学原理证明。牛顿在1687年发表的《自然哲学的数学原理》一书中指出，因地球自转而引起的惯性离心力是从赤道向两极有规律的减小，地球不可能是一个圆球，而应是两极半径小于赤道半径的扁球。这个理论推测的正确性，后来被法国派往秘鲁和北欧去的两个测量队所证实。他们发现赤道附近纬度差一度所对应的经线长度确实比巴黎长，比北欧更长。于是，地球不是一个圆球，地面上重力加速度不是一个常数，在理论和实践上都得到了证明。大约在一百多年前，人们开始把地面上重力加速度的变化和地球内部物质密度的不均匀性联系到一起。当时大不列颠军队在印度进行大地测量，发现在喜马拉雅山南麓天文观测和大地测量结果存在较大的垂线偏差。即使假定山脉与附近平坦陆地具有相同的密度来校正山脉物质引起的影响后，这种偏差也不能完全消除。于是艾里提出了地壳均衡的概念对这种现象作了解释。不过，当时仅只是作为一种假说---地壳均衡假说，并没有受到人们足够的重视。重力测量从第一次世界大战之后才开始比较广泛的应用于地质勘探。在重力勘探方法的应用和发展方面，人们主要围绕以下三个不同的但又密切相关的问题不断进行研究并使之日臻完善。研究和制造重力勘探所需要的重力测量仪器重力勘探的中心问题，是研究重力加速度的变化与地壳内部物质密度变化的关系，从而为研究地下地质构造或寻找某些矿产资源提供地球物理依据。但是，能否达到这个目的，首先在于能否方便而准确的取得工作地区重力加速度的变化值。正如前面所述，某些密度与围岩不同的地质体所引起的重力加速度的变化数值都很小，一般来说，仅相当地球上重力加速度平均值的万分之一到百万分之一，甚至更小。所以，能否研制出适用的精密的重力测量仪器，就直接影响重力勘探方法的应用和发展。十九世纪，测量重力加速度的仪器主要是摆。这类仪器的原理是通过观察并测定摆在重力作用下的摆动周期来测量重力加速度。但是，它不仅工作效率很低，而且测量精度也满足不了地质勘探的需要。十九世纪末，匈牙利物理学家厄缸发明了测定某些重力位二阶导数的仪器---扭秤之后，重力勘探才得到了相应的发展。但是，这类仪器的工作效率仍然很低，而且它的勘探深度不大。到本世纪的五、六十年代，作为相对重力测量的重力仪有了很大发展，并在重力勘探工作中，逐渐代替了扭秤。重力仪是应用静力平衡原理进行相对重力测量的仪器，它的雏形出现于十八世纪的中叶。本世纪三十年代后，它有了迅速发展，而且得到广泛的应用。由于这类仪器具有很多优点，它的质量随着近代工业技术水平的提高而提高很快。现在不仅有了适于陆地、海洋和井中使用的多种类型重力仪，而且，航空重力仪和重力梯度仪和重力梯度仪的研制工作也取得了可喜的成就。可以展望，不久的将来，将有更轻便并具有一定自动化装置的高精度重力仪问世。完善重力测量数据的校正方法，提高有用信息的可信度如前所述，引起重力加速度变化的因素比较复杂，其中与地质勘探有关的，只是总变化中的一部分。所以，重力勘探工作中需要研究和解决的第二个重要问题，是如何对实测的、受各种因素影响的重力加速度变化值进行必要的校正，消除那些与地下物质密度变化无关因素的干扰，保留有用信息。这个问题经过人们长期的努力，在一定程度上已经得到了解决。可以预见，重力测量数据的校正方法将日益完善，校正质量将逐步提高。3、研究重力资料的解释方法，提高重力勘探的地质效果重力测量的数据经过各项必要的校正以后便可以得到与地下物质密度不均匀有关的重力加速度的变化值。如何说明这种变化与工作地区地下地质构造或矿产分布的关系，以及怎样利用这些关系来解决地质体产状问题，这些正是重力勘探的最终目的。此项工作叫做“重力异常的地质解释”。对于重力异常的解释，已经发展了不少方法，积累了一定经验，但都有其局限性。因此，除了很好的掌握和应用现有解释方法，借鉴前人的经验外，还必须研究新的解释方法，努力提高重力勘探的地质效果。一切科学的发展都是相互联系的，相互促进的。当历史跨入二十世纪六十年代，现在电子计算技术直接应用在重力勘探领域的时候，重力勘探方法也得到了相应的发展。应用电子计算技术不仅能高速进行繁杂的重力测量数据整理、校正以及数值处理，而且也促进了某些理论研究工作的开展。在我国重力勘探方法是从解放以后才开始比较广泛应用的。从建国之初直到六十年代，在研究区域地质构造、石油、天然气和煤田地质勘探工作中，重力勘探方法都发挥了重要的作用。在重力仪的研制方面也取得了很大进展，七十年代初就用上了我国自制的重力仪，结束了过去完全依靠国外进口仪器的局面。除陆地上外，海洋重力勘探也得到很快发展。重力勘探是物探方法的一种，它主要是根据岩矿石岩矿石之间存在的密度差异为基础，通过观察和研究由此产生的重力加速度的变化来找矿或解决别的地质问题。重力勘探有一百多年的历史，其发展过程是缓慢的。我们主要围绕以下问题进行研究：1、研究和制造重力勘探所需要的重力测量仪器xiao2、完善重力测量数据的校正方法，提高有用信息的可信度研究重力资料的解释方法，提高重力勘探的地质效果1、何谓重力勘探？2、简述重力勘探的发展过程3、重力勘探主要围绕哪些方面进行研究物探是近百年来发展起来的一门学科，其主要是通过一定的物理原理来找矿或解决别的地质问题。随着科学的发展和社会的进步，物探在能源开采和地质调查方面发挥着越来越大的作用。稍加讲述伽利略发现自由落体定律的故事经科学家们研究发现，地球是个梨状的椭球体随着科学技术和计算机技术的发展，物探解释工作都得到了很大的发展课堂外延无课后分析由于新鲜感，学生表现出很大的兴趣，这也许是最大的动力，应该想办法让学生的热情继续。板书设计板书练习绪言一、重力勘探1、重力勘探是指根据岩矿石之间存在的密度差异为基础，通过调查和研究由此产生的重力场强度的变化及其变化规律来找矿或解决别的地质问题的一类勘探方法。2、重力勘探课程所要研究的主要内容应该是：(1)有关重力勘探的基础理论；(2)测量重力加速度的仪器和方法；(3)重力加速度测量数据的整理和处理；(4)重力勘探资料的地质解释。二、重力勘探方法发展简史、现状和展望主要围绕以下三个不同的问题进行研究：1、研究和制造重力勘探所需要的重力测量仪器2、完善重力测量数据的校正方法，提高有用信息的可信度3、研究重力资料的解释方法，提高重力勘探的地质效果2009～2010第二学期《重力勘探》教案第一章重力勘探的基础知识课题名称：1.1地球和地球的重力场课时：2问题的提出地球是怎样的形状？粗略而言，我们可以把地球看成是个球状的球体，然而实际上地球确实两极半径小于赤道半径的梨状椭球体。什么叫地球的重力场？大家都熟悉磁场和电场的概念，具有磁力作用的空间我们叫磁场，具有电力作用的空间我们成为电场，那么什么叫地球的重力场呢？同样的道理，在地球表面或周围具有重力作用的空间我们称为地球的重力场。3、本课程主要解决的问题：（1）了解地球的形状及内部密度分界面（2）理解地球的重力场（3）熟练重力场强度单位的换算4、本课程的需要的知识储备关于地球的形状普通地质学里面已经学习过，另一方面要学生掌握物理里面的一些知识，比如常说的概念磁场，电场，以便于延伸到地球的重力场。教学目标知识目标了解地球的形状理解地球的重力场熟练重力场强度单位的换算能力目标学会单位的换算情感目标培养学生“忆古思今”，举一反三的学习能力，通过已学过的知识来延伸到将要学习的领域。能更好的理解新知识，记忆更深刻，同时对已学过的知识也起到一个复习的作用。教学分析与准备教学重点重力场重力场强度单位的换算教学难点重力场强度单位的换算教学策略举一反三，反复练习的方法课时安排2课时（45分钟2）2009～2010第二学期《重力勘探》教案教学环境普通教室教学过程教学组织教学内容备注组织课堂引入新课讲授新课提问：地球内部的构造知道了，那么地球内部物质密度的如何变化呢？借由磁场和电场的概念引入重力场小结作业师生问好，进入教学提问:1、地球是什么形状的？2、回忆所学过的关于地球的知识地球的形状和它的内部结构地球自然表面的形状比较复杂，然而，由于它70%以上的面积均被海水所覆盖，陆地上的地形起伏相对海平面的高度和地球平均半径相比，其值甚微。所以，在研究地球形状时，人们把平静海洋面，顺势延伸到各个大陆之下所形成的封闭曲面——大地水准面的形状，作为地球的基本形状。这个形状的一级近似，可以视为一个球体，二级近似，应该是一个两极半径略小于赤道半径的二轴椭球体；更高一级的近似，则应该是一个三轴椭球体。在一般情况下，把它看成是一个二轴椭球体进行研究已能满足精度要求了（见图1.1-1）。近几年人造地球卫星测量提供的地球形状的主要参数如下：赤道半径：a=6378.160km极半径：c=6356.755km地球扁率：ƹ=（a-c）/a=1/298caa图1.1-1地球的二级近似椭球体在二级近似的条件下，可以把自然表面比较复杂的地球，近似看作两极半径略小于赤道半径的二轴椭球体。这个椭球体的一个显著特点，就是它的子午圈是一些椭圆，而赤道以及和赤道平行的一些圈都是圆。地球的内部构造，大致可以分为三层;最外面的一层叫做地壳，中间的称为地幔，最里面的称为地核（见图1.1-2）图1.1-2地壳的厚度各地不一。大陆上的平原区厚度约为30～40km，高原和山区相对变厚，大洋地区相对变薄。地壳厚度的变化可以达到几十公里。主成地壳的物质组成，主要是硅、铝、镁。按照硅、铝、镁含量的多少，又可以把它细分为两层。上层叫做硅铝层，主要由富含硅铝的花岗岩类组成，平均密度约2.7g每立方厘米；下层叫做硅镁层，主要由富含硅镁的玄武岩类组成，平均密度约为3.1g每立方厘米。硅铝层和硅镁层的分界面，叫做康腊德界面，简称康腊面。康腊面上、下岩层大约有0.3～0.4g每立方厘米的密度差，是地壳内部重要密度分界面之一。地壳的最上层，是厚度不大而且密度极不均匀的沉积岩和风化土（见图1.1-3）。根据陆地与海洋地壳结构的特征，又可以分为大陆型地壳和海洋型地壳，。大陆型地壳，主要是由花岗岩类和玄武岩类组成的双重结构;海洋型地壳的花岗岩类很薄，有的地方甚至缺失，主要是由玄武岩类组成的单层结构。从地壳的底部往下，一直到2900km深的范围内，叫做地幔，由于它介于地壳和地核之间，又叫做中间层。组成地幔的物质成分和地壳有显著差别，硅酸物质显著减少，铁、镁质金属元素相对增多。根据组成地幔物质成分的差别，又可以把它分为上地幔和下地幔。上地幔主要是基性和超基性岩，下地幔主要是铁、镍等金属氧化物。地幔物质的密度大约在3.5~5.0g每立方厘米之间，随着深度增加而变大。上地幔和地壳的分界面，称为莫霍洛维奇面，简称莫霍面。莫霍面是地球内部又一个重要密度分界面，其上、下岩层—地壳与上地幔之间大约存在0.4g每立方厘米的密度差。从2900km深处一直到地心，称为地核，分外核，过渡带和内核三部分。组成地核的物质成分，目前还不甚清楚，但根据陨石推测，认为主要是铁和镍，故称铁镍核。地球的质量M近似为5.976×kg。图1.1-3地球的重力场已知地球是一个具有一定质量，两极半径略小于赤道半径，并且按照一定角速度旋转的椭球体，因而，在这个椭球体的表面及其附近空间，一切物体都要同时受到两种力的作用，其一是地球质量对它产生的引力，其二是地球自转而引起的惯性离心力。这两个力的合力就是重力。存在重力作用的空间叫做重力场。根据牛顿第二定律：重力G应该等于实验质量m和重力加速度的乘积G=mg在国际单位制（SI）中重力的单位是kg.m/。规定以1m/的百万份之一作为国际通用重力单位（gravityunit），简写g.u，即1m/=g.u在以往出版的教材、文献和资料中，均使用CGS单位制，即厘米.克.秒单位制，在该单位制中，为了纪念意大利科学家伽利略，重力加速度的单位规定为1cm/=1gal（伽）1gal=mgal（毫伽）SI单位与CGS单位的换算关系为1gal=g.u为了便于引用过去的资料，在这份教材的图件中，均以n×10g.u来表示重力加速度（以下简称重力）的大小。例如过去的20mgal，现在改为20×10g.u。地球质量的引力和地球自转而引起的惯性离心力，是组成地球重力的主要成分。除此之外，宇宙间其他星体质量引力的作用、地球的自转轴、地球的形状、地球内部物质密度的分布、地球的自转角速度等都会对重力有所影响。上述各因素都非固定不变，所以，地面上任意点重力的大小和方向都随时间而又微笑变化。地球是两极半径略小于赤道半径的梨状椭球体重力场指的是具有重力作用的空间；地球重力场指的是在地球表面及其周围空间具有重力作用的空间。重力场强度的单位换算1gal=g.u换算（1）20g.u=（）gal（2）300mgal=（）m/（3）50000ugal=（）cm/（4）6000m/=（）gal（5）8cm/=（）gal地球的赤道半径和极半径并不是固定不变的，其数值也会随时间发生微笑的变化磁场指的是具有磁力作用的空间，无色无味，看不见摸不着。电场指的是具有电力作用的空间。国际单位制的基本单位是千克（kg）、米（m），秒（s）课堂外延带学生看地球模型课后分析本堂课看似简单，但由于部分学生的数学基础比较差，所以单位的换算变成了一个难题。板书设计板书练习重力勘探的基础知识1.1地球和地球的重力场地球的形状和它的内部结构地壳（1）硅铝层花岗岩类（2）硅镁层玄武岩类硅铝层和硅镁层存在0.3～0.4g每立方厘米的密度差，所以它们之间的分界面称康拉德界面。地幔（上地幔和下地幔）地壳与上地幔之间大约存在0.4g每立方厘米的密度差。地核外核过渡区内核地球的重力场1、重力场：指的是具有重力作用的空间；2、地球重力场：指的是在地球表面及其周围空间具有重力作用的空间。3、单位换算1m/=g.u1cm/=1gal1gal=mgal1gal=g.u1m/=？cm/300gal=？g.u50mgal=?g.u2009～2010第二学期《重力勘探》教案第一章重力勘探的基础知识课题名称：1.2正常重力公式课时：2问题的提出什么是正常重力？虽说地球表面及其附近各点处的重力是不相等的，那么对于全球而言重力的变化有没有什么规律呢？其实，由于受到地球形状的影响及重力本身的性质决定，从赤道到南北极重力值呈现出逐渐变大的规律。本课程主要解决的问题：（1）了解和掌握正常重力位和正常重力公式（2）掌握正常重力变化对于重力勘探的意义本课程的需要的知识储备前面学习了地球的形状以及重力场和地球重力场的概念，都是作为这节课的基础，这节课主要学习重力场强度在全球范围内的一个大体变化情况，这跟地球的形状有关，跟重力和重力场的性质有关。教学目标知识目标了解正常重力和正常重力公式谨记重力在全球大体的变化情况能力目标理解重力的正常变化情况情感目标培养学生逐本求根的去学习，然后通过理解来记忆，为什么正常重力的变化会出现这样的规律。教学分析与准备教学重点理解重力的正常变化教学难点本是个简单的问题，然而由于物理知识不牢固和想象力的局限性，对于正常重力公式和正常重力位的理解会有点困难。教学策略导入式讲授和启发式教学相结合课时安排2课时（45分钟2）教学环境普通教室教学过程2009～2010第二学期《重力勘探》教案教学组织教学内容备注组织课堂引入新课讲授新课常用的这些正常重力公式是通过对地球各个参数进行测量或计算后代入它的基本形式得到的小结作业师生问好，进入教学提问:1、回忆上节课所学知识，准确的说地球是什么形状的，内部有几个密度分界面？2、重力场和地球重力场分别指？3、重力场强度在全球的分布会不会有什么规律呢？正常重力公式的基本形式当地球的形状及其内部物质密度分布为已知时，应用重力位函数可以求出地面上任一点的重力位。但是，地球的形状比较复杂，内部物质密度分布和变化情况又是未知的，因而这种计算实际无法进行。由于地球总是处于流体平衡状态，它的大地水准面与某一椭球体的表面十分接近，所以，在计算地球大地水准面上的重力位和重力时，可以用一个理想椭球体——大地椭球体表面上的重力位或重力来代替。这个大地椭球面上的重力位称为“正常重力位”，重力称为“正常重力”，表示正常重力场的数学解析式，称为正常重力公式。这里，我们只想给出正常重力公式，如果对它的数学推导有兴趣，可以参考其他有关重力的书籍。正常重力公式的基本形式如下（1.2-1)式中的表示赤道重力值为计算点的地理纬度和为与地球形状及赤道与两极的重力值有关的常数，即式中的——赤道重力值——两极重力值；——为地球的扁率（a、c分别为地球的赤道半径和两极半径）。但、和已知时，则可得到计算不同纬度上正常重力值的具体公式。如何确定这三个参数的具体数值，是多年来人们一直研究的问题，并且导出了很多正常重力公式。二、常用的正常重力公式现在比较常用的正常重力公式有(1)1901~1909年的赫尔默特公式=9780300（1+0.005302-0.000007）g.u（1.2-2）(2)赫尔默特另一公式是1915年提出的，这个公式考虑了经度“”变化的影响，形式为=9780520【1+0.005285-0.000007+0.00018cos2（-17）】g.u（1.2-3)这个公式把地球作三轴椭球体来考虑，赤道面内两个半径不等。（3）1930年卡西尼国际正常重力公式=9780490（1+0.00528840.0000059）（1.2-4）（4）1979年国际地球物理及大地测量联合会确定的正常重力公式=9780327（1+0.0053024-0.000005）（1.2-5）我国比较常用的是式（1.2-2）和式（1.2-4）。正常重力指的是当我们把地球看成是一个理想的椭球体（形状为规则的椭球体内部物质密度均匀或环状均匀）时，测得的各点的重力。这个重力的大小只跟观测点的纬度有关，我们可以用一个公式来求任意点的正常重力值，这个公式叫正常重力公式。并且可以导出更具体的公式。地球的正常重力值从赤道到两极逐渐变大，综合所学知道简述为什么会出现这样的情况。用赫尔默特第一个公式计算纬度分别为0度，30度，45度，60度，90度处的正常重力值。地球表面上重力随纬度的变化主要是因为地球半径从赤道到两极逐渐减小，而且重力主要由地球的引力决定其大小，所以当半径变小了，那么根据万有引力公式引力必定变大了。这些公式的不同之处主要在于所测得的参数发生了变化，比如赤道半径或极半径，或者赤道处和两极处的重力值等等课堂外延无课后分析本堂课相对前面来说较难，主要是重力毕竟是接触得比较少的知识，虽然它无处不在我们的生活中。希望多解释能让学生理解。板书设计板书练习1.2正常重力公式一、正常重力公式的基本形式常用的正常重力公式(1)=9780300（1+0.005302-0.000007）g.u（1.2-2）(2)=9780520【1+0.005285-0.000007+0.00018cos2（-17）】g.u（1.2-3)(3)=9780490（1+0.00528840.0000059）g.u（1.2-4）（4）=9780327（1+0.0053024-0.000005）g.u.（1.2-5）用卡西尼国际正常重力公式计算纬度分别为0度，45度，90度处的正常重力值。2009～2010第二学期《重力勘探》教案第一章重力勘探的基础知识课题名称：1.3重力测量的方法和原理课时：2问题的提出如何测量某点的重力值？重力勘探是根据重力的变化来找矿或解决别的地质问题的，所以如何测定重力从而了解重力的变化便是一个关键的问题。测量重力的方法也是多种多样，并且在不断的完善更新。本课程主要解决的问题：（1）了解重力测量的发展过程（2）掌握掌握重力测量的方法本课程的需要的知识储备重力测量需要有一定的物理知识做储备，比如摆的摆动，匀加速运动和胡克定律等等，如果没有一点物理知识，学起来是很费劲的。教学目标知识目标了解重力测量的发展史掌握重力测量的各个方法能力目标理解重力仪的基本力学原理情感目标培养学生提出发现问题，提出问题进而进行独立思考的的能力，并能够边讨论变学习，相互促进。教学分析与准备教学重点（1）自由落体测重力（2）弹簧测重力教学难点重力测量会遇到一些公式和物理原理，这是本节课的难点，有些同学物理基础较差。教学策略自主学习和讨论学习相结合课时安排2课时（45分钟2）教学环境普通教室四、教学过程2009～2010第二学期《重力勘探》教案教学组织教学内容备注组织课堂引入新课讲授新课提问学生摆的摆动周期T怎么计算把公式慢慢推导出来拿个弹簧给学生演示不同的拉力弹簧的长度变化小结作业师生问好，进入教学提问:1、请问哪位同学该如何测定重力？分小组讨论五分钟。2、点名叫个别同学回答。从理论来说，任何与重力有关的物理现象都可以用来测定重力。但是，从重力勘探对重力测量精度的要求来考虑，实际可以利用的物理现象并不多。重力测量可以分为绝对测量和相对测量。绝对重力测量测的是重力的全值，称为绝对重力值；相对重力测量测的是各点相对某一基准点的重力差。当基准点的重力值已知时，通过相对重力测量也可以求得各点的绝对重力值。相对重力测量是现代重力测量的主要形式。测定重力的方法，可以分为动力法和静力法。动力法是观测物体在重力作用下的运动，直接测定的量是时间和路程；静力法是观测物体的平衡，直接测定的量是物体因重力变化而发生的线位移或角位移。采用静力法进行相对重力测量是重力测量的主要方法。摆在动力法中，过去用来进行绝对重力测量的仪器是摆，测定的量是摆长L和摆动周期T，然后利用大家所熟知的公式求g（1.3-1)这种方法不仅工作效率低，而且测量的精度也满足不了重力勘探的要求。自由落体在动力法中，另一种测定绝对重力值的仪器是根据自由落体定律设计的绝对重力仪。已知具有初速度的自由落体，经过时间t下落的距离为s（1.3-2）如果在物体下落的路程上取两个距离和，通过这两个路程的时间分别为和，则根据上式有（1.3-3)(1.3-4)从中消去并解出（1.3-5）可见，只要在物体自由下落的过程中准确的测得了、和、便可准确的求出g。现在，我国自制的绝对重力仪是激光测距，用稳定的脉冲信号计时，重力测量的精度可以满足国防工程，应用地球物理和大地测量等方面的要求。重力仪的弹簧原理静力法是相对重力测量的基本方法，所用的仪器是重力仪。重力仪的种类很多，但是工作原理基本相同，都是通过测定与重力有关的静力平衡系统中，平衡体在重力变化时所产生的位移来确定重力变化。图1.3-1是重力仪简单工作原理图。弹簧原长M图1.3-1为，其上端固定在支架上，下端悬挂一质量为M的负荷。当这个装置在某一基准点G，在G点重力的作用下，弹簧长度由伸长到，于是M.=K（-）式中K为弹簧的弹性系数。如果将它移到另一点A，在A点重力的作用下弹簧的长度为，则M.=K（-）在不变的情况下，A、G两点的重力差可由下式决定g=-=（-）=cs（1.3-6）式中c=是仪器的常数，相当于弹簧长度变化一个单位时重力变化值，称为重力仪的格值。s为在A、G两点上弹簧的长度变化。所以，在格值c为已知的情况下，若能准确测出弹簧长度在两点的变化值，就可以求出这两点的重力差。当基准点上的绝对重力值为已知时，通过相对重力测定也可以求出观测点的绝对重力值，即=+g过去，世界范围内作为相对重力测定的基准点只有两个，一个在波茨坦，另一个在维也纳，两点的绝对重力值分别为9.81247m/和9.81290m/。以波茨坦或维也纳的绝对重力点作为相对重力测量基准点，通过相对重力测量求出的绝对重力值的一些点，称为波茨坦系统或维也纳系统。现在，测定绝对重力值的仪器不断完善，测量的精度不断提高，绝对重力值的已知点也越来越多，因此，在工作中可以就近利用任何一个绝对重力值的已知点作为相对重力测量的基准点，然后再求出各测点的绝对重力值，但应说明所使用绝对重力点的点位和绝对重力值。重力测量分为绝对测量和相对测量两种，现代重力测量以相对测量为主。绝对测量应用的是动力法，相对测量应用的是静力法。测定重力的方法有：摆自由落体弹簧设某一摆的摆长为1m，在地面某点处摆动的周期为2s，求此点的绝对重力值。在某工区内有一基准点G，其绝对重力值为9.835m/。用一个格值为1mgal的弹簧进行重力测量，在某一点处弹簧的伸长量比基准点上多出2格，问此点的相对重力值和绝对重力值分别为多少？在物理里学过，摆某点的摆动周期仅与摆长有关初速为零并且除了重力不在受别的力影响的运动叫自由落体运动这是现在重力仪的基本工作原理弹性系数K是个常量，通常可以把它看成是个常数，但不是说它绝对不变所谓相对测量和绝对测量也只是相对的概念，可以互相转换课堂外延带学生做弹簧的拉长实验课后分析本堂课从学生的反应来看是比较有吸引力的，但是关于重力的计算有些同学稍微有点差。板书设计板书练习1.3重力测量的方法和原理1、重力测量的形式重力测量可以分为绝对测量和相对测量，相对重力测量是现代重力测量的主要形式。测定重力的方法，可以分为动力法和静力法。采用静力法进行相对重力测量是重力测量的主要方法。2、测定重力的方法（1）摆（1.3-1)（2）自由落体（1.3-5）弹簧g=-=（-）=cs（1.3-6）式中c=是仪器的常数，相当于弹簧长度变化一个单位时重力变化值，称为重力仪的格值。在某点做自由落体运动的实验，测得两个点，第一个点距起始点的距离为1.23米，用时0.5秒，第二点距起始点的距离为4.93米，用时1秒，求此点的重力值。2009～2010第二学期《重力勘探》教案第一章重力勘探的基础知识课题名称：1.4重力异常课时：2问题的提出什么是重力异常？“异常"是我们常说也常听到的一个词，那么在重力勘探中我们应该怎么去理解重力异常这个概念呢?是否有变化就叫异常，还是在特殊的领域有特别的定义？本课程主要解决的问题：（1）掌握重力异常的概念（2）了解重力异常的物理实质本课程的需要的知识储备本堂课所需要的知识准备还是一些物理知识，关于密度和质量的关系，质量和万有引力之间的关系。教学目标知识目标理解并记住重力异常概念掌握重力异常的物理实质能力目标掌握并理解重力异常和它的实质情感目标培养学生独立思考和自主学习的能力。教学分析与准备教学重点重力异常教学难点重力异常的物理实质教学策略自主学习和探究学习相结合课时安排2课时（45分钟2）教学环境普通教室四、教学过程2009～2010第二学期《重力勘探》教案教学组织教学内容备注组织课堂引入新课讲授新课提问学生密度和质量的关系叫一位同学起来总结小结作业师生问好，进入教学提问:什么叫异常？那么重力异常呢？重力异常在推导正常重力场重力值公式时，我们是将地球看成由同一密度构成的均匀或环状均匀的旋转椭球体。然而真实的情况却不然，由于地质构造运动及成矿作用，使得地壳中存在许多密度不均匀体，这些密度不均匀体必然会引起重力场强度的变化。再加上外部因素的影响，比如高度、测点周围地形的起伏、地球的潮汐等等，使得实测重力值不同于正常重力场的重力值。在重力勘探中，我们把由于地下岩矿石密度的变化所引起的重力场强度的变化称为重力异常。意即实测的数据不光要跟基准点进行比较，而且还必须把由于非密度变化引起的重力变化值的影响消除掉，就是我们常说的重力观测值的校正。另外，重力异常是个相对的概念。如图（1.4-1）ШГП图1.4-1相对于曲线第一部分而言，第二部分是重力异常值，第一部分是背景值（正常值），相对于曲线第三部分而言，第二部分是背景值（正常值），第三部分是异常值。重力异常的物理实质我们通过下面几种情况说明重力的变化与地质体密度差之间的关系，从而说明重力异常的实质。在图1.4-2中，球体的围岩密度为，球体密度为，并且>，球体的的体积为V时。因>，表明球体的密度大于围岩的密度，它们之间的密度差称为剩余密度，其大小为=-。因为存在剩余密度亦必然存在剩余质量，其大小为M=.V。这就是说，由于球体的存在相当于在围岩的基础上，增加了个质量为M的物体。因此在球体上方，就会出现重力值高于围岩的重力异常。在图1.4-2中，位于中间的球体的密度小于围岩的密度，这时在球体处不是出现了质量的增加而是出现了质量的亏损，即相当在围岩中缺少了一个质量为M的物体，因此球体的上方就会出现重力值低于围岩重力值而出现负异常。即重力异常可能为负的，由低密度体引起。g测点图1.4-2在图1.4-2中，右侧球体与围岩间不存在密度差，因此也就不存在剩余质量及质量亏损，所以也就不会出现重力异常。由此可以看出，重力勘探中的重力异常是因岩矿石间存在着密度差异而引起的。因此，岩矿石之间是否存在明显的密度差，将成为能否进行重力勘探的前提条件。在重力勘探中，我们把由于地下岩矿石密度的变化所引起的重力场强度的变化称为重力异常。重力异常是个相对的概念。重力异常的物理实质是：岩矿石间存在着密度差异，所以能引起重力的变化。重力勘探中重力变化是否就是重力异常？简述重力异常的物理实质。重力变化不一定就有重力异常，在这里我们规定了异常是由什么引起的物理里面学过，质量和密度成正比，且万有引力与质量成正比万有引力公式课堂外延无课后分析本堂课看似简单，但重力异常的概念却是本书最重要的概念之一，所以必须让学生理解透彻。板书设计板书练习1.4重力异常一、重力异常在重力勘探中，我们把由于地下岩矿石密度的变化所引起的重力场强度的变化称为重力异常。重力异常是个相对的概念。二、重力异常的物理实质高密度体可引起重力值的高值异常地密度体可引起重力值的低值异常2009～2010第二学期《重力勘探》教案第一章重力勘探的基础知识课题名称：1.5地壳均衡和均衡重力异常课时：2问题的提出地壳均衡假说指的是？根据大量的重力测量资料所作的统计表明，如果以平原地区为标准，在山区或高原地区的重力异常为负，海洋地区为正，为什么已经作了各项校正，消除了地表因素的影响，重力异常仍然有这样的规律呢？本课程主要解决的问题：（1）了解重力值在平原，高原或山区以及海洋的变化情况（2）掌握地壳均衡假说（3）了解均衡重力异常本课程的需要的知识储备本节课的知识可以为以后的均衡重力校正作准备，在精确的重力测量工作中，我们不光要求布格重力异常还有可能求准确度更高的均衡重力异常。教学目标知识目标了解重力值在平原，高原或山区以及海洋的变化情况掌握地壳均衡假说能力目标对地表重力的变化有更多的了解情感目标培养学生独立思考问题的能力，以及把所学知识应用于实践的能力。教学分析与准备教学重点了解重力值在平原，高原或山区以及海洋的变化情况了解均衡重力异常2、教学难点地壳均衡假说3、教学策略导入式讲授和自主学习相结合4、课时安排2课时（45分钟2）5、教学环境普通教室教学过程2009～2010第二学期《重力勘探》教案教学组织教学内容备注组织课堂引入新课讲授新课引导学生思考为什么出现如图1.5-1的情况考虑这两种假说的异同点小结作业师生问好，进入教学提问:1、回忆所学知识，重力的变化可由什么原因引起？2、重力异常指的是什么引起的？3、除了上述这些还有没有什么因素能影响重力值的变化呢？随着时间的发展和各种地球物理资料的不断丰富，一百多年前艾里提出的地壳均衡假说越来越被人们所重视。根据大量的重力测量资料所作的统计表明，如果以平原地区为标准，在山区或高原地区的重力异常为负，海洋地区为正，而且它的数值和重力测点的海拔高度或海水深度游如图1.5-1的关系。g400200-4000-2000020004000H-200-400图1.5-1为什么已经作了各项校正，消除了地表因素的影响，重力异常仍然有这样的规律呢？这就需要应用地壳均衡概念来进行解释。英国人普拉提提出的假设认为，山脉是由地下物质从地下某一个深度起向上膨胀而形成，山越高，密度越小，并且在某一深度之上横截面相同的直立柱体的质量相等，故山越高，其底部下陷到密度大的介质中的深度也越大，即山有“山根”。见图1.5-2。后来人们发现，地壳均衡假说可以用来解释地壳发展中的很多现象，并且为了解释这些现象提出了很多地壳均衡模式和均衡条件，其中比较常用的有：普拉特—海福特均衡模式和均衡条件这是由普拉特提出模式，海福特导出均衡条件公式的一种假说。普拉特提出的假说如图1.5-3所示。他认为在地壳深部存在一个等压面，称为均衡面，从海平面到均衡面的海洋地壳地幔图1.5-2深度为D,称为均衡深度。如果把均衡面以上的物质分割成很多横截面相同的直立柱体，每个柱体的质量都相等，对均衡面的压力也相同。据此可以推知，柱体越高，密度应该越小，反之，密度应该越大。以地壳的平均密度为准，高山地区由于密度小儿出现的亏损质量应该由高出海平面以上多余的物质所补偿；而海洋地区因海底以上海水质量不足，应由海底以下密度大物质的多余质量所补偿，以保证地壳压力的均衡。2、艾里—海斯坎宁均衡模式和均衡条件艾里提出的均衡模式表示一些不同高度的岩石柱体漂浮在密度较大的均质岩浆之上，并处于静力平衡状态，有如密度均匀而高度不等的木块漂浮在水中一样。柱体顶端出露的高度越大，底部在岩浆中下陷也越深，这种现象在地质上一般称为“山根”和“反山根”。普拉特和艾里额均衡模式和均衡条件的主要差别在于前者认为均衡面以上横截面相同柱体的质量相等，但密度不同，海拔高度越大，密度越小，海平面与均衡面之间的质量亏损，由高处海平面的高山质量所补偿；后者是假设密度不变，高处海平面高山的多余质量，由山根排开岩浆所造成的质量亏损来补偿。两者的共同点都是把均衡面视为平面。此外，还有其他类型的均衡模式。根据地壳均衡假说及提出的地壳均衡模式，经过纬度、高度和地形校正之后得到的重力异常，在山区应该为负，在海洋地区应该为正（相对正常地壳厚度而言），大量的重力测量资料符合此规律，就是说从地球的重力变化来说，地壳均衡假说是可信的。因此我们可以推测，如果地壳到处是均衡的话，则根据前面讨论的均衡模式和均衡条件，对山区均衡面以上的质量亏损或海洋地区的质量剩余对重力异常的影响加以校正——重力均衡校正，校正结果应该等于零。但事实证明，有些地区经过重力均衡校正之后所得的结果还是会出现或多或少的异常，通常称为重力均衡异常。对均衡重力异常出现原因的一个重要解释，就是认为在这些地区，地壳还没有达到均衡状态，尚以某种运动形式在进行调整。所以均衡异常资料可以作为研究地壳稳定性，预测天然地震可能发震的地点以及选择巨大工程建筑基地的参考。根据大量的重力测量资料所作的统计表明，如果以平原地区为标准，在山区或高原地区的重力异常为负，海洋地区为正。这就需要应用地壳均衡概念来进行解释。其中比较常用的均衡假说有：普拉特—海福特均衡模式和均衡条件艾里—海斯坎宁均衡模式和均衡条件1、简述普拉特—海福特均衡模式和均衡条件和艾里—海斯坎宁均衡模式和均衡条件的异同。山越高，山根越高假说虽然是假设，但是具有一定的道理和依据所谓均衡面，就是在这个面上各点压力处处相等课堂外延无课后分析本堂课比较难，然而慢慢理解其实也不见得多难，这部分知识可以为今后的均衡校正做准备。板书设计板书练习1.5地壳均衡和均衡重力异常以平原地区为标准，在山区或高原地区的重力异常为负，海洋地区为正。1、普拉特—海福特均衡模式和均衡条件2、艾里—海斯坎宁均衡模式和均衡条件主要差别在于前者认为均衡面以上横截面相同柱体的质量相等，但密度不同，海拔高度越大，密度越小，海平面与均衡面之间的质量亏损，由高处海平面的高山质量所补偿；后者是假设密度不变，高处海平面高山的多余质量，由山根排开岩浆所造成的质量亏损来补偿。两者的共同点都是把均衡面视为平面。2009～2010第二学期《重力勘探》教案第二章重力仪课题名称：2.1重力仪的基本构造和工作原理课时：2问题的提出什么是重力仪？重力仪是用来进行相对重力测量的主要仪器，是重力勘探野外重力测量的重要工具。本课程主要解决的问题：（1）了解重力仪的基本原理（2）掌握重力仪的工作原理本课程的需要的知识储备重力仪是重力测量的主要工具，了解它的内部基本结构及其工作的原理，能更好的应用它来进行重力测量，使得观测数据更准确，工作效果更好。教学目标知识目标了解重力的构造掌握重力仪工作的原理能力目标熟知重力仪的工作原理情感目标培养学生学习联系实际，严谨认真的工作态度，不要只知其所以，不知其所以然，学无止境，是每个人都应该铭记于心的谦虚。教学分析与准备教学重点掌握重力仪的工作原理教学难点重力仪的内部构造，实习时也看不到，只能通过说上的示意图来表现，所以存在一定的难度，也正由于这个原因，所以重力仪的工作原来也就不太好表现和理解了。教学策略自主学习和展示图片相结合课时安排2课时（45分钟2）教学环境普通教室教学过程2009～2010第二学期《重力勘探》教案教学组织教学内容备注组织课堂引入新课讲授新课给学生展示图片提问：灵敏度是否越高越好呢?有什么方法可以放大？小结作业师生问好，进入教学提问:1、重力测量分为哪两种类型？2、现代主要作哪种类型的测量？过去和现代使用的重力仪都是根据静力平衡原理设计和制造的。首先制成与重力有关的某种静力平衡装置，使它的平衡体在某一重力的作用下静止在一定的位置。如果把这个装置移到和原来的观测点的重力不等的另外一点时，平衡体就要产生位移，并在新的位置再次平衡。位移的大小和亮点重力差的大小有关，因而，测量位移就可以求得两点的重力差。在平衡装置中，通常用来平衡重力的力有以下几种：用弹簧伸缩产生的弹力来平衡重力，如图2.1-1（a）所示的格拉夫重力仪；用弹簧伸缩对平衡体所产生的弹力矩平衡重力矩，如图2.1-1（b）所示的梯申重力仪；用弹性片弯曲对平衡体所产生的弹力矩平衡重力矩，如图2.1-1（c）所示的莫洛金重力仪；用扭丝扭转产生的扭力矩平衡重力矩，如图2.1-1（d）所示的诺伽重力仪。对重力仪构造的基本要求以上介绍的几种重力仪的构造虽然各有差别，但是，其中任何一台重力仪都有两个最基本部分，一是静力平衡系统；二是测读机构。静力平衡系统是感觉重力变化的部分，故称为感觉机构或灵敏系统。灵敏系统是重力仪的心脏，重力变化时，灵敏系统中的平衡体便显示位移，位移的方式有的是线性移动，称为线位移系统，如格拉夫重力仪；有的是偏转一个角度，称为角位移系统，如梯申重力仪。重力仪的测读机构是重力仪中用来观察平衡体位移和测量重力变化的部分。应该指出，为测定微笑的重力变化，重力仪的灵敏系统和测读机构应满足以下要求：对于灵敏系统而言，首先要求它必须具有较高的灵敏度，能够感觉出微笑的重力变化。其次，要求它还必须具有较高的准确度，使平衡体的位移不受重力变化以外其他因素变化的干扰。对于测读机构而言，要求它必须是有足够大的放大能力，能够分辨出平衡体的微笑位移，同时测量重力变化的范围比较大，读书与重力变化的关系简单，便于计算。此外，还要求重力仪应当便于操作，工作效率高，坚固、轻便、易于携带。二、重力仪的灵敏度和提高灵敏度的原理及方法如前所述，对于重力仪的灵敏系统，要求它必须具有较高的灵敏度，以便能够感觉出重力的微笑变化。所谓提高重力仪的灵敏度，就是使灵敏系统的平衡体在感受微小重力变化时，可以产生被肉眼直接观察到的位移量。为了说明提高灵敏度的必要性，首先应了解一般重力仪的灵敏系统在感受重力变化时可能产生的位移量。以格拉夫重力仪为例，若它的弹簧s下端的负荷在9.80×g.u的重力作用下伸长量为20cm，当重力变化0.1g.u时，弹簧伸长量变化为L，则根据胡可定律有L=2×cm故这样微小的位移量用肉眼显然无法察觉。对于角位移的灵敏系统而言，当重力变化10g.u时，平衡体产生的偏角也只有一度左右，如果重力变化0.1g.u，它的偏角当然就更小了。为了提高重力仪反映微笑变化的能力，在制造重力仪时主要采用以下两种方法：在重力仪的测读机构中增加放大装置，把平衡体的微小位移放大。主要的方法有：（1）用高放大倍数的显微镜观察平衡体的线位移；（2）用光学反射原理观察平衡体的角位移；（3）用光电效应方法；（4）用电容放大。上述四种放大方法中，后两种放大倍数较高，但是，不易保持稳定。为了使得它的放大保持足够稳定，必须增加一定的辅助设备，这又给重力仪的使用带来不便。光学放大的倍数稳定，使用方便，虽然其放大倍数有限，但仍得到了广泛使用。提高重力仪灵敏度的方法和原理提高重力仪灵敏系统的灵敏度，就是在设计和制造重力仪时，设法减小重力仪的稳定性，使其在感受微小重力变化时可以产生较大的位移。达到这个目的的方法主要有：增加敏化装置。倾斜法。适当布置弹簧法。后两种方法只适用于平衡体作角位移的重力仪。方法的特点是无需再灵敏系统中增加任何辅助装置，只要适当选择平衡体的平衡位置或弹簧轴线与平衡体杆臂的相对关系，这样灵敏系统本身就可以满足敏化条件。任何一台重力仪都有两个最基本部分，一是静力平衡系统；二是测读机构。所谓提高重力仪的灵敏度，就是使灵敏系统的平衡体在感受微小重力变化时，可以产生被肉眼直接观察到的位移量。提高重力仪灵敏度的方法有：在重力仪的测读机构中增加放大装置，把平衡体的微小位移放大。提高重力仪灵敏系统的灵敏度。重力仪的灵敏度指的是？如何提高重力仪的灵敏度？要么用力来平衡力，要么用力矩来平衡力矩。不管重力仪是什么类型的，其基本构造是一致的。灵敏度越高，说明一起对微小重力变化的感知能力越强。因为重力变化量通常都很微小，所以不用放大装置一般很难直接看出平衡体的变化。然而灵敏度不能过高，免得非重力变化也可以引起平衡体的变化，即准确度降低。课堂外延无课后分析本课纪律不太理想，由于关于仪器的部分，学生只想着看仪器，学会操作仪器，而对本堂课表现出没有多大的热情。板书设计板书练习2.1重力仪的基本构造和工作原理一、对重力仪构造的基本要求（1）静力平衡系统；（2）测读机构。二、重力仪的灵敏度和提高灵敏度的原理及方法1、在重力仪的测读机构中增加放大装置，把平衡体的微小位移放大。可通过以下途径实现：（1）用高放大倍数的显微镜观察平衡体的线位移；（2）用光学反射原理观察平衡体的角位移；（3）用光电效应方法；（4）用电容放大。2、提高重力仪灵敏度的方法和原理（1）增加敏化装置。（2）倾斜法。（3）适当布置弹簧法。2009～2010第二学期《重力勘探》教案第二章重力仪课题名称：2.2重力仪的测读机构和测读方法课时：2问题的提出重力仪如何进行读数？这里所说的并非是重力仪仪器在操作和测量的过程中是如何读数，而是说重力仪的读数原理，它的测读机构是如何进行读数的，如何把重力的变化变成重力仪读数的变化的一个过程。本课程主要解决的问题：（1）了解重力仪的测读机构；（2）掌握重力仪的测读方法。本课程的需要的知识储备本课要求学生掌握一定的光电知识，重力知识和空间想象能力，以便更好的理解仪器的读数过程；同时本课也为后面的仪器操作奠定了一定的基础，掌握本课，才能更好的掌握仪器的测读。教学目标知识目标了解重力仪的测读机构掌握重力仪的测读方法能力目标理解并掌握重力仪的读数过程情感目标培养学生自主学习和讨论学习相结合的方法，让他们了解重力仪内部的测读机构和测读原理，以便更好的工作。教学分析与准备教学重点重力仪的测读原理教学难点由于重力仪的测读方法比较特别，跟我们常见的仪器读数方法有差别，所以学生不易于理解，需要多多讲解。教学策略导入式讲授和自主学习相结合课时安排2课时（45分钟2）教学环境普通教室教学过程2009～2010第二学期《重力勘探》教案教学组织教学内容备注组织课堂引入新课讲授新课给学生展示图片电容器虽然是很多电器里都会出现的，但是我们却并不熟悉，所以应适当被学生讲解。小结作业师生问好，进入教学提问:重力仪的内部构造分为哪几部分？怎样提高重力仪的灵敏度？重力仪的测读机构怎样进行读数？重力仪的测读机构有两部分，一部分用来观察平衡体在重力变化时的位移，另一部分用来测量重力变化其的具体数值。现在重力仪都是采用补偿法进行零点读数，即：把灵敏系统中平衡体感受重力变化所产生的位移仅作为重力变化的指示信息，并不直接测定位移的大小。而后，是用另外的力去补偿重力的变化，把平衡体再调回到原来平衡位置，并通过补偿机构读出重力的变化。重力仪的零点位置一般都定在平衡体的质心及其旋转轴构成的平面为水平面时的位置。目前，在重力仪中用来观察和测定重力变化的装置主要有以下几种：光学装置简单的光学装置如图2.2-1所示，由灯泡1发出的光经透镜2进入棱镜3，经反射由棱镜底面的狭缝4射出，再经透镜投射在与平衡体杆臂固定一起的平面镜6上，并由它反射，经过透镜5进入望筒。望筒中的8为刻度片，7是一个放大镜。在望筒中可以看到很细的一条亮线（狭缝4的像），这条亮线随着平衡体杆臂的偏转而在刻度片上左右摇动。当亮线与刻度片上零刻度重合时，表示平衡体处于零点位置。当亮线离开零刻度线时，利用测微螺丝10改变弹簧9的张力，把亮线再调回到零刻度上，这时平衡体又恢复到零点位置，于是，重力变化就被弹簧9张力的变化所补偿。最后，根据测微螺丝上的读数变化，就可以求出重力的变化。光电放大装置这种方法是将图2.2-1中的7、8两部分改用图2.2-2所示的一套光电装置代替。用两片平行反接的光电池E来接受图2.2-1中平面反光镜6的反射光照射。光电池的电流用检流G来检测。当平衡体处于零点位置时，两片光电池受光面积相等，产生的电流大小相等，符号相反，因而没有电流输出，检流计的光点落在标尺的零刻度上。图2.2-1图2.2-2当重力变化使平衡体偏转时，两光电池的受光面积不等，输出的电流使检流计偏转，使小镜11偏转导致另一光路的光点偏移，可以起指示平衡体是否位移的作用。测量重力变化数值时也是补偿法进行零点读数。3、电容放大装置图2.2-3为电容放大装置的原理。左面是灵敏系统，它的平衡体负荷3放在两个金属薄板1、2之间，组成两个平行板电容器。两电容器电容量的大小与负荷对两金属板的距离有关。当负荷位于两板中间时，上、下两电容器的电容量相等，当重力变化时，一个变大一个变小。电容量的变化可以利用右面的检流电路来检查，并以此来指示平衡体是否发生了位移。测量重力变化也是用补偿法进行零点读数。图2.2-3重力仪中用来观察和测定重力变化的装置主要有以下几种：光学装置光电放大装置电容放大装置零点补偿法读数指的是？简述光学放大的原理。与磁力仪的测读机构有相似之处光电池是通过受光来产生电的电池光电放大与光学放大有相同的地方电容器电容量的大小与两块电容版之间的距离成反比。课堂外延无课后分析本堂课仅能通过图片给学生展示仪器内部的测读原理，虽说不如模型生动，但与比文字效果好多了。板书设计板书练习2.2重力仪的测读机构和测读方法现在重力仪都是采用补偿法进行零点读数，即：把灵敏系统中平衡体感受重力变化所产生的位移仅作为重力变化的指示信息，并不直接测定位移的大小。而后，是用另外的力去补偿重力的变化，把平衡体再调回到原来平衡位置，并通过补偿机构读出重力的变化。重力仪中用来观察和测定重力变化的装置主要有以下几种：1、光学装置2、光电放大装置3、电容放大装置2009～2010第二学期《重力勘探》教案第二章重力仪课题名称：2.3影响重力仪测量精度的各种因素和消除影响的方法课时：2问题的提出重力仪的性能指标主要有哪些？重力仪是用来进行重力勘探的主要仪器，其所测得的数据准确与否直接影响着工作的质量，而仪器的精度便是最主要的一个表示重力仪质量好坏的一个指标。本课程主要解决的问题：了解和掌握影响重力仪精度的因素及其消除这些影响的方法。本课程的需要的知识储备重力仪的精度对重力测量数据的质量好坏起着关键的作用，那么要学好本科首先要求学生掌握什么叫重力仪的灵敏度，其次要知道重力仪内部的构造，这是前面学习过的内容。教学目标知识目标了解影响重力仪精度的主要因素；掌握消除各种影响重力仪精度的方法。能力目标理解影响重力仪精度的因素和消除方法、情感目标培养学生独立思考的能力，运用一些常识来理解所学知识，而不是单调的死记硬背，以达到更好的效果。教学分析与准备教学重点掌握消除影响重力仪测量精度的方法。教学难点影响重力仪测量精度的因素有很多种，而且有些还是比较难以消除的，并且有些消除方法并不能用简单的三言两语就能讲得清楚，这是本课的难点。教学策略自主学习和探究学习相结合课时安排2课时（45分钟2）教学环境普通教室教学过程2009～2010第二学期《重力勘探》教案教学组织教学内容备注组织课堂引入新课讲授新课热胀冷缩的道理学生是比较熟悉的，所以从这里入手。本校教学所用的重力仪便是利用电热恒温装置。提问，气压变化为何能使平衡体发生变化？根据自己对电、磁的了解，说说看电、磁是如何影响平衡体的。一般放置于水平位置。小结作业师生问好，进入教学提问:1、前面我们学了重力仪的灵敏度，那么测量的精度跟灵敏度之间有什么关系呢？对于重力仪，除了要求它应该具有较高的灵敏度外，还必须要求它有较高的精确度。与提高重力仪的灵敏度相比，使重力仪达到所需要的精确度，却是比较复杂的问题。影响重力仪测量精度的因素主要是温度、仪器倾斜、重力仪零点位移、以及静电力、磁力、气压变化的影响等等。温度变化的影响及其消除方法实验证明，重力仪的读数与温度变化密切相关，产生这种现象的原因比较复杂，其中主要的有：重力仪各部件的热胀冷缩使各着力点间的相对位置发生变化；重力仪中弹簧的弹力常熟随温度变化；外界温度变化使重力仪内部温度变化不均匀，造成其中气体发生对流给平衡体以冲击力，或因温度变化改变空气的密度，使平衡体所受浮力发生变化等等。温度变化的影响不仅复杂，而且也十分严重。例如，石英制成的弹簧，它的弹性温度系数约为120×，即当温度变化1度时，它的变化就可以使重力仪产生1200g.u.的读数差。石英的线膨胀系数