2024-2025学年高中物理第六章万有引力与航天4万有引力理论的成就教案新人教版必修2

PAGE1-万有引力理论的成就本节课在万有引力之后，宇宙航行之前。内容重点有二：1.万有引力成历史地位及相关重要事务。2.求天体质量两条思路。本节设计不仅要讲清解题线索，还要营造气氛突出成就及历史地位的演化。一、三维目标（一）学问与技能1.了解万有引力定律在天文学上的重要应用。2.行星绕恒星运动、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，会用万有引力定律计算天体的质量。3.理解并运用万有引力定律处理天体问题的思路和方法。（二）过程与方法1.培育学生依据事务的之间相像性实行类比方法分析新问题的实力与方法。2.培育学生归纳总结建立模型的实力与方法。（三）情感、看法与价值观体会万有引力定律在人类相识自然界奇妙中的巨大作用，让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。二、教学重点、难点重点：1.会用已知条件求中心天体的质量。2.了解万有引力定律在天文学上的重要应用。难点：依据已有条件求中心天体的质量。三、教学方法老师介绍地球质量的计算表达式。依据万有引力作为行星圆周运动的向心力，计算天体的质量；进一步类比联想推理，最终归纳总结建立模型——中心天体质量的计算。四、教学过程（一）复习及新课引入复习万有引力定律及公试教学前置老师：“万有引力定律发表后，影响是巨大的。但这种影响并非体现在人们的日常生活当中，而是它把自古被人们神话的太阳、月亮在受力的本质上与地表的一个‘苹果’相等同。这对人们固有的世界观产生了极大的冲击，让许多人一时无法接受。但同时让一些原本看起来并不行能探讨的问题，变得好像可能起来……”（‘苹果’主要借助传闻和月-地检验）下面我们进入本节课的第一个环节（过度）（二）新课教学1.科学真是迷人（板书）“地球是巨大的”突出浩大及不行随意亵渎阿基米德在探讨杠杆原理后，曾经说过一句名言。“给我一个支点，我可以撬动地球。”尽管他无法做到，但无疑是“合理”的“这是科学的魄力”（营造气概）在万有引力发表一百来年的日子里，人们争辩纷纷。这时有人发出这样的豪言：“我将在试验室称量地球的质量”——亨利·卡文迪许让我们来看看他的思路忽视地球自转的微小影响地面上的物体的重力等于地球对它的引力。（板书）其中g、R在卡文迪许之前已经知道，而卡文迪许测出G后，就意味着我们也测出了地球的质量。因此，卡文迪许把他自己的试验说成是“称量地球的重量”。卡文迪许被称为“第一个称量地球质量的人”！介绍：卡文迪许及评价——激发对科学的崇敬“科学真是迷人。依据零星的事实，增加一点猜想，竟能赢得那么多收获！”——马克·吐温由这一句引出：这话虽然出自一位外行人之口，却道出了科学发觉的精髓。——见微知著练习：通过零星的信息计算天体的质量小明同学参与了一次某类地行星的登陆夏令营。（创设情景加强印象）他站在已知距地面高h的平台上自由释放一小球，粗测经过时间t落地。小明指着显示星球半径为R的巡游手册，笑着对同学说我可以算出这颗星球的质量，你能说出他的计算过程吗？要学生讲出思路就可指出：求g是在地表求地球质量的主要线索。但不是什么天体都能登得上去的。求天体质量必有别的思路。2.计算天体的质量例题：小明同学随航天飞机到某一恒星系考察，航天飞机在圆周半径为r的轨道上，测出在无动力状况下（仅受引力）匀速绕该恒星一周时间为T，请各位同学由以上条件估算该恒星质量。扩展：木星是太阳系中最大的行星，它有众多卫星。假如可以通过观测卫星运行的相关信息，运用引力公式来求木星的质量。试总结都可以测量哪些量，通过组合求得木星质量？试推导用这些量表示的木星质量计算式。板书看学生完成状况整理几个结果小结：两个主要思路⑴地表⑵匀速圆周的天体老师深化指导注：不同行星与太阳的距离r和绕太阳公转的周期T都是各不相同的。但是不同行星的r、T计算出来的太阳质量必需是一样的,由于开普勒第三定律，得出结果：那么不同行星的r、T计算出来的太阳质量是一样的。（看时间可补充：椭圆轨道也是可以求中心天体质量的。）3.发觉未知天体预见并发觉未知行星,是万有引力理论威力和价值的最生动例证.背景：1781年由英国物理学家威廉．赫歇尔发觉了天王星，但人们观测到的天王星的运行轨迹与万有引力定律推想的结果有一些误差……图片：及故事英国的亚当斯和法国的勒维耶（讲解并描述为主）笔尖上发觉的行星——1846年9月23日晚,由德国的伽勒在柏林天文台用望远镜在勒维耶预言的位置旁边发觉了这颗行星——海王星深化冥王星的发觉：海王星发觉之后，人们发觉它的轨道也与理论计算的不一样。于是几位学者用亚当斯和勒维耶的方法预言另一颗新行星的存在．在预言提出之后，1930年，汤博发觉了太阳系的后来曾被称为第九大行星的冥王星。海王星的发觉和1705年英国天文学家哈雷依据万有引力定律正确预言了哈雷彗星的回来最终确立了万有引力定律的地位，也成为科学史上的美谈。诺贝尔物理学奖获得者，物理学家冯·劳厄说：“没有任何东西像牛顿引力理论对行星轨道的计算那样，如此有力地树起人们对年轻的物理学的敬重。从今以后，这门自然科学成了巨大的精神王国……”（增加故事的曲折性，体现万有引力定律历史地位形成的曲折）（三）课堂小结1．地球表面，不考虑（忽视）地球自转的影响，物体的重力近似等于重力地球质量2．建立模型求中心天体质量围绕天体做圆周运动的向心力为中心天体对围绕天体的万有引力，通过围绕天体的运动半径和周期求中心天体的质量。中心天体质量补充：计算天体的密度地球表面的平均重力加速度为g，地球半径为R，引力常量为G，则可用下列哪一式来估算地球的密度()A.3g/4πRGB.3g/4πR2GC.g/RGD.g/R2G引导学生思索密度的求法——很简洁。引出新题：例题：某日成为宇航员的小明同学驾驶航天飞机到某无大气星球一游，他使航天飞机贴近该星球表面无动力匀速飞行一周，测出飞行时间为T，即可计算该星球的平均密度。问如何依据唯一条件周期T求出该星球密度。指出仅限于特别条件（四）课堂训练1.已知引力常量G、地球绕太阳做匀速圆周运动的轨道半径为r，地球绕太阳运行的周期T，仅利用这三个数据，可以估算出的物理量有()A.地球的质量B.太阳的质量C.太阳的半径D.地球绕太阳的运行速率2.已知万有引力恒量G，在以下各组数椐中，可以测得地球质量的是（）A.地球绕太阳运行的周期T和太阳与地球的距离rB.月球绕地球运行的周期T和轨道半径rC.卫星绕地球运行的周期T和卫星离地面高度hD.卫星绕地球运行的线速度v和角速度ω3.设“嫦娥二号”卫星距月球表面的高度为h，做匀速圆周运动的周期为T.已知月球半径为R，引力常量为G.求：（1）月球的质量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，宇航员用弹簧秤称得质量为m的砝码重力为F，放射一颗卫星在贴近星球表面的上空飞行，测得其环绕周期为T，依据这些数据求该星球