第一篇：6.4萬有引力理論的成就課后反思

《萬有引力理論的成就》教學反思

地區(qū)二中 物理組 竇淑禎

忙碌了兩周之后終于可以放松下緊張的心情了，這是我賽后最想說的一句話。我是一名剛剛參加工作一年半的新教師，當知道要參賽時，在選題上一波三折，最后確定講《萬有引力理論的成就》這一節(jié)，然后就開始了我習慣性的備課流程：1.看教材2.看教參3.把手中的幾本練習冊通通做一遍4.在網上搜集資料。

經過反復思考，確定本節(jié)的教學目標是：1.了解萬有引力定律在天文學上有重要應用；2.會用萬有引力定律計算天體的質量；3.掌握綜合運用萬有引力定律和圓周運動學知識分析具體問題的方法。其中地球質量的計算、太陽等中心天體質量的計算是重點內容，難點則是根據已有條件求中心天體的質量。本節(jié)的教學內容都是圍繞重難點展開的。下面就有關課后的反思，作如下總結：

一、突發(fā)靈感，借題發(fā)揮。對于新課的引入，我冥思苦想，怎么才能讓學生 在最短的時間內進入學習狀態(tài)，這一節(jié)內容是比較枯燥并且是我們生活中很難接觸到的，對學生來說非常抽象。偶然的機會，看到網上稱體重的問題，想到生活中要想知道某個問題的質量都是用稱來稱得，但是地球的質量如何稱出呢？突然靈感降臨：好！這就是我要引課的內容了！

二、突出重點，思路清晰。這節(jié)課最主要的目標就是讓學生學會地球質量的計算、太陽等中心天體質量的計算掌握其中的解決問題的方法，1、物體在地球（或天

gR2Mmmg?G2地球質量M?體）表面時的重力近似等于它所受到的萬有引力：

RG2、將行星繞恒星、衛(wèi)星繞行星的運動均視為勻速圓周運動，所需要的向心力由萬有引力提供：

Mm4?2Mmv2Mm（1）G2?m2r

（2）G2?m

（3）G2?m?2r

rrrTr所以在講解“計算天體質量”這里我花了將近25分鐘，當然要突出新課改的思想，把課堂還給學生，所以我采用啟發(fā)式教學，給出學生提示思路，由學生自己推出結果。整個教學過程思路清晰、連貫。從如何“稱量地球質量”引出物體在天體表面時如何求得天體的質量，讓學生小組間自主學習，得出如何求出地球質量，進而通過習題得出：當在天體表面的時候可測出天體的質量，但是想知道太陽的質量，我們可能站到太陽的表面上去嗎？讓學生思考如何計算太陽的質量，延續(xù)牛頓的思路進而得出計算天體質量的方法；萬有引力定律除了計算天體質量外，還有什么樣的成就呢？思路連貫、環(huán)環(huán)相扣，很自然地過度到下一問題。

三、教學手段，課件輔助。這節(jié)內容很枯燥，利用媒體輔助教學手段展現(xiàn)圖片，給學生放映天王星及海王星的運動軌道，邊講解邊給學生用課件演示，從而也達到了課堂有效教學的目的。

四、生本課堂，生本教學。經過這次比賽的磨練，我更加深刻的理解新課改的意義所在。原來對新課改的精神要以學生為主體存在誤區(qū)：平時上的常規(guī)課我可以很自然的和學生互動，但是要參加比賽，我想是不是要把握一下學生的自主時間，擔心平行班的孩子討論不出結果浪費了大把的時間，通過組里前輩們的指點，我知道了能讓學生自己做的就要大膽放手，如果提示過后學生也做不到的再其進行解釋，當時在賽前用了一個班級進行試講，那個班的效果很讓我吃驚，其中一個女生推導出了結果并且將結論表述的很清晰明了，當即獲得了全班的掌聲；其他的題目學生也自行做出了，雖然沒有第一位同學精彩，但是同樣將結果得出；所以在比賽的班級我大膽使用了學生自主探究，讓學生自主學習得出結論，效果很好，我堅信他們自己得出的結論要比我講很多遍的記得清楚幾百倍；通過這次比賽讓我更加清楚只要學生的思維能夠跟著老師啟迪的步伐走，放手讓學生自己去做，效果會很不樣；

五、集體幫扶，成長動力。準備比賽過程中，組里的前輩們不吝賜教，使我受益匪淺。尤其是對科學知識的嚴謹性，教學語言的邏輯性都給予了我及時的糾正。使我體會到集體力量的強大，同時有種莫名的感動涌上心頭，感到了組里的溫馨，感受到物理組大家庭的溫暖。教中學，學中教，是提高自己教學水平螺旋上升的過程。衷心感謝組里的每一位老師。

六、存有遺憾，不斷總結。課堂是一門有遺憾的藝術。1.本節(jié)課的一開始給學生了一個問題：“想不想知道我的體重”時學生活躍了，但是對于引課來說這樣的話顯得畫蛇添足了，其實只要說“在日常生活中我們都是用稱稱量出物體的質量，但是能用稱稱出地球的質量嗎？”即可，我的這個提問就顯得多余且學生難以正確回答而耽誤時間；同時也在提醒我與課堂無關的話最好可以避免；2.練習1讓學生上黑板做挺好的，但是不該讓學生給分，學生由于偏袒自己組，給出的分數讓我始料未及，下次上課的過程中這個評價應該由我直接給出；3.計算天體質量的過程中，由學生推倒出太陽的質量應該再次明確（強調）公式中的物理意義，而不應該直接進入習題的訓練；4.上課的整體過程是先松后緊，課堂時間的把握不是很到位，所以后面沒有給與充分的時間讓學生得出結論，練習題2處理的也略顯倉促，尤其是C選項；5.最后一部分內容由學生來講述“發(fā)現(xiàn)未知天體”我之前沒有進行審核，由學生自由發(fā)揮，所以學生沒有說到重點問題，只是對他們自己比較感興趣的話題（各個行星的命名過程）做了敘述，而對“海王星”的發(fā)現(xiàn)只是一帶而過，沒有講到它的重點，有一點小小的缺憾，下節(jié)課的內容過程中我會補充；

課堂教學的比賽雖然結束了，但是對我的影響卻是深遠的。不怕有遺憾，就怕沒遺憾，正因為存在這樣那樣的遺憾和不足，我才能不斷總結、不斷反思、不斷改革和創(chuàng)新，不斷的提高自己，充實自己。逐漸使課堂趨于完美。

第二篇：《萬有引力理論的成就》教學設計

《萬有引力理論的成就》教學設計

背景分析：學生們已經學習了由牛頓發(fā)現(xiàn)的萬有引力定律，也清楚了由卡文迪許測量出來的引力常量。學生們也有地理基礎，明白地球有公轉和自轉，地球公轉周期大約是一年，自轉周期大約是一天。

【教學目標】

(一)知識與技能

1.了解萬有引力定律在天文學上的重要應用。

2.會用萬有引力定律計算天體質量。

3.理解并運用萬有引力定律處理天體問題的思路和方法。

(二)過程與方法

1.通過萬有引力定律推導出計算天體質量的公式。

2.了解天體中的知識。

(三)情感、態(tài)度與價值觀

體會萬有引力定律在人類認識自然界奧秘中的巨大作用，讓學生懂得理論來源于實踐。

【教學重點】

1.行星繞太陽的運動的向心力是由萬有引力提供的。

2.會用已知條件求中心天體的質量。

【教學難點】

根據已有條件求中心天體的質量。

教師啟發(fā)、引導，學生自主閱讀、思考，討論、交流學習成果。

【教學工具】

課件、計算機、地球儀、投影儀等多媒體教學設備。

【教學過程】

一、引入新課

教師活動：上節(jié)我們學習了萬有引力定律的有關知識，現(xiàn)在請同學們回憶一下，萬有引力定律的內容及公式是什么?公式中的G又是什么?G的測定是誰完成的?

學生活動：思考并回答上述問題：

內容：自然界中任何兩個物體都是相互吸引的，引力的大小跟這兩個物體的質量的乘積成正比，跟它們的距離的平方成反比。

公式：F=G.公式中的G是引力常量，它在大小上等于質量為1 kg的兩個物體相距1 m時所產生的引力大小，經測定其值為6.67×10—11 N·m2/kg2。G的測定是由卡文迪許完成的。

教師活動：(播音部分)牛頓(1643—1727)是英國著名的物理學家、數學家和天文學家，是十七世紀最偉大的科學巨匠。牛頓一生對科學事業(yè)所做的貢獻，遍及物理學、數學和天文學等領域。牛頓在物理學上最主要的成就，是創(chuàng)立了經典力學的基本體系，對于光學，牛頓致力于光的顏色和光的本性的研究，也作出了重大貢獻。牛頓在數學方面，總結和發(fā)展了前人的工作，提出了“流數法”，建立了二項式定理，創(chuàng)立了微積分。在天文學方面，牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律，創(chuàng)制了反射望遠鏡，并且用它初步觀察到了行星運動的規(guī)律。

上面用了兩個字“發(fā)現(xiàn)”，不是發(fā)明!正如幼兒園有一個小朋友造句：我爸爸發(fā)現(xiàn)了我的媽媽，然后發(fā)明了我。

萬有引力發(fā)現(xiàn)后，再經過了一百多年，才確定引力常量。卡文迪許扭秤的主要部分是一個輕而堅固的T型架，倒掛在一根金屬絲的下端。T形架水平部分的兩端各裝一個質量是m的小球，T形架的豎直部分裝一面小平面鏡M，它能把射來的光線反射到刻度尺上，這樣就能比較精確地測量金屬絲的扭轉。他測定了引力常量。這也提供了我們測量微小物體質量的方法。古代，曹操的兒子曹沖利用浮力稱出了大象的質量。那我們現(xiàn)在有沒有可能利用已知的知識來稱地球呢?

二、進行新課

(一)“科學真實迷人”

教師活動：引導學生閱讀教材“科學真實迷人”部分的內容，思考問題[投影出示]：

1.推導出地球質量的表達式，說明卡文迪許為什么能把自己的實驗說成是“稱量地球的重量”?

2.設地面附近的重力加速度g=9.8m/s2，地球半徑R =6.4×106m，引力常量G=6.67×10-11 Nm2/kg2，試估算地球的質量。

學生活動：閱讀課文，推導出地球質量的表達式，在練習本上進行定量計算。

教師活動：由于地球自轉非常慢，一天只轉了一圈，所以對應的自轉偏向力很小。在這里，我們忽略不計。投影學生的推導、計算過程，一起點評。

kg

重力加速度與高度的變化：若物體靜止在距離地面高為h的高空

(二)計算天體的質量

教師活動：(課件展示太陽系里面的星體的美麗圖片)

引導學生閱讀教材“天體質量的計算”部分的內容，同時考慮下列問題[投影出示]：

1.應用萬有引力定律求解天體質量的基本思路是什么? 2.求解天體質量的方程依據是什么?

學生活動：學生閱讀課文第一部分，從課文中找出相應的答案。

1.求解天體質量的基本思路是：根據環(huán)繞天體的運動情況，求出其向心加速度，然后根據萬有引力充當向心力，進而列方程求解.2.從前面的學習知道，天體之間存在著相互作用的萬有引力，而行星(或衛(wèi)星)都在繞恒星(或行星)做近似圓周的運動，而物體做圓周運動時合力充當向心力，故對于天體所做的圓周運動的動力學方程只能是萬有引力充當向心力，這也是求解中心天體質量時列方程的根源所在。

教師活動：引導學生深入探究

請同學們結合課文知識以及前面所學勻速圓周運動的知識，加以討論、綜合，然后思考下列問題[投影出示]。學生代表發(fā)言。

1.天體實際做何運動?而我們通?？烧J為做什么運動?

2.描述勻速圓周運動的物理量有哪些?

3.根據環(huán)繞天體的運動情況求解其向心加速度有幾種求法?

4.應用天體運動的動力學方程──萬有引力充當向心力求出的天體質量有幾種表達式?各是什么?各有什么特點?

5.應用此方法能否求出環(huán)繞天體的質量?

學生活動：討論，得出答案。學生代表發(fā)言。

1.天體實際運動是沿橢圓軌道運動的，而我們通常情況下可以把它的運動近似處理為圓形軌道，即認為天體在做勻速圓周運動。

2.在研究勻速圓周運動時，為了描述其運動特征，我們引進了線速度v，角速度ω，周期T三個物理量。

3.根據環(huán)繞天體的運動狀況，a心=4π2r/T2 4.應用天體運動的動力學方程──萬有引力充當向心力，結合圓周運動向心加速度方程，即

(3)F引=G =F心=ma心=m

即：G =m

③

從上述動力學方程的表述中，可得到相應的天體質量表達形式：

M=4π2r3/GT2.同理可得：M=v2r/G 或者M=ω2r3/G.上述三種表達式分別對應在已知環(huán)繞天體的線速度v，角速度ω，周期T時求解中心天體質量的方法。

以上各式中M表示中心天體質量，m表示環(huán)繞天體質量，r表示兩天體間距離，G表示引力常量。

5.從以上各式的推導過程可知，利用此法只能求出中心天體的質量，而不能求環(huán)繞天體的質量，因為環(huán)繞天體的質量同時出現(xiàn)在方程的兩邊，已被約掉。

師生互動：

從上面的學習可知，在應用萬有引力定律求解天體質量時，只能求解中心天體的質量，而不能求解環(huán)繞天體的質量。而在求解中心天體質量的三種表達式中，最常用的是已知周期求質量的方程。因為環(huán)繞天體運動的周期比較容易測量。

教師活動：投影例題：某宇航員駕駛航天飛機到某一星球，他使航天飛機貼近該星球附近飛行一周，測出飛行時間為4.5?103s，則該星球的平均密度是多少?

學生活動：在練習本上分析計算，寫出規(guī)范解答：

分析：航天飛機繞星球飛行，萬有引力提供向心力，所以：

教師活動：投影學生求解過程，點評。

(三)發(fā)現(xiàn)未知天體

教師活動：請同學們閱讀課文“發(fā)現(xiàn)未知天體”部分的內容，考慮以下問題[投影出示]：

1.應用萬有引力定律除可估算天體質量外，還可以在天文學上有何應用? 2.應用萬有引力定律發(fā)現(xiàn)了哪些行星?

學生活動：閱讀課文，從課文中找出相應的答案：

1.應用萬有引力定律還可以用來發(fā)現(xiàn)未知的天體。

2.海王星、冥王星就是應用萬有引力定律發(fā)現(xiàn)的。

教師活動：投影海王星照片與它的地貌照片

引導學生深入探究：

人們是怎樣應用萬有引力定律來發(fā)現(xiàn)未知天體的?發(fā)表你的看法。

學生活動：討論并發(fā)表見解。

人們在長期的觀察中發(fā)現(xiàn)天王星的實際運動軌道與應用萬有引力定律計算出的軌道總存在一定的偏差，所以懷疑在天王星周圍還可能存在有行星，然后應用萬有引力定律，結合對天王星的觀測資料，便計算出了另一顆行星的軌道，進而在計算的位置觀察新的行星。

教師點評：萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)，為天文學的發(fā)展起到了積極的作用，用它可以來計算天體的質量，同時還可以來發(fā)現(xiàn)未知天體.三、課堂總結、點評

教師活動：1.處理天體運動問題的關鍵是：萬有引力提供做勻速圓周運動所需的向心力。

2.忽略地球自轉,物體所受重力等于地球對物體的引力。

學生活動：認真總結概括本節(jié)內容，并把自己這節(jié)課的體會寫下來、比較黑板上的小結和自己的小結，看誰的更好，好在什么地方。

教師要放開，讓學生自己總結所學內容，允許內容的順序不同，從而構建他們自己的知識框架。

【教學體會】

思維方法是解決問題的靈魂，是物理教學的根本;親自實踐參與知識的發(fā)現(xiàn)過程是培養(yǎng)學生能力的關鍵，離開了思維方法和實踐活動，物理教學就成了無源之水、無本之木。學生素質的培養(yǎng)就成了鏡中花，水中月。

第三篇：§6.4 萬有引力理論的成就教案

§6.4 萬有引力理論的成就

一、教學目標

（一）知識與技能

1、了解萬有引力定律在天文學上的重要應用。

2、行星繞恒星運動、衛(wèi)星的運動的共同點：萬有引力作為行星、衛(wèi)星圓周運動的向心力，會用萬有引力定律計算天體的質量。

3、理解并運用萬有引力定律處理天體問題的思路和方法。

（二）過程與方法

1、培養(yǎng)學生根據數據分析找到事物的主要因素和次要因素的一般過程和方法。

2、培養(yǎng)學生根據事件的之間相似性采取類比方法分析新問題的能力與方法。

3、培養(yǎng)學生歸納總結建立模型的能力與方法。

（三）情感、態(tài)度與價值觀

體會萬有引力定律在人類認識自然界奧秘中的巨大作用，讓學生懂得理論來源于實踐，反過來又可以指導實踐的辯證唯物主義觀點。二、教學重點、難點

重點：

1、行星繞太陽的運動的向心力是由萬有引力提供的。

2、會用已知條件求中心天體的質量。

難點：根據已有條件求中心天體的質量。

三、教學方法

教師啟發(fā)、引導，學生自主閱讀、思考，討論、交流學習成果。通過數據分析找到地球表面物體萬有引力與兩個分力——重力和物體隨地球自轉的向心力的大小關系，得到結論向心力遠小于重力，萬有引力大小近似等于重力，從而推導地球質量的計算表達式。

通過對太陽系九大行星圍繞太陽運動的分析，根據萬有引力作為行星圓周運動的向心力，計算太陽的質量；進一步類比聯(lián)想推理到月亮、人造衛(wèi)星圍繞地球圓周運動求地球質量等，最后歸納總結建立模型——中心天體質量的計算。

四、教學過程

（一）、新課引入

伽利略在研究杠桿原理后，曾經說過一句名言?！敖o我一個支點，我可以撬動地球?！碧炱绞歉鶕軛U原理測量物體質量的儀器，那么根據伽利略的名言，我們是否可以用天平測量

第1頁

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地球的質量？我們這節(jié)課就來學習怎樣測量地球的質量。

（二）新課教學

1、稱量地球質量

地球表面物體的重力與地球對物體的萬有引力的關系。物體m在緯度為θ的位置，萬有引力指向地心，分解為兩個分力：m隨地球自轉圍繞地軸運動的向心力和重力。

通常情況下，只有赤道和兩極的重力才嚴格指向地心。但因為地球自轉的并不快，所以向心力是一個很小的值。在運算要求不是很準確的條件下，我們可以粗略的讓萬有引力等于重力。

即：向心力遠小于重力，萬有引力大小近似等于重力。

例：設地面附近的重力加速度g=9.8m/s2，地球半徑R =6.4×10G?6.67?10?116m，引力常量N?m/kg，試估算地球的質量。22（學生推導出地球質量的表達式，在練習本上進行定量計算。）解：mg?GmMR2

M?gRG2?9.8?(6.4?10)6.67?10?1162?6?1024kg 2.計算天體的質量

（1）復習向心力公式 F?GmMR2?mv2r?m?r?m24?T22r?m4?2fr?m4?nr

222計算天體質量的思路方法：將天體的運動近似看成勻速圓周運動，其所需的向心力都來自于萬有引力，然后結合向心力公式，根據題中所給的出的條件，選擇適當的形式進行分析和求解。

（2）測量太陽的質量

九大行星圍繞太陽運動，太陽為中心天體。如果設中心天體質量為M，行星質量為m，已知行星圍繞太陽轉動的軌道半徑為r，即行星到太陽的距離。我們如何利用這些條件來測量太陽的質量呢？

設：中心天體太陽質量M，行星質量m，軌道半徑r——也是行星與太陽的距離，行星公轉

2Mm2???2G2?m?r?m?角速度ω，公轉周期T，則: ?rrT??太陽質量：M??rG23?4?rGT223

（3）不同行星與太陽的距離r和繞太陽公轉的周期T都是各不相同的。但是不同行星的第2頁

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r、T計算出來的太陽質量必須是一樣的,由于開普勒第三定律，得出結果：

rT32?常數k?GM4?2

那么不同行星的r、T計算出來的太陽質量是一樣的。3．計算天體的密度

例：如果某行星有一顆衛(wèi)星沿非常靠近此恒星的表面做勻速圓周運動的周期為T，則可估算此恒星的密度為多少? 解析：設此恒星的半徑為R，質量為M，由于衛(wèi)星做勻速圓周運動則有 G43mMR2?m4?T22R所以M?4?RGT223,而恒星的體積

V??R3，所以恒星的密度??MV?3?GT2

4.發(fā)現(xiàn)未知天體

同學們閱讀課文“發(fā)現(xiàn)未知天體”部分的內容，考慮以下問題：

1、應用萬有引力定律除可估算天體質量外，還可以在天文學上有何應用？

2、應用萬有引力定律發(fā)現(xiàn)了哪些行星？ 閱讀課文，從課文中找出相應的答案：

1、應用萬有引力定律還可以用來發(fā)現(xiàn)未知的天體。

2、海王星、冥王星就是應用萬有引力定律發(fā)現(xiàn)的。

引導學生深入探究：人們是怎樣應用萬有引力定律來發(fā)現(xiàn)未知天體的?發(fā)表你的看法。

學生活動：討論并發(fā)表見解。

人們在長期的觀察中發(fā)現(xiàn)天王星的實際運動軌道與應用萬有引力定律計算出的軌道總存在一定的偏差，所以懷疑在天王星周圍還可能存在有行星，然后應用萬有引力定律，結合對天王星的觀測資料，便計算出了另一顆行星的軌道，進而在計算的位置觀察新的行星。

（三）課堂小結

1、地球表面，不考慮（忽略）地球自轉的影響，物體的重力近似等于重力 地球質量 M?gR2mg?GMmR2G2、建立模型求中心天體質量

圍繞天體做圓周運動的向心力為中心天體對圍繞天體的萬有引力，通過圍繞天體的運動半徑和周期求中心天體的質量。Mm?2??2G2?m?r?m??rrT??第3頁

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中心天體質量

（四）課堂練習M?4?rGT2231 已知以下哪組數據，可以計算出地球的質量M（BCD）A 地球繞太陽運行的周期T地及地球離太陽中心的距離R地日 B 月球繞地球運動的周期T月及地球離地球中心的距離R月地 C 人造地球衛(wèi)星在地面附近繞行時的速度v和運行周期T衛(wèi) D 若不考慮地球的自轉，已知地球的半徑及重力加速度 已知月球中心到地球中心的距離大約是地球半徑的60倍，則月球繞地球運行的加速度與地球表面的重力加速度之比為（C）

A 1：60 B 1：60 C 1：3600 D 60：1 3 A、B兩顆人造地球衛(wèi)星質量之比為1：2，軌道半徑之比為2：1，則它們的運行周期之比為（C）

A 1：2 B 1：4 C 22：1 D 4：1 4 同步衛(wèi)星的軌道半徑是地球赤道半徑的n倍，則（BC）A 同步衛(wèi)星的向心加速度是赤道上物體向心加速度的（n+1）倍 B 同步衛(wèi)星的向心加速度是赤道上物體向心加速度的n倍 C 同步衛(wèi)星的向心加速度是赤道上物體重力加速度的1/n2倍 D 同步衛(wèi)星的向心加速度是赤道上物體重力加速度的n倍 發(fā)射地球同步衛(wèi)星時，先將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓軌道1，然后經點火，使其沿橢圓軌道2運行，最后再次點火，將衛(wèi)星送入同步圓軌道3。軌道1、2相切于O點，軌道2、3相切于P點，如下圖所示。當衛(wèi)星分別在1、2、3軌道上正常運行時，以下說法正確的是（BD）

A 衛(wèi)星在軌道3上的速率大于在軌道1上的速率 B 衛(wèi)星在軌道3上的角速度小于在軌道1上的角速度 C 衛(wèi)星在軌道1上經過Q點時的加速度大于它在軌道

2上的經過Q點時的加速度

D 衛(wèi)星在軌道2上經過P點時的加速度等于它在軌道3上經過P點時的加速度 一宇宙飛船在離地面為h的圓軌道上做勻速運動，質量為m的物塊用彈簧秤掛起，相對于飛船靜止，則此物塊所受的合外力的大小為（地球半徑為R，地球表面重

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力加速度為g）。答案：mg

R22(R?h)空間兩行星組成雙星，它們在相互之間的萬有引力作用下，繞連線上某點做周期相同的勻速圓周運動，現(xiàn)測得兩行星中心距離為R，其周期為T，求兩行星的總質量。23答案：4?R

GT

2五、板書設計

1、稱量地球質量 2.計算天體的質量 3．計算天體的密度 4.發(fā)現(xiàn)未知天體

六、教學后記

6.4 萬有引力理論的成

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§

第四篇：6.4萬有引力理論的成就教學設計

《萬有引力理論的成就》教學設計

六安市毛坦廠中學 邵富

整體設計

卡文迪許在實驗室測出了引力常量，表明了萬有引力定律同樣適用于地面上的任意兩個物體，用實驗方法進一步證明了萬有引力定律的普適性。同時，引力常量的測出，使得包括計算星體質量在內的關于萬有引力定律的計算成為可能，使得萬有引力定律有了真正的實用價值。因此萬有引力理論的成就是本章的重點。

萬有引力定律在天文學上應用廣泛，他與牛頓第二定律、圓周運動相結合可用來求解天體的質量和密度，分析天體的運動規(guī)律。萬有引力定律與實際問題、現(xiàn)代科技相聯(lián)系，可以用來發(fā)現(xiàn)新問題，開拓新領域。

把萬有引力定律應用在天文學上的基本方法是：將天體的運動近似看作均勻圓周運動處理，運動天體所需要的向心力來自天體間的萬有引力。因此，處理本節(jié)問題時要注意把萬有引力公式與均勻圓周運動的一系列向心力公式相結合，就可推導出適用于天體問題的公式，并且在應用這些公式時，一定要正確認識公式中各物理量的意義。具體應用時根據題目中所給的實際情況，選擇適當公式進行分析和求解。

【教學目標】

（一）知識與技能

1．了解萬有引力定律在天文學上的重要應用。

2．會用萬有引力定律計算天體質量。

3．理解并運用萬有引力定律處理天體問題的思路和方法。

（二）過程與方法

1．了解萬有引力定律在天文學上的重要應用，理解并運用萬有引力處理天體問題的思路方法。

2.理解運用萬有引力定律處理天體問題的思路、方法，體會科學定律的意義。

（三）情感、態(tài)度與價值觀

體會萬有引力定律在人類認識自然界奧秘中的巨大作用，讓學生懂得理論來源于實踐。

【教學重點】

1．行星繞太陽的運動的向心力是由萬有引力提供的。

2．會用已知條件求中心天體的質量。

【教學難點】

在具體的天體運動中應用萬有引力定律解決問題。

【課時安排】

1課時。

【教學過程】

一、引入新課

教師活動：上節(jié)我們學習了萬有引力定律的有關知識，現(xiàn)在請同學們回憶一下，萬有引力定律的內容及公式是什么？公式中的G又是什么？G的測定是誰完成的？

學生活動：思考并回答上述問題

內容：自然界中任何兩個物體都是相互吸引的，引力的大小跟這兩個物體的質量的乘積成正比，跟它們的距離的平方成反比。

公式：F=G

公式中的G是引力常量，它在大小上等于質量為1 kg的兩個物體相距1 m時所產生的引力大小，經測定其值為6．67×10

—1N·m/kg。G的測定是由卡文迪許完成的。

教師活動：牛頓（1643—1727）是英國著名的物理學家、數學家和天文學家，是十七世紀最偉大的科學巨匠。牛頓一生對科學事業(yè)所做的貢獻，遍及物理學、數學和天文學等領域。牛頓在物理學上最主要的成就，是創(chuàng)立了經典力學的基本體系，對于光學，牛頓致力于光的顏色和光的本性的研究，也作出了重大貢獻。牛頓在數學方面，總結和發(fā)展了前人的工作，提出了“流數法”，建立了二項式定理，創(chuàng)立了微積分。在天文學方面，牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律，創(chuàng)制了反射望遠鏡，并且用它初步觀察到了行星運動的規(guī)律。

上面用了兩個字“發(fā)現(xiàn)”，不是發(fā)明！正如幼兒園有一個小朋友造句：我爸爸發(fā)現(xiàn)了我的媽媽，然后發(fā)明了我。

萬有引力發(fā)現(xiàn)后，再經過了一百多年，才確定引力常量?？ㄎ牡显S扭秤的主要部分是一個輕而堅固的T型架，倒掛在一根金屬絲的下端。T形架水平部分的兩端各裝一個質量是m的小球，T形架的豎直部分裝一面小平面鏡M，它能把射來的光線反射到刻度尺上，這樣就能比較精確地測量金屬絲的扭轉。他測定了引力常量。這也提供了我們測量微小物體質量的方法。古代，曹操的兒子曹沖利用浮力稱出了大象的質量。那我們現(xiàn)在有沒有可能利用已知的知識來稱地球呢？

二、進行新課

（一）“科學真是迷人”

教師活動：引導學生閱讀教材“科學真實迷人”部分的內容，思考問題［投影出示］：

1．推導出地球質量的表達式，說明卡文迪許為什么能把自己的實驗說成是“稱量地球的重量”？

2．設地面附近的重力加速度g=9．8m/s，地球半徑R =6．4×10m，引力常量G=6．67×10-11Nm2/kg2，試估算地球的質量。

學生活動：閱讀課文，推導出地球質量的表達式，在練習本上進行定量計算。

教師活動：由于地球自轉非常慢，一天只轉了一圈，所以對應的向心力很小。在這里，我們忽略不計。擇取學生的推導、計算過程，一起點評。

Kg

重力加速度與高度的變化：若物體靜止在距離地面高為h的高空

（二）計算天體的質量

教師活動：（課件展示太陽系里面的星體的美麗圖片）

引導學生閱讀教材“天體質量的計算”部分的內容，同時考慮下列問題［投影出示］：

1．應用萬有引力定律求解天體質量的基本思路是什么？

2．求解天體質量的方程依據是什么？

學生活動：學生閱讀課文第一部分，從課文中找出相應的答案。

1．求解天體質量的基本思路是：根據環(huán)繞天體的運動情況，求出其向心加速度，然后根據萬有引力充當向心力，根據牛頓第二定律，列方程求解．

2．從前面的學習知道，天體之間存在著相互作用的萬有引力，而行星（或衛(wèi)星）都在繞恒星（或行星）做近似圓周的運動，而物體做圓周運動時合力充當向心力，故對于天體所做的圓周運動的動力學方程只能是萬有引力充當向心力，這也是求解中心天體質量時列方程的根源所在。

教師活動：引導學生深入探究

請同學們結合課文知識以及前面所學勻速圓周運動的知識，加以討論、綜合，然后思考下列問題［投影出示］。學生代表發(fā)言。

1．天體實際做何運動？而我們通?？烧J為做什么運動？

2．描述勻速圓周運動的物理量有哪些？

3．根據環(huán)繞天體的運動情況求解其向心加速度有幾種求法？

4．應用天體運動的動力學方程──萬有引力充當向心力求出的天體質量有幾種表達式？各是什么？各有什么特點？

5．應用此方法能否求出環(huán)繞天體的質量？

學生活動：討論，得出答案。學生代表發(fā)言。

1．天體實際運動是沿橢圓軌道運動的，而我們通常情況下可以把它的運動近似處理為圓形軌道，即認為天體在做勻速圓周運動。

2．在研究勻速圓周運動時，為了描述其運動特征，我們引進了線速度v，角速度ω，周期T三個物理量。

23．根據環(huán)繞天體的運動狀況，a心=4πr/T

4．應用天體運動的動力學方程──萬有引力充當向心力，結合圓周運動向心加速度方程，即

（3）F引=F心=ma心

即： GMm/r=m 4πr/T

③

從上述動力學方程的表述中，可得到相應的天體質量表達形式：

232

M=4πr/GT．

3同理可得：M=vr/G 或者M=ωr/G．

上述三種表達式分別對應在已知環(huán)繞天體的線速度v，角速度ω，周期T時求解中心天體質量的方法。

以上各式中M表示中心天體質量，m表示環(huán)繞天體質量，r表示兩天體間距離，G表示引力常量。

5．從以上各式的推導過程可知，利用此法只能求出中心天體的質量，而不能求環(huán)繞天體的質量，因為環(huán)繞天體的質量同時出現(xiàn)在方程的兩邊，已被約掉。

師生互動：

從上面的學習可知，在應用萬有引力定律求解天體質量時，只能求解中心天體的質量，而不能求解環(huán)繞天體的質量。而在求解中心天體質量的三種表達式中，最常用的是已知周期求質量的方程。因為環(huán)繞天體運動的周期比較容易測量。

教師活動：投影例題：某宇航員駕駛航天飛機到某一星球，他使航天飛機貼近該星球附近飛行一周，測出飛行時間為4．5?103s，則該星球的平均密度是多少？

學生活動：在練習本上分析計算，寫出規(guī)范 分析：航天飛機繞星球飛行，萬有引力提供向心力，所以：

教師活動：投影學生求解過程，點評。

（三）發(fā)現(xiàn)未知天體

教師活動：請同學們閱讀課文“發(fā)現(xiàn)未知天體”部分的內容，考慮以下問題［投影出示］：

1．應用萬有引力定律除可估算天體質量外，還可以在天文學上有何應用？

2．應用萬有引力定律發(fā)現(xiàn)了哪些行星？

學生活動：閱讀課文，從課文中找出相應的答案：

1．應用萬有引力定律還可以用來發(fā)現(xiàn)未知的天體。

2．海王星、冥王星就是應用萬有引力定律發(fā)現(xiàn)的。

教師活動：投影海王星照片與它的地貌照片

引導學生深入探究：

人們是怎樣應用萬有引力定律來發(fā)現(xiàn)未知天體的？發(fā)表你的看法。

學生活動：討論并發(fā)表見解。

人們在長期的觀察中發(fā)現(xiàn)天王星的實際運動軌道與應用萬有引力定律計算出的軌道總存在一定的偏差，所以懷疑在天王星周圍還可能存在有行星，然后應用萬有引力定律，結合對天王星的觀測資料，便計算出了另一顆行星的軌道，進而在計算的位置觀察新的行星。

教師點評：萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)，為天文學的發(fā)展起到了積極的作用，用它可以來計算天體的質量，同時還可以來發(fā)現(xiàn)未知天體．

三、課堂總結、點評

教師活動：1．處理天體運動問題的關鍵是：萬有引力提供做勻速圓周運動所需的向心力。

2．忽略地球自轉,物體所受重力等于地球對物體的引力。

學生活動：認真總結概括本節(jié)內容，并把自己這節(jié)課的體會寫下來、比較黑板上的小結和自己的小結，看誰的更好，好在什么地方。

教師要放開，讓學生自己總結所學內容，允許內容的順序不同，從而構建他們自己的知識框架。

教學說明

思維方法是解決問題的靈魂，是物理教學的根本；親自實踐參與知識的發(fā)現(xiàn)過程是培養(yǎng)學生能力的關鍵，離開了思維方法和實踐活動，物理教學就成了無源之水、無本之木。學生素質的培養(yǎng)就成了鏡中花，水中月。在探究萬有引力的成就教學中，教學設計要求教師放開手腳讓學生大膽去想，怎樣才能求出天體的質量？用兩種方法得出來后教師再總結，在什么情況下用什么公式，學生掌握起來就容易得多。質量求出來了，如何求密度？這一點完全讓學生自己處理。激發(fā)學生的探究動機。在探究發(fā)現(xiàn)未知天體過程中，教師通過展示發(fā)現(xiàn)未知天體的材料，讓學生感知任何發(fā)現(xiàn)、發(fā)明離不開前人的經驗和教訓，激發(fā)學生的學習興趣，要有所成就，必須學好現(xiàn)有知識。

本教學設計始終以學生為主體精心設計探究活動。給學生主動探索、自主學習的空間，通過學生的思考、動手、觀察、討論，激發(fā)徐盛的學習熱情，使學生由被動接受知識轉化為主動獲取知識。

第五篇：6.4 教學設計 萬有引力理論的成就

【教學設計】

學校臨清二中 學科物理 編寫人王福清 審稿人

6.4 萬有引力理論的成就

一、教材分析

本節(jié)教學要求學生體會萬有引力定律經受實踐的檢驗，取得了很大的成功；理解萬有引力理論的巨大作用和價值。通過本節(jié)的學習，使學生深刻體會科學定律對人類探索未知世界的作用，激起學生對科學探究的興趣，培養(yǎng)熱愛科學的情感。

二、教學目標

（一）知識與技能

1、了解萬有引力定律在天文學上的重要應用。

2、會用萬有引力定律計算天體質量。

3、理解并運用萬有引力定律處理天體問題的思路和方法。

（二）過程與方法

1、通過萬有引力定律推導出計算天體質量的公式。

2、了解天體中的知識。

（三）情感、態(tài)度與價值觀

體會萬有引力定律在人類認識自然界奧秘中的巨大作用，讓學生懂得理論來源于實踐，反過來又可以指導實踐的辯證唯物主義觀點

三、教學重點、難點

1、行星繞太陽的運動的向心力是由萬有引力提供的。

2、會用已知條件求中心天體的質量。

3、根據已有條件求中心天體的質量。

四、學情分析

萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)有著重要的物理意義：它對物理學、天文學的發(fā)展具有深遠的影響；它把地面上物體運動的規(guī)律和天體運動的規(guī)律統(tǒng)一起來；對科學文化發(fā)展起到了積極的推動作用，解放了人們的思想，給人們探索自然的奧秘建立了極大信心，人們有能力理解天地間的各種事物。這節(jié)課我們就共同來學習萬有引力定律在天文學上的應用。

五、教學方法

討論、談話、練習、多媒體課件輔助

六、課前準備

1．學生的學習準備：預習萬有引力理論的成就

2．教師的教學準備：多媒體課件制作，課前預習學案。

七、課時安排：1課時

八、教學過程

一、“科學真實迷人”

教師活動：引導學生閱讀教材“科學真實迷人”部分的內容，思考問題

1、推導出地球質量的表達式，說明卡文迪許為什么能把自己的實驗說成是“稱量地球的重量”？

【例題1】設地面附近的重力加速度g=9.8m/s2，地球半徑R =6.4×106m，引力常量G=6.67×10-11 Nm2/kg2，試估算地球的質量。

gR29.8?(6.4?106)224M???6?10kg ?11G6.67?10

二、計算天體的質量 教師活動：引導學生閱讀教材“天體質量的計算”部分的內容，同時考慮下列問題

1、應用萬有引力定律求解天體質量的基本思路是什么?

2、求解天體質量的方程依據是什么? 學生活動：學生閱讀課文第一部分，從課文中找出相應的答案.1、應用萬有引力定律求解天體質量的基本思路是：根據環(huán)繞天體的運動情況，求出其向心加速度，然后根據萬有引力充當向心力，進而列方程求解.2、從前面的學習知道，天體之間存在著相互作用的萬有引力，而行星（或衛(wèi)星）都在繞恒星（或行星）做近似圓周的運動，而物體做圓周運動時合力充當向心力，故對于天體所做的圓周運動的動力學方程只能是萬有引力充當向心力，這也是求解中心天體質量時列方程的根源所在.教師活動：請同學們結合課文知識以及前面所學勻速圓周運動的知識，加以討論、綜合，然后思考下列問題。學生代表發(fā)言。

1.天體實際做何運動?而我們通常可認為做什么運動? 2.描述勻速圓周運動的物理量有哪些? 3.根據環(huán)繞天體的運動情況求解其向心加速度有幾種求法? 4.應用天體運動的動力學方程——萬有引力充當向心力求出的天體質量有幾種表達式?各是什么?各有什么特點? 5.應用此方法能否求出環(huán)繞天體的質量? 學生活動：分組討論，得出答案。學生代表發(fā)言。1.天體實際運動是沿橢圓軌道運動的，而我們通常情況下可以把它的運動近似處理為圓形軌道，即認為天體在做勻速圓周運動.2.在研究勻速圓周運動時，為了描述其運動特征，我們引進了線速度v，角速度ω，周期T三個物理量.3.根據環(huán)繞天體的運動狀況，求解向心加速度有三種求法.即：（1）a心=v（2）a心=ω2·r

（3）a心=4π2r/T2 r4.應用天體運動的動力學方程——萬有引力充當向心力，結合圓周運動向心加速度的三種表述方式可得三種形式的方程，即（1）F引=G（2）F引=G（3）F引=GMmr2=F心=ma心=m

Mmv2v2.即：G2?m

rrr ① ② ③ Mmr2=F心=ma心=mω2r

即：G=F心=ma心=m

4?2rT2Mmr2=mω2·r

=m

4?2rT2Mmr2

即：G

Mmr2

從上述動力學方程的三種表述中，可得到相應的天體質量的三種表達形式：

（1）M=v2r/G.（2）M=ω2r3/G.（3）M=4π2r3/GT2.上述三種表達式分別對應在已知環(huán)繞天體的線速度v，角速度ω，周期T時求解中心天體質量的方法.以上各式中M表示中心天體質量，m表示環(huán)繞天體質量，r表示兩天體間距離，G表示引力常量.從上面的學習可知，在應用萬有引力定律求解天體質量時，只能求解中心天體的質量，而不能求解環(huán)繞天體的質量。而在求解中心天體質量的三種表達式中，最常用的是已知周期求質量的方程。因為環(huán)繞天體運動的周期比較容易測量。

【例題2】把地球繞太陽公轉看做是勻速圓周運動，平均半徑為1.5×1011 m，已知引力常量為：G=6.67×10-11 N·m2/kg2，則可估算出太陽的質量大約是多少千克?（結果取一位有效數 字）

分析：題干給出了軌道的半徑，雖然沒有給出地球運轉的周期，但日常生活常識告訴我們：地球繞太陽一周為365天。

故：T=365×24×3600 s=3.15×107 s 由萬有引力充當向心力可得： GMmr2=m4?2rT2

故：M=

4?2r3GT2

kg=2×1030 kg 代入數據解得M=4?3.142?(1.5?1011)36.7?10?11?(3.2?107)2教師活動：求解過程，點評。

三、發(fā)現(xiàn)未知天體

教師活動：請同學們閱讀課文“發(fā)現(xiàn)未知天體”部分的內容，考慮以下問題

1、應用萬有引力定律除可估算天體質量外，還可以在天文學上有何應用？

2、應用萬有引力定律發(fā)現(xiàn)了哪些行星？

學生活動：閱讀課文，從課文中找出相應的答案：

1、應用萬有引力定律還可以用來發(fā)現(xiàn)未知的天體。

2、海王星、冥王星就是應用萬有引力定律發(fā)現(xiàn)的。教師活動：引導學生深入探究

人們是怎樣應用萬有引力定律來發(fā)現(xiàn)未知天體的?發(fā)表你的看法。學生活動：討論并發(fā)表見解。

人們在長期的觀察中發(fā)現(xiàn)天王星的實際運動軌道與應用萬有引力定律計算出的軌道總存在一定的偏差，所以懷疑在天王星周圍還可能存在有行星，然后應用萬有引力定律，結合對天王星的觀測資料，便計算出了另一顆行星的軌道，進而在計算的位置觀察新的行星。

教師點評：萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)，為天文學的發(fā)展起到了積極的作用，用它可以來計算天體的質量，同時還可以來發(fā)現(xiàn)未知天體.【例題3】 【例題4】 【例題5】

四、當堂檢測

九、板書設計

6.4 萬有引力理論的成就

一、科學真是迷人----【例題1】

二、計算天體的質量----【例題2】

三、發(fā)現(xiàn)未知天體

十、教學反思

本節(jié)要向學生澄清的一個問題是：天王星是太陽向外的第七顆行星，亮度是肉眼可見的，但由于較為黯淡而不易被觀測者發(fā)現(xiàn)。威廉·赫歇耳爵士在1781年3月13日宣布他的發(fā)現(xiàn)，這也是第一顆使用望遠鏡發(fā)現(xiàn)的行星。由于天王星的運動有某些不規(guī)則性，使得人們懷疑，在天王星之外還有一顆未知行星，英國的亞斯和法國的勒維列計算了這顆新星即將出現(xiàn)的時間和地點，德國科學家伽勒觀測到了它，從而導致了海王星的發(fā)現(xiàn)。

十一、學案設計(見下頁)3