7.3 万有引力理论的成就 教学设计（表格式）

第七章 万有引力与宇宙航行
3.万有引力理论的成就
教学设计
教学目标
1. 了解万有引力定律在天文学上的重要应用。 2. 会用万有引力定律计算天体的质量，了解“称量地球质量”、“计算太阳质量”的基本思路，培养学生归纳总结建立模型的能力与方法。 3. 体会万有引力定律的科学成就，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．
教学内容
教学重点： 1. 行星绕太阳的运动的向心力是由万有引力提供的。
2. 会用已知条件求中心天体的质量。
教学难点： 1. 根据已有条件求中心天体的质量。
教学过程
新课导入： 用三个苹果的故事引入本节课，学生可能知道牛顿的苹果，也可能知道乔布斯的苹果，不一定知道夏娃的苹果，从而调动学生的听课兴趣。 新课教学： 称量地球的质量 从初中称量物体质量使用天平，到学生日常生活中购买某些物品用到电子秤或台秤称量质量，提出称量地球质量。学生想到量程不够，引导学生思考曹冲称象的原理。对学生进行传统文化的教育，和等效思想的渗入。但是曹冲称象的方法还是无法称量地球的质量。 与牛顿卡通图片对话，吸引学生的兴趣。借用牛顿话语引导学生使用万有引力定律来解决问题。重力是万有引力的一个分力，万有引力的另外一个分力提供物体随地球自转的向心力，但是向心力比重力小很多，可以忽略。运用忽略次要因素，突出主要因素的思想。忽略地球自转时，重力等于万有引力。 但是牛顿测量不出来G，得不到地球的质量 卡文迪许通过扭秤装置得到万有引力常量。地球的表面重力加速度，地球的半径，代入方程可以求出地球的质量。马克吐温对此评价，科学真是迷人，根据零星的事实加上一点猜想，竟能赢得那么多的收获。在这个过程当中，我们经常会用到黄金代换公式推广到其他天体可求解其他天体的质量 我们生活在地球上，离不开太阳的光和热，引导学生思考称量太阳的质量。太阳的表面温度比较高，无法登录到太阳表面得到太阳表面的重力加速度，用称量地球的方法称量太阳有困难，引导学生用太阳周围的行星的数据计算太阳的质量，构建物理模型。 行星绕太阳做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，向心力的表达式不同，得到太阳质量形式有所不同。 线速度、角速度通常不容易直接观测，周期容易直接观测。引导学生用开普勒第三定律解释。行星的质量在计算中消去了，只能求出中心天体的质量。 万有引力定律的成就，不仅仅在于称量天体的质量，还在于发现未知天体。到了18世纪，人们已经知道太阳系有七颗行星，但是1781年发现的第七颗行星天王星，根据关于引力定律计算出来的运行轨道，与实际观测的结果总有一些偏差。如果你遇到这个问题会怎么处理？从逻辑上分析，可能是观测数据不准确，也可能万有引力有问题，还有可能都有问题，或者是都没问题，其他因素影响用万有引力定律计算时没有考虑到。如果说天文数据不准确，或者万有引力定律有问题。当时已知的六颗行星计算出来的轨道与实际观测吻合的比较好。所以很大可能是天王星外面还有一颗未发现的行星，影响到了天王星的轨道。英国剑桥大学的学生亚当斯和法国年轻的天文学家勒维耶相信未知行星的存在，他们根据天王星观测资料，各自独立利用万引力定律计算出这颗心星的轨道。德国的伽勒在勒维耶预言的位置附近发现了几颗行星，人们称其为“笔尖下发现的行星”，后来被命名为海王星。海王星的发现过程，充分显示了理论对实践的巨大指导作用，所用的“计算、预测和观察”的方法指导人们寻找新的天体。万有引力定律对于彗星的研究也做出了巨大的贡献。哈雷彗星绕太阳运行，轨道是非常扁的椭圆。哈雷彗星是短周期彗星，当他经过近日点时，我们在地球上可以不用借助天文仪器，裸眼就可以看到他。因为英国天文学家哈雷依据万有引力定律，首先计算了它的轨道数据，并成功预言回归时间而得名。哈雷彗星的周期大约是76年，最近一次回归是1986年，下一次回归将在2061年。海王星的发现和哈雷彗星的按时回归，确立了万有引力定律的地位 小结 咱们今天都有什么样的收获呢？称质量，两条思路称量天体的质量。在天体表面忽略自转，重力等于万有引力，得到地球的质量。另一条思路是环绕天体绕中心天体做匀速圆周运动，万有引力提供向心力。万有引力理论的成就还在于发现未知天体海王星预测哈雷彗星的回归，另一个重要的成就，下一次课再讲宇宙航行