3-2 万有引力定律的应用 教学设计 (3)

万有引力定律的应用
1教学目标
（一）知识与技能
1）、了解万有引力定律在天文学上的重要应用。
2）、会应用万有引力定律计算天体的质量和密度。
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）、通过了解万有引力在天文学上的应用，体会科学思想方法。
2）、通过思考、讨论与交流，认识计算天体质量和密度的方法。
3）、培养学生根据事件的之间相似性采取类比方法分析新问题的能力与方法。
4）、通过对海王星的发现过程的展示，体会科学定律对人类探索未知世界的作用。
5）、培养学生归纳总结建立模型的能力与方法。
（三）情感、态度与价值观
通过对天体质量和密度的计算、未知天体的预测的学习，体会万有引力定律对人类探索和认识未知世界的作用
2、通过万有引力定律在天文学上的应用，体会万有引力定律发现的意义。
2学情分析
学生在第二章已经学习了圆周运动特别是匀速圆周运动的相关知识，对运用牛顿第二定律和向心力相关知识解决圆周运动问题的思路和方法都有了一定的了解。在第三章，学生先学习了万有引力定律，接着又学习了万有引力与重力的关系，为本节课的学习做好了知识的储备，但学生不熟悉运用万有引力定律解决天文学问题的思路和方法。另外，一些学生的逻辑推理能力和数学演算能力比较弱。
3重点难点
【教学重点】
1）、地面的物体的重力近似等于万有引力。
2）、行星绕太阳的运动的向心力是由万有引力提供的。
3）、会用已知条件求天体的质量和密度。
【教学难点】
1）、会用已有条件求天体的质量和密度。
2）、应用万有引力定律求解天体问题的基本思路和方法。
4教学过程
4.1
第一学时
4.1.1教学目标
（一）知识与技能
1、了解万有引力定律在天文学上的重要应用。
2、会应用万有引力定律计算天体的质量和密度。
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、通过了解万有引力在天文学上的应用，体会科学思想方法。
2、通过思考、讨论与交流，认识计算天体质量和密度的方法。
3、培养学生根据事件的之间相似性采取类比方法分析新问题的能力与方法。
4、通过对海王星的发现过程的展示，体会科学定律对人类探索未知世界的作用。
5、培养学生归纳总结建立模型的能力与方法。
（三）情感、态度与价值观
1、通过对天体质量和密度的计算、未知天体的预测的学习，体会万有引力定律对人类探索和认识未知世界的作用。
2、通过万有引力定律在天文学上的应用，体会万有引力定律发现的意义。
4.1.2学时重点
1、地面的物体的重力近似等于万有引力。
2、行星绕太阳的运动的向心力是由万有引力提供的。
3、会用已知条件求天体的质量和密度。
4.1.3学时难点
1、会用已有条件求天体的质量和密度。
2、应用万有引力定律求解天体问题的基本思路和方法。
4.1.4教学方法
探究式教学、问题导向式教学法。
4.1.5教学用具
电子台称、多媒体。
4.1.6教学活动
活动1【导入】复习引入
复习：
1、物体做匀速圆周运动的向心力公式是什么？分别写出向心力与线速度、角速度、周期的关系式？
2、万有引力定律的内容及数学表达式？
引入：
在实验室我们用天平称量物体的质量。在现实生活中，如果要称量一个同学的质量呢？如果是一头大象呢？一说到称量大象质量，学生会想到曹冲称象，用石头的质量等效替代了大象的质量，这样就间接称量出了大象的质量。当然，今天我们可以用磅称直接测量出大象的质量。
猜想：如何“称量”出地球的质量？
活动2【讲授】新课教学
一、计算天体的质量
问题一：你能否利用万有引力定律计算出地球的质量？
分析：若不考虑地球自转的影响，地面上物体的重力等于地球对它的万有引力。
F引=mg
学生自主计算完毕后，对学生计算结果进行分析。根据公式来看只要知道地球表面的重力加速度g、地球半径R和万有引力常量即可算出地球质量。
卡文迪许测出了引力常量之后，可以具体的计算出地球的质量来，因此，卡文迪许被称为“称量出地球质量”的人。
拓展：利用同样的方法，你能求出月球的质量吗？需要知道有关月球的哪些量？
问题二：你能否利用万有引力定律计算出太阳的质量？
思考：
1、我们通常认为地球在环绕太阳做什么运动？
2、地球做匀速圆周运动的向心力由什么力来提供？
已知：地球环绕太阳做匀速圆周运动，地球的质量为m，轨道半径为r，公转周期为T，求太阳的质量M。
分析：地球做匀速圆周运动的向心力由太阳对地球的万有引力来提供，有：F引=F向
举例：火星环绕太阳运动的例子，要求学生思考，推导出太阳的质量。学生通过两个实例的比较，发现只能推导出中心天体（太阳）的质量，不能推导出环绕天体（地球、火星）的质量。
引导学生构建物理模型
在行星环绕太阳运动的模型中，将太阳看做中心天体，行星看做环绕天体。环绕天体绕中心天体做匀速圆周运动，中心天体对环绕天体的万有引力提供向心力。
思考：能否利用这种方法求出地球质量？
若知道月球绕地球运行的周期T月球与地球的距离r，就能计算出地球的质量？
思考：能否利用这种方法求出月球质量？
归纳：如果知道环绕天体运动的周期和轨道半径，利用万有引力提供向心力，可以计算出中心天体的质量。
当然，如果知道环绕天体运动的线速度、角速度、周期和轨道半径，都能计算出中心天体的质量，但周期最容易测得，因此我们通常利用周期计算中心天体质量
二、计算天体的密度
问题三：天体的质量已经计算出来了，能否求出天体的平均密度呢？如何求？
提示：
密度公式：
球体的体积公式：
活动3【练习】课堂练习
1、已知下列哪些数据，可以计算出地球质量：（
）
A．地球绕太阳运动的周期及地球到太阳的距离
B．月球绕地球运行的周期及月球绕地球转的轨道半径
C．人造地球卫星在地面附近绕行的速度和运行周期
D.
地球绕太阳运动的速度及地球和太阳中心的距离
2、未来的某一天，假设你成了宇航员，搭乘“英雄”号火星探测器飞近火星，并进入贴近火星表面的圆形轨道将进行预定的考察工作，你能不能仅用一只手表通过测定时间来测定火星的密度？说明理由及推导过程。
活动4【讲授】新课教学
三、预测未知天体
请阅读教材“理论的威力：预测未知天体”，思考以下问题：
1：海王星是如何被发现的？
2：人们用类似的方法又发现了哪颗星？
活动5【作业】课后作业
教材：第54页：第1题
第61页：第9题