【优】高中物理人教版必修2 第六章第4节万有引力理论的成就 教案5

教学过程
一．复习、引入
[提出问题]如何测定物体的质量？能想到哪些方法？
[学生活动]思考并回答。

（用PPT出示相关的图片）
[过渡]如果我们想测定一个天体的质量，比如地球或太阳的质量，又有怎样的方法可以实现呢？
[学生活动]思考提出自己的大胆设想。

（用PPT出示相关的图片，展示一些无法实际操作的方法）
[过渡]这节课我们就来学习利用万有引力定律测定天体的质量的方法。

[板书]第4节万有引力理论的成就
二．新课教学
1．测量地球的质量
[板书] 1．测量地球的质量
[提问]关于地球的一些信息和参数，同学们知道哪些？
[教师活动]引导学生建立模型，利用万有引力公式可写出引力的表达式。

[提问]用什么工具能直接把这个引力测出来呢？
[学生回答]利用弹簧秤测出重力即万有引力。

[教师总结]我们建立了模型，在不考虑地球自传的影响下，测地球质量的基本思路为万有引力等于重力。

[学生活动]在笔记本上写出推导过程。

[教师活动]巡视学生完成的情况，请一名学生说出自己的思路并将演算过程写在黑板上。

[板书] mg R Mm G =2 得 G
gR M 2
= [过渡]在实际计算地球质量时，我们需要掌握三个数据，即地球表面的重力加速度、地球的半径和引力常量，那么这些数据又是如何得到的呢？
[学生活动]思考并回答问题。

[观看视频]地球周长的测量。

[教师总结]卡文迪许曾将自己利用扭秤装置测定引力常量的实验称为“称量地球的重量”。

想想看，通过在实验室中研究几个铅球间的作用力，就能够计算出地球的质量，这正是科学的迷人之处。

[提问]利用这一方法能否测出月球或太阳的质量？
[学生活动]回答问题，能测月球质量，但无法测太阳质量。

[过渡]下面我们就来研究一下测太阳质量的方法。

2．计算太阳的质量
[板书] 2．计算太阳的质量
[3D 动画] 用3D 动画模拟演示地球绕太阳的公转，演示从沿公转平面观察转变为从俯视的角度观察，帮助学生建立模型。

[提问]我们把地球绕太阳的公转简化为匀速圆周运动，那么地球运动需要的向心力由什么力来提供呢？
[学生回答]由太阳对地球的万有引力来提供。

[过渡]我们是否能利用万有引力提供向心力这一思想，应用万有引力公式和圆周运动的公式，求出太阳的质量呢？
[学生活动]思考并完成推导过程。

[板书] 2r Mm G =r T m 2
2⎪⎭⎫ ⎝⎛π 得 2324GT r M π= [PPT 演示]展示日地平均距离的测定。

[提问]测太阳质量的这种方法能否测定地球的质量？需要哪些已知条件？
[学生回答]需要知道月球绕地球转动的周期和月球的轨道半径。

[思维扩展]我们又如何测定金星的质量呢?（金星没有天然的卫星）
[学生回答]发射金星探测卫星。

[教师总结]这种方法就是求解中心天体质量的方法。

[过渡]通过前面的计算我们已经体会到万有引力定律在天文学上的应用。

如果运用更高深的数学知识，进行更精密的计算，科学家们利用万有引力定律又取得了更多非凡的成就。

这其中最为著名的就是海王星的发现，下面我们就来了解一
下这部分内容。

3．发现未知天体
[板书] 3．发现未知天体
[学生活动]请一名同学简述海王星的发现。

[教师活动]利用投影播放PPT并讲解海王星发现的有关知识。

（重点放在讲解海王星发现的历史故事，从中感受到牛顿引力理论的应用价值，和人们探索未知世界的科学精神。

）
[教师总结]在海王星的发现过程中，体现了一整套科学的研究方法，即发现问题、大胆猜想、理论推导、实践检验。

在海王星之前，太阳系的其他行星都是用肉眼观测或是借助望远镜观测直接发现的，海王星是第一颗先通过计算才被发现的行星，因此人们称其为“笔尖下发现的行星”。

[过渡]下面我们通过一段动画再来展示一下海王星的发现过程。

[播放视频]海王星的发现。

三．总结
[教师活动] 引导学生总结本节测量天体质量的方法和解决问题时“建模”、“分析”、“推导”“运算”的思维过程。

四．练习及作业
1．阅读课本P41-43
2．课后题：P43.1-4。