《4.万有引力理论的成就》优质课教案设计

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1．在地面附近把万有引力看成物体的重力，即F引=mg.可以求解地球的质量。

2．把天体（或卫星）的运动看成是匀速圆周运动，即F引=Fn，用于计算天体（中心天体）的质量。 新课标要求知识与技能了解万有引力在天文学上重要应用，会用万有引力定律计算天体的质量。过程与方法通过了解“称量地球质量”“计算太阳质量”的基本方法，体会万有引力定律经受实践的检验，取得的巨大成功。

情感态度与价值观通过学习，使学生深刻体会科学规律对人类探索未知世界的作用，激发学生对科学探究的兴趣，培养热爱科学的情感。 课程分析 教学重点运用万有引力定律计算天体的质量． 教学难点在具体的天体运动中应用万有引力定律解决问题．教学工具PPT计算机辅助（图片，视频）教学方法教师启发、引导，学生自主思考，讨论、交流学习成果，通过类比思维、归纳总结建立模型来加深理解。

教学方法与过程：

复习旧知：

哪位同学回答一下万有引力定律的内容？表达式是什么？（板书表达式），万有引力和重力有区别吗？什么时候两者近似相等？（板书公式）

新课引入：

牛顿发现的万有引力定律对天文学的发展有着重大影响，他把地面上物体的运动规律和天体的运动规律和谐的统一起来，（投影阿波罗8号图片）以致于阿波罗8号从月球返回时，当地面控制中心问是谁在驾驶，指令长回答：“我想是牛顿在驾驶”。今天这节课我们就一起来看看万有引力理论所带来的伟大成就!

新课教学：

一、测量天体的质量

我们都能测出篮球的质量，曹冲能测出大象的质量，那么谁又能测出巨大的地球质量呢？（投影：探究问题一:能否用万有引力定律来“测”地球的质量？）（对着黑板公式讲解）牛顿发现万有引力定律后，发现不仅仅能够计算两个物体之间的万有引力，公式中的四个物理量，只要知道其中三个，就能得出第4个，可惜牛顿穷其一生，也未能知道引力常量G的数值，直到100年以后，卡文迪许利用扭称实验在实验室中测出了引力常量G，这下卡文迪许激动了，因为他已经能够利用万有引力定律测出地球质量了，怎么测的呢？（板书并讲解）如果忽略地球自转的影响，地球对地球表面的物体的万有引力等于物体所受到的重力，当时人们已经测出地球半径和地球表面的重力加速度，（投影数据）代入公式后发现我们就能算出地球的质量了。请同学们运算，看看这个巨大的地球质量到底有多大？

若已知球体的体积公式，能否进一步求出地球的平均密度？可以，板书地球密度的表达式。

地球质量能测了，我们现在能用这种方法测月球的质量吗？需要测出月球的哪些相关量？能测出月球的密度吗？（投影）能否用同样的方法测出太阳的质量？（生回答略）

提示一下有没有别的思路，（继续投影地球绕着太阳做匀速圆周运动）也用万有引力定律来“称量”太阳的质量？马上想到什么解题思路？太阳对地球的吸引力刚好等于地球所需要的向心力。（板书公式）

能不能根据别的行星来测量太阳的质量？（投影）根据不同的行星的r、T计算出来的太阳质量是否一致？ 根据开普勒第三定律，我们知道所有行星绕太阳公转的半长轴的立方与公转周期的平方的比值是一个定值，所以用这种方法计算出来的太阳质量应该是一致的，从中我们还能发现这个比值应该是跟中心天体质量有关的一个常量。（板书）

（投影）能否根据上述方程求出该行星的质量？为什么？

（投影）能否根据上述方法求出地球的质量？（投影）需要利用谁？月球，人造卫星。现在科学家普遍使用人造卫星绕地球运动来测量地球的质量，这样精确度会更高，误差更小。

能否求出地球的密度？，物理量分别是什么？

由此我们发现万有引力定律的应用非常了不起，（对着板书讲解）其一就是能够测量天体的质量，注意有两种方法，第一种需要忽略天体的自转，第二种只能测出中心天体的质量。

二、发现未知天体

那么，万有引力定律还有什么应用呢？历史上，人们应用万有引力定律还发现了未知天体，并把它称之为“笔尖”下的发现。（投影）人们在观测天王星的运行轨道时发现，实际观测的位置与理论计算的位置相差甚远，也就是天王星出轨了？当时人们提出了种种猜想，（投影视频）

海王星被发现后，人们用同样的方法又发现了在海王星的外面还有一颗，并把它命名为冥王星，只不过冥王星，不符合新的行星定义，因此被自动降级为“矮行星”。

而哈雷彗星的按时回归再次体现了万有引力理论的伟大成就。（播放视频）物理学家冯·劳厄说:“没有任何东西向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尊敬。从此以后，这门自然科学成了巨大的精神王国…… ”

夜晚，当我们仰望星空，万有引力定律还有哪些伟大成就呢？未完待续!!!!!

课堂小结：