必修2《4.万有引力理论的成就》精品优质课教案设计

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设计思路

根据高一年级学生的心理特征及认知规律，采用直观教学和活动探究的教学方法， “教师为主导，学生为主体”，引导学生一起得到计算天体质量的两种方法，在引申到对其他相关问题的分析和探讨，加强对这一知识的掌握和理解。

万有引力定律经受了实践的检验，取得了很大的成功，显示了万有引力理论的巨大威力。通过本节的学习，要使学生深刻体会科学定律对人类探索未知世界的作用。

（1）实验室称量地球的质量。

开篇的问题就很吸引人：地球的质量怎样称量？不可能用天平，但是，通过万有引力定律可以“称量”！那么，万有引力定律是怎样称量地球质量的？

教材从地面上物体的重力等于地球对物体的引力，即 EMBED Equation.DSMT4 ，得到地球的质量 EMBED Equation.DSMT4 ，其中g、R在卡文迪许之前已经知道，而卡文迪许测出G，就意味着我们也“测出了地球的质量”。通过万有引力定律称量地球的质量，这不能不说是个奇迹，其中的思想基础与牛顿的月地检验是一致的，即相信天上人间服从共同的规律。文中引用了外行人、著名文学家马克?吐温的话：“科学真是迷人。根据零星的事实，增添一点猜想，竟能获得那么多收获！”他一语道出了科学发现的精髓。

值得注意的是，这里所指的“质量”，是引力质量。有关引力质量与惯性质量的关系问题，见“参考资料”。

（2）计算天体的质量

有了G的数值，我们可以用同样的方法去“称量太阳的质量”，基本思路是：行星绕太阳做匀速圆周运动的向心力由它们之间的万有引力提供，我们可以利用或测量的数据是某个行星的轨道半径r（如地球）和周期T，根据 EMBED Equation.DSMT4 ，得到 EMBED Equation.DSMT4 。许多天体的质量就是这样求得的，目前由观测人造卫星的运动测量地球的质量是一种重要的方法。

教学中还可引导学生计算中心天体的密度，也可分析地球表面附近重力加速度与高度的关系等。

（3）发现未知天体：预见并发现未知行星，是万有引力理论威力的最生动例证。1871年赫歇耳（F．W．Herschel）偶然发现天王星，并且经过测量算出其轨道半径和周期，证明它是太阳系成员之一。此后天王星的运动就成为不断研究的主题，积累的数据表明，天王星的运动有某些极小的不规则性，这使得人们怀疑，在天王星之外还有另一颗未知行星。英国的亚当斯（J．C．Adams）和法国的勒维列(U．Le．Verrier)独立地对此进行研究，计算出这颗新行星即将出现的时间和地点，德国天文学家戈勒(J．C．Galle)在天文观测中认出这颗新行星，与预计的轨道只差1度。海王星就这样在笔尖下被发现了。1930年汤姆波夫(C．W．Tambaugh)根据海王星自身运动不规则的记载又发现了冥王星。正像本章引用物理学家冯?劳厄的话所说的：“没有任何东西像牛顿引力理论对行星轨道计算那样，如此有力地树立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……”

三维目标

知识与技能

1．了解地球表面物体的万有引力两个分力的大小关系，计算地球质量；

2．行星绕恒星运动、卫星的运动的共同点：万有引力作为行星、卫星圆周运动的向心力，会用万有引力定律计算天体的质量；

3．了解万有引力定律在天文学上有重要应用。

过程与方法

1．培养学生根据数据分析找到事物的主要因素和次要因素的一般过程和方法；

2．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；

3．培养学生归纳总结建立模型的能力与方法。

情感态度与价值观

1．培养学生认真严禁的科学态度和大胆探究的心理品质；

2．体会物理学规律的简洁性和普适性，领略物理学的优美。

教学重点

1．地球质量的计算、太阳等中心天体质量的计算。