高中物理人教版 (2019)必修 第二册3 万有引力理论的成就教学设计

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     课 时 教 案第 七 单元                     第  3  案                    总第    案课题： §7.3  万有引力理论的成就                     2022年     月     日教学目标 核心素养物理观念：了解万有引力定律在天文学上的应用.科学思维：会用万有引力定律测量或估算天体的质量和密度科学思维：掌握万有引力定律解决天体运动的基本思路和方法科学探究： 教学重点1. 天体的质量和密度的测量与估算2. 解决天体运动的基本思路和方法3. 教学难点1. 解决天体运动的基本思路和方法2. 天体的质量和密度的测量与估算3. 高考考点 课  型新授教  具 教  法 教    学    过    程教学环节教师活动预设学生活动预设 复习引入：1．万有引力定律的内容，表达式2．重力同万有引力的关系本节课主要学习万有引力定律在天文学上的应用。一、基本思路1.黄金代换天体表面，天体对物体的万有引力近似等于物体的重力，即    M：天体质量；R：天体半径；g：表面重力加速度2. 天体运动看做匀速圆周运动，万有引力提供向心力。 教学环节教师活动预设学生活动预设   即： r：两物体距离，由于做圆周运动，故为轨道半径。：向心加速度M：中心天体质量          m：卫星（行星）质量二、质量的测量1.“称量”地球质量法1. 由于地球自转角速度较小，所需的向心力很小，所以在忽略地球自转的情况下，地球质量为M，表面的物体质量为m，满足： ，化简得：   如果已知g、G、R，则可得  所以卡文迪许说：求G的实验过程，看成称量“地球的质量”。推广：若已知其它星球表面的“g”和“ R”，同样可以求出其质量。法2：(万有引力提供向心力)中的各个量T和r较容易测量，所以可由表达式：化简得： 说明：1.测量的质量是中心天体的质量，不是环绕天体的质量。2.若T是太阳行星的运行周期，r是轨道半径，则M是太阳质量；若T是地球卫星或其它行星（月球等）的卫星的周期，r是轨道半径，则M是地球或其它行星的质量。                    完成教材P56思考与讨论。（均相同，原因在教材P56倒数第二段） 教学环节教师活动预设学生活动预设                       3.若是近地（其他中心天体）卫星，则可认为轨道半径为中心天体半径R。三、密度的估算因为物体质量              ① 1.由质量测量方法1得质量          ②联立①②可得： 2.有质量测量方法2得质量      ③联立①③得： 如果是近地（其它中心天体）卫星，上式中r=R，则表达式为：              强调：无论是质量测量还是密度估算，都只能是中心天体的。例.两个行星各有一个卫星绕其表面运行，已知两个卫星的周期之比为1：2，两行星半径之比为2：1，则下列选项正确的是（AB）A.两行星密度之比为4：1B.两行星质量之比为32：1C.两行星表面处重力加速度之比为16：1     (8：1)D.两卫星的速率之比为     （4：1）例2.质量均匀分布的星球，半径为R，表面重力加速为g0，不计星球的自转，星球产生的重力加速度g随距星球球心距离r的变化规律如图所示，已知引力常量为G，求：⑴求出0-R距离内g随r变化的关系式。⑵该星球的密度⑶在距球心2R处的重力加速度  教学环节教师活动预设学生活动预设                       解：⑴设星球密度为ρ，距球心为r时的质量为M’，可得：                        ①距离球心为r处的重力加速度     ②联立①②得： ⑵星球表面任意物体m0，有  ③又因为                      ④联立两式得： ⑶距球心为2R的物体，有       ⑤联立③⑤得： 三、发现未知天体四、哈雷彗星的回归未知行星的发现和哈雷彗星的按时回归，进一步确立了万有引力定律的地位。即学即用：判断正误1.地球表面的物体的重力必然等于地球对它的万有引力。（×）2.若知道某行星的自转周期和行星绕太阳做圆周运动的轨道半径，则可以求出太阳的质量。                      （×）3.已知地球绕太阳转动的周期和轨道半径，可以求出地球的质量。                                            （×）4.天王星被称为“笔尖下发现的行星”。              （×）5.海王星的发现和彗星的“按时回归”确立了万有引力定律的地位。                                            （√ ） 小结：   作业：                 学生阅读教材P57-58相关内容，了解发现过程。及万有引力定律的其它应用。