万有引力理论的成就说课设计

1．教学背景说明

本节是一节规律应用课。

课标的要求是认识发现万有引力定律的重要意义，体会科学定律对人类探索未知世界的作用。

在教材中，这一节是继开普勒定律和万有引力定律之后学习的内容，本节课是万有引力定律的应用。

学生已经具备了圆周运动、万有引力定律的知识，而且他们天生具有对宇宙的好奇心。

２.设计思想

本节课从以下几个方面设计：

从学生熟悉的事物引入以测量不同物体的质量为线索，引起兴趣，引发疑问

创设情景，引导学生独立思考，运用已有知识解决新问题，在解决问题的过程中体会万有引力定律的作用，获得成功的感受。

渗透学史，感受科学发展的历程

3．指导思想与理论依据

（１）高中物理课程标准

发展学生探索自然、理解自然的兴趣与热情；认识物理学对科技进步以及文化、经济和  社会发展的影响；为终身发展，形成科学世界观和科学价值观打下基础。

（２）物理教学的基本特征

 以创设问题情景为切入点、以观察实验（事实）为基础、 以培养学生思维能力为核心

 以提升学生探究能力为重点

4．教学目标及重点难点说明

教学目标从三个维度设计，重视知识与技能、关注过程与方法，渗透情感、态度与价值观

（１）知识和技能

了解万有引力定律在天文学中的应用，会用万有引力定律计算天体质量。

（２）过程与方法

通过对地球、太阳质量测量的讨论，了解测量天体质量的两种方法。

（３）情感态度与价值观

通过计算天体质量、了解发现未知天体的历程，激发学生探索自然的兴趣。

5．教学过程说明

环节一　　引入

如何测量一个苹果的质量呢？学生在初中的学习基础上，不难想到用天平称量

如何测量一个人的质量？基于生活经验，学生也不难想到，可以用体重计称量；

如何测量一头大象的质量？学生都了解这样一个历史故事——曹冲称象，用替代的方法进行称量。

如何测量地球的质量呢？学生会感到有困难！

环节二　　地球质量的测量

还记得阿基米德说过的话吗？给我一个支点，我能撬动地球！

我们能用这个方法称量地球的质量吗？在现实中，这显然是不可行的！

不过卡文迪许正是结合杠杆原理，利用扭秤测量出了万有引力常量Ｇ，因此他被称为“称量地球质量的第一人”。为什么卡文迪许测量出了万有引力常量，就被称称出了地球质量呢？

我们引导学生这样研究：取地球表面任一物体m，它与地球之间的万有引力可以这样计算：F_引=GMm/R²，学生在教师的引导下，不难发现，当万有引力常量、地球半径、物体的质量都已知的情况下，只要再测出它与地球间的引力，就可以利用这个式子M= F_引R²/Gm得到地球的质量。

那我们如何测量这个物体受到的地球的万有引力呢？学生可能会想到，用弹簧秤称得的物体的重力就是万有引力。其实这二者还是有区别的，万有引力、向心力、重力这三者的关系是这样的（如右图）。不同的位置，物体需要的向心力不同，但即使在最大的位置，即物体在赤道处受到的向心力也仅仅是地球引力的千分之几！因此我们在研究问题时，常常忽略地球自转的影响，认为物体受到的重力与万有引力相等。

因此测出万有引力常量Ｇ，我们利用这个表达式，可以得到地球质量M=gR²/G。在这里，教师引导学生体会，卡文迪许在实验室里，通过两个小球的研究，就得到了庞大的地球的质量，多么神奇！难怪美国作者马克·吐温这样感慨：科学真是迷人！

我们已经有了一种“称量”地球质量方法，那么，仍然利用万有引力定律，还有没有其他的方法测量地球的质量呢？

通过前面的学习，学生不难想到利用月球绕地球的匀速圆周运动模型，结合牛顿运动定律求得地球质量。教师引导学生先独立思考，再进行交流。学生们会发现：尽管表达的形式不一样的，但本质相同，都是利用万有引力充当向心力，最后，我们得到用轨道半径r 和周期T表达的地球质量：M=4 '> 蟺'>²r³/GT²。

（展示图片）从一开始我们感到困难，到现在，我们有了两种方法称量地球质量，这是一件多么令人兴奋的事，学生也会极有成就感，这时，再适时提出：我们再测测太阳的质量吧！

环节三　　天体质量的测量

有了前面的经验，学生很自然的想到利用行星绕日运动来测量太阳的质量。

这时，教师在提出问题“太阳有那么多行星，我们用不同的行星，能测出相同的结果么？”

学生结合前面的讨论和开普勒定律的内容，不难分析出，我们可以得到相同的结果。

于是可以引导学生，再大胆一点，将这个方法推广到其他中心天体质量的计算中！

环节四　发现未知天体

          十八世纪，人们已经了解到太阳系有七颗行星，但是在观测中发现，天王星的轨道有点古怪，观测到的轨道与用万有引力定律计算得到的轨道不吻合。是万有引力定律错了？还是它周围有未知天体存在？这是当时的两大猜测。亚当斯和勒维耶坚信万有引力是正确的。因此根据观察数据进行计算，预言了未知天体的轨道，德国天文学家伽勒在预言的位置附近，发现了这颗天体。这就是我们熟悉的海王星。因此海王星是“笔尖下”发现的行星。整个发现过程体现了发现问题、大胆猜想、理论推导，实践检验。

海王星的发现，再一次确定了万有引力定律的地位，也成为科学史上的美谈。因此冯·劳厄         “没有任何东西

像牛顿引力理论对行星轨道的计算那样，

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……”

我们运用万有引力定律测量了地球的质量，也发现未知天体，开拓新的活动领域，人类的足迹已经踏上了月球。

我国的航天事业也在飞速发展，从神舟到嫦娥到天宫，我们探索的足迹一步步地走向太空。

浩渺的宇宙，牵动着人们的心……

６．学习效果评价

          课堂观察——关注过程、课后访谈——关注差异、作业反馈——教学效果

6．板书设计说明

 （1）板书内容主要体现了本节课的主要结构和主要内容；

谢谢各位老师、评委！