高中物理新课标人教版必修2优秀教案：万有引力理论的成就11页

4 万有引力理论的成就
整体设计
卡文迪许在实验室测出了引力常量，表明了万有引力定律同样适用于地面上的任意两个
物体，用实验方法进一步证明了万有引力定律的普适性.同时,引力常量的测出,使得包括计算星
体质量在内的关于万有引力定律的计算成为可能,使得万有引力定律有了真正的实用价值.因
此万有引力理论的成就是本章的重点.
万有引力定律在天文学上应用广泛,它与牛顿第二定律、圆周运动的知识相结合，可用来
求解天体的质量和密度，分析天体的运动规律.万有引力定律与实际问题、现代科技相联系,可
以用来发现新问题,开拓新领域.
把万有引力定律应用在天文学上的基本方法是:将天体的运动近似看作匀速圆周运动处理,
运动天体所需要的向心力来自于天体间的万有引力.因此,处理本节问题时要注意把万有引力
公式与匀速圆周运动的一系列向心力公式相结合,就可推导出适用于天体问题的公式,并且在
应用这些公式时,一定要正确认识公式中各物理量的意义.具体应用时根据题目中所给的实际
情况,选择适当公式进行分析和求解.
通过本节课的学习我们要掌握计算中心天体的质量的两种方法:一是利用中心天体表面物
体所受的重力 mg 等于中心天体对物体的引力,即 mg= ,由此解出 M= ;一是利用围
绕中心天体运动的天体来求解,即 =mω2r= 来求解.天体的质量算出后,
还可以利用 ρ= 来求天体的密度.
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.
课时安排
1 课时
三维目标
知识与技能
1.了解万有引力定律在天文学上的重要应用.
2.会用万有引力定律计算天体的质量.
过程与方法
1.理解运用万有引力定律处理天体问题的思路、方法,体会科学定律的意义.
2.了解万有引力定律在天文学上的重要应用,理解并运用万有引力定律处理天体问题的思路方
法.
情感态度与价值观
1.通过测量天体的质量、预测未知天体的学习活动,体会科学研究方法对人类认识自然的重要
作用,体会万有引力定律对人类探索和认识未知世界的作用.
2.通过对天体运动规律的认识,了解科学发展的曲折性,感悟科学是人类进步不竭的动力.
教学过程
导入新课
故事导入
2R
Mm
G
G
gR 2
r
v
m
r
GMm 2
2
= r
T
m
2
24π
V
M

在 1781 年 3 月 13 日,这是一个很平常的日子,晴朗而略带寒意的夜晚,英国天文学家威廉·赫
歇尔（1738—1822）跟往常一样，在其妹妹加罗琳（1750—1848）的陪同下，用自己制造的
口径为 16 厘米、焦距为 213 厘米的反射望远镜，对着夜空热心地进行巡天观测.当他把望远镜
指向双子座时,他发现有一颗很奇妙的星星,乍一看像是一颗恒星,一闪一闪地发光,引起了他的
怀疑.
经过一段时间的观测和计算这后,这颗一直被看作是“彗星”的新天体,实际上是一颗在土星
轨道外面的大行星——天王星.
天王星被发现以后,天文学家们都想目睹这颗大行星的真面目.在人们观测和计算中,发现天
王星理论计算位置与实际观测位置总有误差,就是这一误差,引起了人们对“天外星”的探究，并
于 1846 年 9 月 23 日发现了太阳系的第八颗行星——海王星.
海王星被称为“从笔尖上发现的行星”，原因就是计算出来的轨道和预测的位置跟实际观测
的结果非常接近.你知道科学家在推测海王星的轨道时,应用的物理规律主要有哪些吗?
情景导入
“9·11”恐怖事件发生后，美国为了找到本·拉登的藏身地点，使用了先进的侦察卫星．据
报道：美国将多颗最先进的 KH11、KH12“锁眼”系列照相侦察卫星调集到中亚地区上空，“锁
眼”系列照相侦察卫星绕地球沿椭圆轨道运动，近地点 265 km（指卫星离地的最近距离）、远
地点 650km（指卫星离地面的最远距离），质量 13.6 t—18.2 t，这些照相侦察卫星上装有先
进的 CCD 数字照相机，能够分辨出地面上 0.1 m 大小的目标，并自动地将照片转给地面接收
站及指挥中心．由开普勒定律知道：如果卫星绕地球做圆周运动的圆轨道半径跟椭圆轨道的
半长轴相等，那么，卫星沿圆轨道运动的周期跟卫星沿椭圆轨道运动的周期相同．
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