结果进行两分钟比较讨论。(总用时约6分钟)
提出问题:利用这种方法,是否可以计算不带卫星的天体的质量?为什么?
学生回答,教师总结。
讲解例题(课本练习1):已知地球绕太阳做匀速圆周运动的周期为365天,地球到太阳的距离为1.5×1011m,取G=6.67×10-11N·m2/km,求太阳的质量。
提问学生,将学生的思路地月系扩展到太阳系。提问学生太阳系目前观测到有多少颗行星?他们分别是哪些呢?
学生回答后,投影出太阳系九大行星运行图,并展示部分行星的照片。
提出:引入美国天文学家发现的可能的太阳系的第十颗行星,及海王星和冥王星发现的故事,要求学生就这些案例,联系认识宇宙范围越大,所需探索时间越长这个事实,经过三分钟讨论,谈谈自身获得什么启示。并鼓励学生查阅相关资料,了解更多的关于行星的知识,激发学生对这一问题的兴趣,鼓励学生利用已有条件,探索宇宙的奥秘。
将课堂引回地月系,从地月系的环绕关系,引入地球卫星。提问有关卫星的一些问题。
例如:卫星发射速度、卫星轨道形状、卫星运行速度等等。
讲述卫星的理论模型在牛顿年代已经出现,并演示这一模型。让学生接受环绕速度的概念。通过万有引力定律和向心力公式联系,解出地球附近的环绕速度的值,板书这一题设和计算推理过程。
提出问题:如果发射速度大于环绕速度会有什么结果?提醒学生结合卫星的椭圆形轨道,作出讨论猜想,学生讨论出结果之后,提供不同情况下的卫星运行演示。
引入大于环绕速度的两个特殊发射速度:第二宇宙速度、第三宇宙速度。再用演示和计算结合的方法引导学生得到环绕速度是卫星运行的最大速度,也是最小发射速度这一结论。教师总结指出这里学生常常出现的错误,并加以强调。
提供地球上不同纬度地区单位质量物体所受重力的值(相当于提供重力加速度),和地球表面单位质量物体所受地球的万有引力的值,要求学生作出比较,讨论,学生可以得到两者近似相等的结论,提出黄金代换:地面附近mg=GMm/R2,即gR2=GM这一结论。并将另一个常用重要近似π2=g讲述给学生。因为它们在数值上几乎相等。
例题(课本练习3)如果近似地认为地球对地面物体地引力等于其重力mg,你能否据此推出环绕速度?提问后,再讲解。
三、小结:本节课的重点问题:
1、利用万有引力定律计算天体质量的思路和方法
2、了解发现海王星和冥王星的科学案例
3、计算环绕速度的方法和意义
4、知道第二宇宙速度和第三宇宙速度及其含义
5、黄金代换和π2=g两个重要近似
课后作业:练习1、3两道题。
教学总结
本节课主要通过万有引力定律在三个方面的重要应用,让学生看到理论和实际之间的重要联系,体会理论与实践的关系。一方面培养学生逻辑思维能力和人文精神,另一方面培养学生对天体物理学的兴趣。
教学资料参考:
(1)美国天文学家在2004年3月15日宣布,在距地球130亿千米的地方新观测到一个绕太阳运行的红色天体,并命名为赛德娜。目前尚未确定它是太阳系的一颗行星,一旦确认它的行星身份,它就将称为太阳系的第十大行星。
(2)不同纬度地区的重力加速度值参考: