重力勘探教案-整本

2009～2010第二學期《重力勘探》教案緒言課題名稱：緒言課時：2問題的提出什么是重力勘探？重力勘探是在重力測量學的基礎上發(fā)展起來的一門應用學科，是現(xiàn)代常用的主要地球物理勘探方法之一。作為物化探專業(yè)的學生，必須明白什么叫重力勘探。本課程主要解決的問題：（1）了解重力勘探的物理實質(zhì)；（2）掌握儀器的使用；（3）掌握觀測數(shù)據(jù)的基本處理方法。本課程的需要的知識儲備重力勘探是依據(jù)一定的物理原理來對地下的礦產(chǎn)或構(gòu)造進行地質(zhì)調(diào)查，所以要求學生掌握一定的物理知識，比如力的分解與合成，萬有引力作用，重力作用等等。教學目標知識目標了解重力勘探的發(fā)展史掌握重力勘探研究的內(nèi)容和方向能力目標掌握并理解重力勘探的原理情感目標培養(yǎng)學生提出發(fā)現(xiàn)問題，提出問題進而進行獨立思考的的能力，并能夠理論聯(lián)系實際，把所學知識應用到重力勘探中去。教學分析與準備教學重點掌握并理解重力勘探這個概念教學難點重力勘探的物理原理，以及如何把這個原理應用到實際當中去，用來進行找礦和解決別的地質(zhì)問題。教學策略自主學習和探究學習相結(jié)合課時安排2課時（45分鐘2）教學環(huán)境普通教室四、教學過程2009～2010第二學期《重力勘探》教案教學組織教學內(nèi)容備注組織課堂引入新課講授新課帶學生回憶物理里面學過的關于重力加速度的知識跟學生講述法國天文學家里舍關于擺鐘的故事，引學生思考原因回憶所學過的關于小球擺動的規(guī)律提問，重力數(shù)據(jù)的校正包括哪些呢？課堂小結(jié)：作業(yè)：師生問好，進入教學提問:1、物探都包括哪些方法？2、借由以前所學的電法勘探和磁法勘探來引入重力勘探的概念。一、重力勘探重力勘探是指根據(jù)巖礦石之間存在的密度差異為基礎，通過調(diào)查和研究由此產(chǎn)生的重力場強度的變化及其變化規(guī)律來找礦或解決別的地質(zhì)問題的一類勘探方法。大家知道，在地球表面及其附近空間，一切物體都要受到重力的作用。在重力作用下，物體自由下落時就要產(chǎn)生加速度，稱為重力加速度。在地球的表面，重力加速度的平均值為9.8m/。但是，由于地球的形狀不規(guī)則，地球內(nèi)部物質(zhì)不均勻，以及地球與其他星體相對位置不斷變化，重力加速度的大小隨著觀測時間、地點的不同而少有差異?，F(xiàn)在，人們已經(jīng)清楚的知道，地面上重力加速度的變化，主要取決于測點的緯度、高度、測點周圍地形的起伏、地球的潮汐、地球內(nèi)部各種巖石密度的差異等五個因素。然而，從重力勘探的目的來說，上述五種因素中最后一個因素所引起的重力加速度的變化對于找礦而言才是有意義的。因為，在一般情況下，地下巖石密度的不均勻所引起重力加速度的變化，可以作為研究地下地質(zhì)構(gòu)造或?qū)ふ夷承┯杏玫V產(chǎn)的地球物理信息而加以利用。某些密度與圍巖不同的地質(zhì)體所引起的重力加速度變化值，不僅比重力加速度的平均值小得多，而且比緯度變化、高度變化、甚至有時比地形變化的影響小。因此，在以勘探為目的的重力測量中，必須對重力測量的結(jié)果進行相應的校正，消除那些非地質(zhì)因素變化的影響。密度與圍巖不同的地質(zhì)體所以引起重力加速度變化的數(shù)值、范圍和變化規(guī)律，與它的形狀、大小、空間位置以及它與圍巖密度差的大小有關。所以，重力勘探方法和其他地球物理勘探方法一樣，也有它自己的應用條件。重力勘探方法應用的范圍比較廣泛，只要滿足它的應用條件，就可以應用于各項地質(zhì)勘探工作中。當然，在完成不同地質(zhì)勘探的任務中，它的作用不完全相同，例如，在研究地殼深部構(gòu)造或區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造時，它常常被作為一種主要地球物理方法來使用；在石油、天然氣或煤田地質(zhì)勘探工作中，一般是把它作為一種普查手段，用于其他地球物理勘探方法之前；在金屬或其他礦產(chǎn)勘探方面，它多與其他地球物理勘探方法配合使用。根據(jù)以上所述，重力勘探課程所要研究的主要內(nèi)容應該是：有關重力勘探的基礎理論；測量重力加速度的儀器和方法；重力加速度測量數(shù)據(jù)的整理和處理；重力勘探資料的地質(zhì)解釋。重力勘探方法發(fā)展簡史、現(xiàn)狀和展望地球上的重力現(xiàn)象，雖然是人們天天接觸到的一種自然現(xiàn)象，但是，認識它的本質(zhì)，并用它來為人類的生產(chǎn)和生活服務，卻有著一段發(fā)展的過程。對重力現(xiàn)象的研究工作，開始于十六世紀中葉。意大利物理學家伽利略第一個用他自己發(fā)現(xiàn)的自由落體定律測定了重力加速度的近似值，在重力的研究方面，作出了開創(chuàng)性的貢獻。重力加速度隨地而異的現(xiàn)象，是法國天文學家里舍于1962年發(fā)現(xiàn)的。當時，他受法國科學院的派遣，到南美洲赤道附近的卡宴觀測火星。他帶一臺在法國巴黎走得十分準確的擺鐘，但到了卡宴之后，這臺鐘每天大約慢兩分半鐘?？墒?，當他兩年之后再回到巴黎時，這臺鐘又恢復了正常。由此，他推測赤道附近的重力加速度小于巴黎。里舍的推測，不久被牛頓用力學原理證明。牛頓在1687年發(fā)表的《自然哲學的數(shù)學原理》一書中指出，因地球自轉(zhuǎn)而引起的慣性離心力是從赤道向兩極有規(guī)律的減小，地球不可能是一個圓球，而應是兩極半徑小于赤道半徑的扁球。這個理論推測的正確性，后來被法國派往秘魯和北歐去的兩個測量隊所證實。他們發(fā)現(xiàn)赤道附近緯度差一度所對應的經(jīng)線長度確實比巴黎長，比北歐更長。于是，地球不是一個圓球，地面上重力加速度不是一個常數(shù)，在理論和實踐上都得到了證明。大約在一百多年前，人們開始把地面上重力加速度的變化和地球內(nèi)部物質(zhì)密度的不均勻性聯(lián)系到一起。當時大不列顛軍隊在印度進行大地測量，發(fā)現(xiàn)在喜馬拉雅山南麓天文觀測和大地測量結(jié)果存在較大的垂線偏差。即使假定山脈與附近平坦陸地具有相同的密度來校正山脈物質(zhì)引起的影響后，這種偏差也不能完全消除。于是艾里提出了地殼均衡的概念對這種現(xiàn)象作了解釋。不過，當時僅只是作為一種假說---地殼均衡假說，并沒有受到人們足夠的重視。重力測量從第一次世界大戰(zhàn)之后才開始比較廣泛的應用于地質(zhì)勘探。在重力勘探方法的應用和發(fā)展方面，人們主要圍繞以下三個不同的但又密切相關的問題不斷進行研究并使之日臻完善。研究和制造重力勘探所需要的重力測量儀器重力勘探的中心問題，是研究重力加速度的變化與地殼內(nèi)部物質(zhì)密度變化的關系，從而為研究地下地質(zhì)構(gòu)造或?qū)ふ夷承┑V產(chǎn)資源提供地球物理依據(jù)。但是，能否達到這個目的，首先在于能否方便而準確的取得工作地區(qū)重力加速度的變化值。正如前面所述，某些密度與圍巖不同的地質(zhì)體所引起的重力加速度的變化數(shù)值都很小，一般來說，僅相當?shù)厍蛏现亓铀俣绕骄档娜f分之一到百萬分之一，甚至更小。所以，能否研制出適用的精密的重力測量儀器，就直接影響重力勘探方法的應用和發(fā)展。十九世紀，測量重力加速度的儀器主要是擺。這類儀器的原理是通過觀察并測定擺在重力作用下的擺動周期來測量重力加速度。但是，它不僅工作效率很低，而且測量精度也滿足不了地質(zhì)勘探的需要。十九世紀末，匈牙利物理學家厄缸發(fā)明了測定某些重力位二階導數(shù)的儀器---扭秤之后，重力勘探才得到了相應的發(fā)展。但是，這類儀器的工作效率仍然很低，而且它的勘探深度不大。到本世紀的五、六十年代，作為相對重力測量的重力儀有了很大發(fā)展，并在重力勘探工作中，逐漸代替了扭秤。重力儀是應用靜力平衡原理進行相對重力測量的儀器，它的雛形出現(xiàn)于十八世紀的中葉。本世紀三十年代后，它有了迅速發(fā)展，而且得到廣泛的應用。由于這類儀器具有很多優(yōu)點，它的質(zhì)量隨著近代工業(yè)技術水平的提高而提高很快?，F(xiàn)在不僅有了適于陸地、海洋和井中使用的多種類型重力儀，而且，航空重力儀和重力梯度儀和重力梯度儀的研制工作也取得了可喜的成就?？梢哉雇痪玫膶?，將有更輕便并具有一定自動化裝置的高精度重力儀問世。完善重力測量數(shù)據(jù)的校正方法，提高有用信息的可信度如前所述，引起重力加速度變化的因素比較復雜，其中與地質(zhì)勘探有關的，只是總變化中的一部分。所以，重力勘探工作中需要研究和解決的第二個重要問題，是如何對實測的、受各種因素影響的重力加速度變化值進行必要的校正，消除那些與地下物質(zhì)密度變化無關因素的干擾，保留有用信息。這個問題經(jīng)過人們長期的努力，在一定程度上已經(jīng)得到了解決?？梢灶A見，重力測量數(shù)據(jù)的校正方法將日益完善，校正質(zhì)量將逐步提高。3、研究重力資料的解釋方法，提高重力勘探的地質(zhì)效果重力測量的數(shù)據(jù)經(jīng)過各項必要的校正以后便可以得到與地下物質(zhì)密度不均勻有關的重力加速度的變化值。如何說明這種變化與工作地區(qū)地下地質(zhì)構(gòu)造或礦產(chǎn)分布的關系，以及怎樣利用這些關系來解決地質(zhì)體產(chǎn)狀問題，這些正是重力勘探的最終目的。此項工作叫做“重力異常的地質(zhì)解釋”。對于重力異常的解釋，已經(jīng)發(fā)展了不少方法，積累了一定經(jīng)驗，但都有其局限性。因此，除了很好的掌握和應用現(xiàn)有解釋方法，借鑒前人的經(jīng)驗外，還必須研究新的解釋方法，努力提高重力勘探的地質(zhì)效果。一切科學的發(fā)展都是相互聯(lián)系的，相互促進的。當歷史跨入二十世紀六十年代，現(xiàn)在電子計算技術直接應用在重力勘探領域的時候，重力勘探方法也得到了相應的發(fā)展。應用電子計算技術不僅能高速進行繁雜的重力測量數(shù)據(jù)整理、校正以及數(shù)值處理，而且也促進了某些理論研究工作的開展。在我國重力勘探方法是從解放以后才開始比較廣泛應用的。從建國之初直到六十年代，在研究區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、石油、天然氣和煤田地質(zhì)勘探工作中，重力勘探方法都發(fā)揮了重要的作用。在重力儀的研制方面也取得了很大進展，七十年代初就用上了我國自制的重力儀，結(jié)束了過去完全依靠國外進口儀器的局面。除陸地上外，海洋重力勘探也得到很快發(fā)展。重力勘探是物探方法的一種，它主要是根據(jù)巖礦石巖礦石之間存在的密度差異為基礎，通過觀察和研究由此產(chǎn)生的重力加速度的變化來找礦或解決別的地質(zhì)問題。重力勘探有一百多年的歷史，其發(fā)展過程是緩慢的。我們主要圍繞以下問題進行研究：1、研究和制造重力勘探所需要的重力測量儀器xiao2、完善重力測量數(shù)據(jù)的校正方法，提高有用信息的可信度研究重力資料的解釋方法，提高重力勘探的地質(zhì)效果1、何謂重力勘探？2、簡述重力勘探的發(fā)展過程3、重力勘探主要圍繞哪些方面進行研究物探是近百年來發(fā)展起來的一門學科，其主要是通過一定的物理原理來找礦或解決別的地質(zhì)問題。隨著科學的發(fā)展和社會的進步，物探在能源開采和地質(zhì)調(diào)查方面發(fā)揮著越來越大的作用。稍加講述伽利略發(fā)現(xiàn)自由落體定律的故事經(jīng)科學家們研究發(fā)現(xiàn)，地球是個梨狀的橢球體隨著科學技術和計算機技術的發(fā)展，物探解釋工作都得到了很大的發(fā)展課堂外延無課后分析由于新鮮感，學生表現(xiàn)出很大的興趣，這也許是最大的動力，應該想辦法讓學生的熱情繼續(xù)。板書設計板書練習緒言一、重力勘探1、重力勘探是指根據(jù)巖礦石之間存在的密度差異為基礎，通過調(diào)查和研究由此產(chǎn)生的重力場強度的變化及其變化規(guī)律來找礦或解決別的地質(zhì)問題的一類勘探方法。2、重力勘探課程所要研究的主要內(nèi)容應該是：(1)有關重力勘探的基礎理論；(2)測量重力加速度的儀器和方法；(3)重力加速度測量數(shù)據(jù)的整理和處理；(4)重力勘探資料的地質(zhì)解釋。二、重力勘探方法發(fā)展簡史、現(xiàn)狀和展望主要圍繞以下三個不同的問題進行研究：1、研究和制造重力勘探所需要的重力測量儀器2、完善重力測量數(shù)據(jù)的校正方法，提高有用信息的可信度3、研究重力資料的解釋方法，提高重力勘探的地質(zhì)效果2009～2010第二學期《重力勘探》教案第一章重力勘探的基礎知識課題名稱：1.1地球和地球的重力場課時：2問題的提出地球是怎樣的形狀？粗略而言，我們可以把地球看成是個球狀的球體，然而實際上地球確實兩極半徑小于赤道半徑的梨狀橢球體。什么叫地球的重力場？大家都熟悉磁場和電場的概念，具有磁力作用的空間我們叫磁場，具有電力作用的空間我們成為電場，那么什么叫地球的重力場呢？同樣的道理，在地球表面或周圍具有重力作用的空間我們稱為地球的重力場。3、本課程主要解決的問題：（1）了解地球的形狀及內(nèi)部密度分界面（2）理解地球的重力場（3）熟練重力場強度單位的換算4、本課程的需要的知識儲備關于地球的形狀普通地質(zhì)學里面已經(jīng)學習過，另一方面要學生掌握物理里面的一些知識，比如常說的概念磁場，電場，以便于延伸到地球的重力場。教學目標知識目標了解地球的形狀理解地球的重力場熟練重力場強度單位的換算能力目標學會單位的換算情感目標培養(yǎng)學生“憶古思今”，舉一反三的學習能力，通過已學過的知識來延伸到將要學習的領域。能更好的理解新知識，記憶更深刻，同時對已學過的知識也起到一個復習的作用。教學分析與準備教學重點重力場重力場強度單位的換算教學難點重力場強度單位的換算教學策略舉一反三，反復練習的方法課時安排2課時（45分鐘2）2009～2010第二學期《重力勘探》教案教學環(huán)境普通教室教學過程教學組織教學內(nèi)容備注組織課堂引入新課講授新課提問：地球內(nèi)部的構(gòu)造知道了，那么地球內(nèi)部物質(zhì)密度的如何變化呢？借由磁場和電場的概念引入重力場小結(jié)作業(yè)師生問好，進入教學提問:1、地球是什么形狀的？2、回憶所學過的關于地球的知識地球的形狀和它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)地球自然表面的形狀比較復雜，然而，由于它70%以上的面積均被海水所覆蓋，陸地上的地形起伏相對海平面的高度和地球平均半徑相比，其值甚微。所以，在研究地球形狀時，人們把平靜海洋面，順勢延伸到各個大陸之下所形成的封閉曲面——大地水準面的形狀，作為地球的基本形狀。這個形狀的一級近似，可以視為一個球體，二級近似，應該是一個兩極半徑略小于赤道半徑的二軸橢球體；更高一級的近似，則應該是一個三軸橢球體。在一般情況下，把它看成是一個二軸橢球體進行研究已能滿足精度要求了（見圖1.1-1）。近幾年人造地球衛(wèi)星測量提供的地球形狀的主要參數(shù)如下：赤道半徑：a=6378.160km極半徑：c=6356.755km地球扁率：?=（a-c）/a=1/298caa圖1.1-1地球的二級近似橢球體在二級近似的條件下，可以把自然表面比較復雜的地球，近似看作兩極半徑略小于赤道半徑的二軸橢球體。這個橢球體的一個顯著特點，就是它的子午圈是一些橢圓，而赤道以及和赤道平行的一些圈都是圓。地球的內(nèi)部構(gòu)造，大致可以分為三層;最外面的一層叫做地殼，中間的稱為地幔，最里面的稱為地核（見圖1.1-2）圖1.1-2地殼的厚度各地不一。大陸上的平原區(qū)厚度約為30～40km，高原和山區(qū)相對變厚，大洋地區(qū)相對變薄。地殼厚度的變化可以達到幾十公里。主成地殼的物質(zhì)組成，主要是硅、鋁、鎂。按照硅、鋁、鎂含量的多少，又可以把它細分為兩層。上層叫做硅鋁層，主要由富含硅鋁的花崗巖類組成，平均密度約2.7g每立方厘米；下層叫做硅鎂層，主要由富含硅鎂的玄武巖類組成，平均密度約為3.1g每立方厘米。硅鋁層和硅鎂層的分界面，叫做康臘德界面，簡稱康臘面。康臘面上、下巖層大約有0.3～0.4g每立方厘米的密度差，是地殼內(nèi)部重要密度分界面之一。地殼的最上層，是厚度不大而且密度極不均勻的沉積巖和風化土（見圖1.1-3）。根據(jù)陸地與海洋地殼結(jié)構(gòu)的特征，又可以分為大陸型地殼和海洋型地殼，。大陸型地殼，主要是由花崗巖類和玄武巖類組成的雙重結(jié)構(gòu);海洋型地殼的花崗巖類很薄，有的地方甚至缺失，主要是由玄武巖類組成的單層結(jié)構(gòu)。從地殼的底部往下，一直到2900km深的范圍內(nèi)，叫做地幔，由于它介于地殼和地核之間，又叫做中間層。組成地幔的物質(zhì)成分和地殼有顯著差別，硅酸物質(zhì)顯著減少，鐵、鎂質(zhì)金屬元素相對增多。根據(jù)組成地幔物質(zhì)成分的差別，又可以把它分為上地幔和下地幔。上地幔主要是基性和超基性巖，下地幔主要是鐵、鎳等金屬氧化物。地幔物質(zhì)的密度大約在3.5~5.0g每立方厘米之間，隨著深度增加而變大。上地幔和地殼的分界面，稱為莫霍洛維奇面，簡稱莫霍面。莫霍面是地球內(nèi)部又一個重要密度分界面，其上、下巖層—地殼與上地幔之間大約存在0.4g每立方厘米的密度差。從2900km深處一直到地心，稱為地核，分外核，過渡帶和內(nèi)核三部分。組成地核的物質(zhì)成分，目前還不甚清楚，但根據(jù)隕石推測，認為主要是鐵和鎳，故稱鐵鎳核。地球的質(zhì)量M近似為5.976×kg。圖1.1-3地球的重力場已知地球是一個具有一定質(zhì)量，兩極半徑略小于赤道半徑，并且按照一定角速度旋轉(zhuǎn)的橢球體，因而，在這個橢球體的表面及其附近空間，一切物體都要同時受到兩種力的作用，其一是地球質(zhì)量對它產(chǎn)生的引力，其二是地球自轉(zhuǎn)而引起的慣性離心力。這兩個力的合力就是重力。存在重力作用的空間叫做重力場。根據(jù)牛頓第二定律：重力G應該等于實驗質(zhì)量m和重力加速度的乘積G=mg在國際單位制（SI）中重力的單位是kg.m/。規(guī)定以1m/的百萬份之一作為國際通用重力單位（gravityunit），簡寫g.u，即1m/=g.u在以往出版的教材、文獻和資料中，均使用CGS單位制，即厘米.克.秒單位制，在該單位制中，為了紀念意大利科學家伽利略，重力加速度的單位規(guī)定為1cm/=1gal（伽）1gal=mgal（毫伽）SI單位與CGS單位的換算關系為1gal=g.u為了便于引用過去的資料，在這份教材的圖件中，均以n×10g.u來表示重力加速度（以下簡稱重力）的大小。例如過去的20mgal，現(xiàn)在改為20×10g.u。地球質(zhì)量的引力和地球自轉(zhuǎn)而引起的慣性離心力，是組成地球重力的主要成分。除此之外，宇宙間其他星體質(zhì)量引力的作用、地球的自轉(zhuǎn)軸、地球的形狀、地球內(nèi)部物質(zhì)密度的分布、地球的自轉(zhuǎn)角速度等都會對重力有所影響。上述各因素都非固定不變，所以，地面上任意點重力的大小和方向都隨時間而又微笑變化。地球是兩極半徑略小于赤道半徑的梨狀橢球體重力場指的是具有重力作用的空間；地球重力場指的是在地球表面及其周圍空間具有重力作用的空間。重力場強度的單位換算1gal=g.u換算（1）20g.u=（）gal（2）300mgal=（）m/（3）50000ugal=（）cm/（4）6000m/=（）gal（5）8cm/=（）gal地球的赤道半徑和極半徑并不是固定不變的，其數(shù)值也會隨時間發(fā)生微笑的變化磁場指的是具有磁力作用的空間，無色無味，看不見摸不著。電場指的是具有電力作用的空間。國際單位制的基本單位是千克（kg）、米（m），秒（s）課堂外延帶學生看地球模型課后分析本堂課看似簡單，但由于部分學生的數(shù)學基礎比較差，所以單位的換算變成了一個難題。板書設計板書練習重力勘探的基礎知識1.1地球和地球的重力場地球的形狀和它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)地殼（1）硅鋁層花崗巖類（2）硅鎂層玄武巖類硅鋁層和硅鎂層存在0.3～0.4g每立方厘米的密度差，所以它們之間的分界面稱康拉德界面。地幔（上地幔和下地幔）地殼與上地幔之間大約存在0.4g每立方厘米的密度差。地核外核過渡區(qū)內(nèi)核地球的重力場1、重力場：指的是具有重力作用的空間；2、地球重力場：指的是在地球表面及其周圍空間具有重力作用的空間。3、單位換算1m/=g.u1cm/=1gal1gal=mgal1gal=g.u1m/=？cm/300gal=？g.u50mgal=?g.u2009～2010第二學期《重力勘探》教案第一章重力勘探的基礎知識課題名稱：1.2正常重力公式課時：2問題的提出什么是正常重力？雖說地球表面及其附近各點處的重力是不相等的，那么對于全球而言重力的變化有沒有什么規(guī)律呢？其實，由于受到地球形狀的影響及重力本身的性質(zhì)決定，從赤道到南北極重力值呈現(xiàn)出逐漸變大的規(guī)律。本課程主要解決的問題：（1）了解和掌握正常重力位和正常重力公式（2）掌握正常重力變化對于重力勘探的意義本課程的需要的知識儲備前面學習了地球的形狀以及重力場和地球重力場的概念，都是作為這節(jié)課的基礎，這節(jié)課主要學習重力場強度在全球范圍內(nèi)的一個大體變化情況，這跟地球的形狀有關，跟重力和重力場的性質(zhì)有關。教學目標知識目標了解正常重力和正常重力公式謹記重力在全球大體的變化情況能力目標理解重力的正常變化情況情感目標培養(yǎng)學生逐本求根的去學習，然后通過理解來記憶，為什么正常重力的變化會出現(xiàn)這樣的規(guī)律。教學分析與準備教學重點理解重力的正常變化教學難點本是個簡單的問題，然而由于物理知識不牢固和想象力的局限性，對于正常重力公式和正常重力位的理解會有點困難。教學策略導入式講授和啟發(fā)式教學相結(jié)合課時安排2課時（45分鐘2）教學環(huán)境普通教室教學過程2009～2010第二學期《重力勘探》教案教學組織教學內(nèi)容備注組織課堂引入新課講授新課常用的這些正常重力公式是通過對地球各個參數(shù)進行測量或計算后代入它的基本形式得到的小結(jié)作業(yè)師生問好，進入教學提問:1、回憶上節(jié)課所學知識，準確的說地球是什么形狀的，內(nèi)部有幾個密度分界面？2、重力場和地球重力場分別指？3、重力場強度在全球的分布會不會有什么規(guī)律呢？正常重力公式的基本形式當?shù)厍虻男螤罴捌鋬?nèi)部物質(zhì)密度分布為已知時，應用重力位函數(shù)可以求出地面上任一點的重力位。但是，地球的形狀比較復雜，內(nèi)部物質(zhì)密度分布和變化情況又是未知的，因而這種計算實際無法進行。由于地球總是處于流體平衡狀態(tài)，它的大地水準面與某一橢球體的表面十分接近，所以，在計算地球大地水準面上的重力位和重力時，可以用一個理想橢球體——大地橢球體表面上的重力位或重力來代替。這個大地橢球面上的重力位稱為“正常重力位”，重力稱為“正常重力”，表示正常重力場的數(shù)學解析式，稱為正常重力公式。這里，我們只想給出正常重力公式，如果對它的數(shù)學推導有興趣，可以參考其他有關重力的書籍。正常重力公式的基本形式如下（1.2-1)式中的表示赤道重力值為計算點的地理緯度和為與地球形狀及赤道與兩極的重力值有關的常數(shù)，即式中的——赤道重力值——兩極重力值；——為地球的扁率（a、c分別為地球的赤道半徑和兩極半徑）。但、和已知時，則可得到計算不同緯度上正常重力值的具體公式。如何確定這三個參數(shù)的具體數(shù)值，是多年來人們一直研究的問題，并且導出了很多正常重力公式。二、常用的正常重力公式現(xiàn)在比較常用的正常重力公式有(1)1901~1909年的赫爾默特公式=9780300（1+0.005302-0.000007）g.u（1.2-2）(2)赫爾默特另一公式是1915年提出的，這個公式考慮了經(jīng)度“”變化的影響，形式為=9780520【1+0.005285-0.000007+0.00018cos2（-17）】g.u（1.2-3)這個公式把地球作三軸橢球體來考慮，赤道面內(nèi)兩個半徑不等。（3）1930年卡西尼國際正常重力公式=9780490（1+0.00528840.0000059）（1.2-4）（4）1979年國際地球物理及大地測量聯(lián)合會確定的正常重力公式=9780327（1+0.0053024-0.000005）（1.2-5）我國比較常用的是式（1.2-2）和式（1.2-4）。正常重力指的是當我們把地球看成是一個理想的橢球體（形狀為規(guī)則的橢球體內(nèi)部物質(zhì)密度均勻或環(huán)狀均勻）時，測得的各點的重力。這個重力的大小只跟觀測點的緯度有關，我們可以用一個公式來求任意點的正常重力值，這個公式叫正常重力公式。并且可以導出更具體的公式。地球的正常重力值從赤道到兩極逐漸變大，綜合所學知道簡述為什么會出現(xiàn)這樣的情況。用赫爾默特第一個公式計算緯度分別為0度，30度，45度，60度，90度處的正常重力值。地球表面上重力隨緯度的變化主要是因為地球半徑從赤道到兩極逐漸減小，而且重力主要由地球的引力決定其大小，所以當半徑變小了，那么根據(jù)萬有引力公式引力必定變大了。這些公式的不同之處主要在于所測得的參數(shù)發(fā)生了變化，比如赤道半徑或極半徑，或者赤道處和兩極處的重力值等等課堂外延無課后分析本堂課相對前面來說較難，主要是重力畢竟是接觸得比較少的知識，雖然它無處不在我們的生活中。希望多解釋能讓學生理解。板書設計板書練習1.2正常重力公式一、正常重力公式的基本形式常用的正常重力公式(1)=9780300（1+0.005302-0.000007）g.u（1.2-2）(2)=9780520【1+0.005285-0.000007+0.00018cos2（-17）】g.u（1.2-3)(3)=9780490（1+0.00528840.0000059）g.u（1.2-4）（4）=9780327（1+0.0053024-0.000005）g.u.（1.2-5）用卡西尼國際正常重力公式計算緯度分別為0度，45度，90度處的正常重力值。2009～2010第二學期《重力勘探》教案第一章重力勘探的基礎知識課題名稱：1.3重力測量的方法和原理課時：2問題的提出如何測量某點的重力值？重力勘探是根據(jù)重力的變化來找礦或解決別的地質(zhì)問題的，所以如何測定重力從而了解重力的變化便是一個關鍵的問題。測量重力的方法也是多種多樣，并且在不斷的完善更新。本課程主要解決的問題：（1）了解重力測量的發(fā)展過程（2）掌握掌握重力測量的方法本課程的需要的知識儲備重力測量需要有一定的物理知識做儲備，比如擺的擺動，勻加速運動和胡克定律等等，如果沒有一點物理知識，學起來是很費勁的。教學目標知識目標了解重力測量的發(fā)展史掌握重力測量的各個方法能力目標理解重力儀的基本力學原理情感目標培養(yǎng)學生提出發(fā)現(xiàn)問題，提出問題進而進行獨立思考的的能力，并能夠邊討論變學習，相互促進。教學分析與準備教學重點（1）自由落體測重力（2）彈簧測重力教學難點重力測量會遇到一些公式和物理原理，這是本節(jié)課的難點，有些同學物理基礎較差。教學策略自主學習和討論學習相結(jié)合課時安排2課時（45分鐘2）教學環(huán)境普通教室四、教學過程2009～2010第二學期《重力勘探》教案教學組織教學內(nèi)容備注組織課堂引入新課講授新課提問學生擺的擺動周期T怎么計算把公式慢慢推導出來拿個彈簧給學生演示不同的拉力彈簧的長度變化小結(jié)作業(yè)師生問好，進入教學提問:1、請問哪位同學該如何測定重力？分小組討論五分鐘。2、點名叫個別同學回答。從理論來說，任何與重力有關的物理現(xiàn)象都可以用來測定重力。但是，從重力勘探對重力測量精度的要求來考慮，實際可以利用的物理現(xiàn)象并不多。重力測量可以分為絕對測量和相對測量。絕對重力測量測的是重力的全值，稱為絕對重力值；相對重力測量測的是各點相對某一基準點的重力差。當基準點的重力值已知時，通過相對重力測量也可以求得各點的絕對重力值。相對重力測量是現(xiàn)代重力測量的主要形式。測定重力的方法，可以分為動力法和靜力法。動力法是觀測物體在重力作用下的運動，直接測定的量是時間和路程；靜力法是觀測物體的平衡，直接測定的量是物體因重力變化而發(fā)生的線位移或角位移。采用靜力法進行相對重力測量是重力測量的主要方法。擺在動力法中，過去用來進行絕對重力測量的儀器是擺，測定的量是擺長L和擺動周期T，然后利用大家所熟知的公式求g（1.3-1)這種方法不僅工作效率低，而且測量的精度也滿足不了重力勘探的要求。自由落體在動力法中，另一種測定絕對重力值的儀器是根據(jù)自由落體定律設計的絕對重力儀。已知具有初速度的自由落體，經(jīng)過時間t下落的距離為s（1.3-2）如果在物體下落的路程上取兩個距離和，通過這兩個路程的時間分別為和，則根據(jù)上式有（1.3-3)(1.3-4)從中消去并解出（1.3-5）可見，只要在物體自由下落的過程中準確的測得了、和、便可準確的求出g?，F(xiàn)在，我國自制的絕對重力儀是激光測距，用穩(wěn)定的脈沖信號計時，重力測量的精度可以滿足國防工程，應用地球物理和大地測量等方面的要求。重力儀的彈簧原理靜力法是相對重力測量的基本方法，所用的儀器是重力儀。重力儀的種類很多，但是工作原理基本相同，都是通過測定與重力有關的靜力平衡系統(tǒng)中，平衡體在重力變化時所產(chǎn)生的位移來確定重力變化。圖1.3-1是重力儀簡單工作原理圖。彈簧原長M圖1.3-1為，其上端固定在支架上，下端懸掛一質(zhì)量為M的負荷。當這個裝置在某一基準點G，在G點重力的作用下，彈簧長度由伸長到，于是M.=K（-）式中K為彈簧的彈性系數(shù)。如果將它移到另一點A，在A點重力的作用下彈簧的長度為，則M.=K（-）在不變的情況下，A、G兩點的重力差可由下式?jīng)Q定g=-=（-）=cs（1.3-6）式中c=是儀器的常數(shù)，相當于彈簧長度變化一個單位時重力變化值，稱為重力儀的格值。s為在A、G兩點上彈簧的長度變化。所以，在格值c為已知的情況下，若能準確測出彈簧長度在兩點的變化值，就可以求出這兩點的重力差。當基準點上的絕對重力值為已知時，通過相對重力測定也可以求出觀測點的絕對重力值，即=+g過去，世界范圍內(nèi)作為相對重力測定的基準點只有兩個，一個在波茨坦，另一個在維也納，兩點的絕對重力值分別為9.81247m/和9.81290m/。以波茨坦或維也納的絕對重力點作為相對重力測量基準點，通過相對重力測量求出的絕對重力值的一些點，稱為波茨坦系統(tǒng)或維也納系統(tǒng)?，F(xiàn)在，測定絕對重力值的儀器不斷完善，測量的精度不斷提高，絕對重力值的已知點也越來越多，因此，在工作中可以就近利用任何一個絕對重力值的已知點作為相對重力測量的基準點，然后再求出各測點的絕對重力值，但應說明所使用絕對重力點的點位和絕對重力值。重力測量分為絕對測量和相對測量兩種，現(xiàn)代重力測量以相對測量為主。絕對測量應用的是動力法，相對測量應用的是靜力法。測定重力的方法有：擺自由落體彈簧設某一擺的擺長為1m，在地面某點處擺動的周期為2s，求此點的絕對重力值。在某工區(qū)內(nèi)有一基準點G，其絕對重力值為9.835m/。用一個格值為1mgal的彈簧進行重力測量，在某一點處彈簧的伸長量比基準點上多出2格，問此點的相對重力值和絕對重力值分別為多少？在物理里學過，擺某點的擺動周期僅與擺長有關初速為零并且除了重力不在受別的力影響的運動叫自由落體運動這是現(xiàn)在重力儀的基本工作原理彈性系數(shù)K是個常量，通?？梢园阉闯墒莻€常數(shù)，但不是說它絕對不變所謂相對測量和絕對測量也只是相對的概念，可以互相轉(zhuǎn)換課堂外延帶學生做彈簧的拉長實驗課后分析本堂課從學生的反應來看是比較有吸引力的，但是關于重力的計算有些同學稍微有點差。板書設計板書練習1.3重力測量的方法和原理1、重力測量的形式重力測量可以分為絕對測量和相對測量，相對重力測量是現(xiàn)代重力測量的主要形式。測定重力的方法，可以分為動力法和靜力法。采用靜力法進行相對重力測量是重力測量的主要方法。2、測定重力的方法（1）擺（1.3-1)（2）自由落體（1.3-5）彈簧g=-=（-）=cs（1.3-6）式中c=是儀器的常數(shù)，相當于彈簧長度變化一個單位時重力變化值，稱為重力儀的格值。在某點做自由落體運動的實驗，測得兩個點，第一個點距起始點的距離為1.23米，用時0.5秒，第二點距起始點的距離為4.93米，用時1秒，求此點的重力值。2009～2010第二學期《重力勘探》教案第一章重力勘探的基礎知識課題名稱：1.4重力異常課時：2問題的提出什么是重力異常？“異常"是我們常說也常聽到的一個詞，那么在重力勘探中我們應該怎么去理解重力異常這個概念呢?是否有變化就叫異常，還是在特殊的領域有特別的定義？本課程主要解決的問題：（1）掌握重力異常的概念（2）了解重力異常的物理實質(zhì)本課程的需要的知識儲備本堂課所需要的知識準備還是一些物理知識，關于密度和質(zhì)量的關系，質(zhì)量和萬有引力之間的關系。教學目標知識目標理解并記住重力異常概念掌握重力異常的物理實質(zhì)能力目標掌握并理解重力異常和它的實質(zhì)情感目標培養(yǎng)學生獨立思考和自主學習的能力。教學分析與準備教學重點重力異常教學難點重力異常的物理實質(zhì)教學策略自主學習和探究學習相結(jié)合課時安排2課時（45分鐘2）教學環(huán)境普通教室四、教學過程2009～2010第二學期《重力勘探》教案教學組織教學內(nèi)容備注組織課堂引入新課講授新課提問學生密度和質(zhì)量的關系叫一位同學起來總結(jié)小結(jié)作業(yè)師生問好，進入教學提問:什么叫異常？那么重力異常呢？重力異常在推導正常重力場重力值公式時，我們是將地球看成由同一密度構(gòu)成的均勻或環(huán)狀均勻的旋轉(zhuǎn)橢球體。然而真實的情況卻不然，由于地質(zhì)構(gòu)造運動及成礦作用，使得地殼中存在許多密度不均勻體，這些密度不均勻體必然會引起重力場強度的變化。再加上外部因素的影響，比如高度、測點周圍地形的起伏、地球的潮汐等等，使得實測重力值不同于正常重力場的重力值。在重力勘探中，我們把由于地下巖礦石密度的變化所引起的重力場強度的變化稱為重力異常。意即實測的數(shù)據(jù)不光要跟基準點進行比較，而且還必須把由于非密度變化引起的重力變化值的影響消除掉，就是我們常說的重力觀測值的校正。另外，重力異常是個相對的概念。如圖（1.4-1）ШГП圖1.4-1相對于曲線第一部分而言，第二部分是重力異常值，第一部分是背景值（正常值），相對于曲線第三部分而言，第二部分是背景值（正常值），第三部分是異常值。重力異常的物理實質(zhì)我們通過下面幾種情況說明重力的變化與地質(zhì)體密度差之間的關系，從而說明重力異常的實質(zhì)。在圖1.4-2中，球體的圍巖密度為，球體密度為，并且>，球體的的體積為V時。因>，表明球體的密度大于圍巖的密度，它們之間的密度差稱為剩余密度，其大小為=-。因為存在剩余密度亦必然存在剩余質(zhì)量，其大小為M=.V。這就是說，由于球體的存在相當于在圍巖的基礎上，增加了個質(zhì)量為M的物體。因此在球體上方，就會出現(xiàn)重力值高于圍巖的重力異常。在圖1.4-2中，位于中間的球體的密度小于圍巖的密度，這時在球體處不是出現(xiàn)了質(zhì)量的增加而是出現(xiàn)了質(zhì)量的虧損，即相當在圍巖中缺少了一個質(zhì)量為M的物體，因此球體的上方就會出現(xiàn)重力值低于圍巖重力值而出現(xiàn)負異常。即重力異常可能為負的，由低密度體引起。g測點圖1.4-2在圖1.4-2中，右側(cè)球體與圍巖間不存在密度差，因此也就不存在剩余質(zhì)量及質(zhì)量虧損，所以也就不會出現(xiàn)重力異常。由此可以看出，重力勘探中的重力異常是因巖礦石間存在著密度差異而引起的。因此，巖礦石之間是否存在明顯的密度差，將成為能否進行重力勘探的前提條件。在重力勘探中，我們把由于地下巖礦石密度的變化所引起的重力場強度的變化稱為重力異常。重力異常是個相對的概念。重力異常的物理實質(zhì)是：巖礦石間存在著密度差異，所以能引起重力的變化。重力勘探中重力變化是否就是重力異常？簡述重力異常的物理實質(zhì)。重力變化不一定就有重力異常，在這里我們規(guī)定了異常是由什么引起的物理里面學過，質(zhì)量和密度成正比，且萬有引力與質(zhì)量成正比萬有引力公式課堂外延無課后分析本堂課看似簡單，但重力異常的概念卻是本書最重要的概念之一，所以必須讓學生理解透徹。板書設計板書練習1.4重力異常一、重力異常在重力勘探中，我們把由于地下巖礦石密度的變化所引起的重力場強度的變化稱為重力異常。重力異常是個相對的概念。二、重力異常的物理實質(zhì)高密度體可引起重力值的高值異常地密度體可引起重力值的低值異常2009～2010第二學期《重力勘探》教案第一章重力勘探的基礎知識課題名稱：1.5地殼均衡和均衡重力異常課時：2問題的提出地殼均衡假說指的是？根據(jù)大量的重力測量資料所作的統(tǒng)計表明，如果以平原地區(qū)為標準，在山區(qū)或高原地區(qū)的重力異常為負，海洋地區(qū)為正，為什么已經(jīng)作了各項校正，消除了地表因素的影響，重力異常仍然有這樣的規(guī)律呢？本課程主要解決的問題：（1）了解重力值在平原，高原或山區(qū)以及海洋的變化情況（2）掌握地殼均衡假說（3）了解均衡重力異常本課程的需要的知識儲備本節(jié)課的知識可以為以后的均衡重力校正作準備，在精確的重力測量工作中，我們不光要求布格重力異常還有可能求準確度更高的均衡重力異常。教學目標知識目標了解重力值在平原，高原或山區(qū)以及海洋的變化情況掌握地殼均衡假說能力目標對地表重力的變化有更多的了解情感目標培養(yǎng)學生獨立思考問題的能力，以及把所學知識應用于實踐的能力。教學分析與準備教學重點了解重力值在平原，高原或山區(qū)以及海洋的變化情況了解均衡重力異常2、教學難點地殼均衡假說3、教學策略導入式講授和自主學習相結(jié)合4、課時安排2課時（45分鐘2）5、教學環(huán)境普通教室教學過程2009～2010第二學期《重力勘探》教案教學組織教學內(nèi)容備注組織課堂引入新課講授新課引導學生思考為什么出現(xiàn)如圖1.5-1的情況考慮這兩種假說的異同點小結(jié)作業(yè)師生問好，進入教學提問:1、回憶所學知識，重力的變化可由什么原因引起？2、重力異常指的是什么引起的？3、除了上述這些還有沒有什么因素能影響重力值的變化呢？隨著時間的發(fā)展和各種地球物理資料的不斷豐富，一百多年前艾里提出的地殼均衡假說越來越被人們所重視。根據(jù)大量的重力測量資料所作的統(tǒng)計表明，如果以平原地區(qū)為標準，在山區(qū)或高原地區(qū)的重力異常為負，海洋地區(qū)為正，而且它的數(shù)值和重力測點的海拔高度或海水深度游如圖1.5-1的關系。g400200-4000-2000020004000H-200-400圖1.5-1為什么已經(jīng)作了各項校正，消除了地表因素的影響，重力異常仍然有這樣的規(guī)律呢？這就需要應用地殼均衡概念來進行解釋。英國人普拉提提出的假設認為，山脈是由地下物質(zhì)從地下某一個深度起向上膨脹而形成，山越高，密度越小，并且在某一深度之上橫截面相同的直立柱體的質(zhì)量相等，故山越高，其底部下陷到密度大的介質(zhì)中的深度也越大，即山有“山根”。見圖1.5-2。后來人們發(fā)現(xiàn)，地殼均衡假說可以用來解釋地殼發(fā)展中的很多現(xiàn)象，并且為了解釋這些現(xiàn)象提出了很多地殼均衡模式和均衡條件，其中比較常用的有：普拉特—海福特均衡模式和均衡條件這是由普拉特提出模式，海福特導出均衡條件公式的一種假說。普拉特提出的假說如圖1.5-3所示。他認為在地殼深部存在一個等壓面，稱為均衡面，從海平面到均衡面的海洋地殼地幔圖1.5-2深度為D,稱為均衡深度。如果把均衡面以上的物質(zhì)分割成很多橫截面相同的直立柱體，每個柱體的質(zhì)量都相等，對均衡面的壓力也相同。據(jù)此可以推知，柱體越高，密度應該越小，反之，密度應該越大。以地殼的平均密度為準，高山地區(qū)由于密度小兒出現(xiàn)的虧損質(zhì)量應該由高出海平面以上多余的物質(zhì)所補償；而海洋地區(qū)因海底以上海水質(zhì)量不足，應由海底以下密度大物質(zhì)的多余質(zhì)量所補償，以保證地殼壓力的均衡。2、艾里—海斯坎寧均衡模式和均衡條件艾里提出的均衡模式表示一些不同高度的巖石柱體漂浮在密度較大的均質(zhì)巖漿之上，并處于靜力平衡狀態(tài)，有如密度均勻而高度不等的木塊漂浮在水中一樣。柱體頂端出露的高度越大，底部在巖漿中下陷也越深，這種現(xiàn)象在地質(zhì)上一般稱為“山根”和“反山根”。普拉特和艾里額均衡模式和均衡條件的主要差別在于前者認為均衡面以上橫截面相同柱體的質(zhì)量相等，但密度不同，海拔高度越大，密度越小，海平面與均衡面之間的質(zhì)量虧損，由高處海平面的高山質(zhì)量所補償；后者是假設密度不變，高處海平面高山的多余質(zhì)量，由山根排開巖漿所造成的質(zhì)量虧損來補償。兩者的共同點都是把均衡面視為平面。此外，還有其他類型的均衡模式。根據(jù)地殼均衡假說及提出的地殼均衡模式，經(jīng)過緯度、高度和地形校正之后得到的重力異常，在山區(qū)應該為負，在海洋地區(qū)應該為正（相對正常地殼厚度而言），大量的重力測量資料符合此規(guī)律，就是說從地球的重力變化來說，地殼均衡假說是可信的。因此我們可以推測，如果地殼到處是均衡的話，則根據(jù)前面討論的均衡模式和均衡條件，對山區(qū)均衡面以上的質(zhì)量虧損或海洋地區(qū)的質(zhì)量剩余對重力異常的影響加以校正——重力均衡校正，校正結(jié)果應該等于零。但事實證明，有些地區(qū)經(jīng)過重力均衡校正之后所得的結(jié)果還是會出現(xiàn)或多或少的異常，通常稱為重力均衡異常。對均衡重力異常出現(xiàn)原因的一個重要解釋，就是認為在這些地區(qū)，地殼還沒有達到均衡狀態(tài)，尚以某種運動形式在進行調(diào)整。所以均衡異常資料可以作為研究地殼穩(wěn)定性，預測天然地震可能發(fā)震的地點以及選擇巨大工程建筑基地的參考。根據(jù)大量的重力測量資料所作的統(tǒng)計表明，如果以平原地區(qū)為標準，在山區(qū)或高原地區(qū)的重力異常為負，海洋地區(qū)為正。這就需要應用地殼均衡概念來進行解釋。其中比較常用的均衡假說有：普拉特—海福特均衡模式和均衡條件艾里—海斯坎寧均衡模式和均衡條件1、簡述普拉特—海福特均衡模式和均衡條件和艾里—海斯坎寧均衡模式和均衡條件的異同。山越高，山根越高假說雖然是假設，但是具有一定的道理和依據(jù)所謂均衡面，就是在這個面上各點壓力處處相等課堂外延無課后分析本堂課比較難，然而慢慢理解其實也不見得多難，這部分知識可以為今后的均衡校正做準備。板書設計板書練習1.5地殼均衡和均衡重力異常以平原地區(qū)為標準，在山區(qū)或高原地區(qū)的重力異常為負，海洋地區(qū)為正。1、普拉特—海福特均衡模式和均衡條件2、艾里—海斯坎寧均衡模式和均衡條件主要差別在于前者認為均衡面以上橫截面相同柱體的質(zhì)量相等，但密度不同，海拔高度越大，密度越小，海平面與均衡面之間的質(zhì)量虧損，由高處海平面的高山質(zhì)量所補償；后者是假設密度不變，高處海平面高山的多余質(zhì)量，由山根排開巖漿所造成的質(zhì)量虧損來補償。兩者的共同點都是把均衡面視為平面。2009～2010第二學期《重力勘探》教案第二章重力儀課題名稱：2.1重力儀的基本構(gòu)造和工作原理課時：2問題的提出什么是重力儀？重力儀是用來進行相對重力測量的主要儀器，是重力勘探野外重力測量的重要工具。本課程主要解決的問題：（1）了解重力儀的基本原理（2）掌握重力儀的工作原理本課程的需要的知識儲備重力儀是重力測量的主要工具，了解它的內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)及其工作的原理，能更好的應用它來進行重力測量，使得觀測數(shù)據(jù)更準確，工作效果更好。教學目標知識目標了解重力的構(gòu)造掌握重力儀工作的原理能力目標熟知重力儀的工作原理情感目標培養(yǎng)學生學習聯(lián)系實際，嚴謹認真的工作態(tài)度，不要只知其所以，不知其所以然，學無止境，是每個人都應該銘記于心的謙虛。教學分析與準備教學重點掌握重力儀的工作原理教學難點重力儀的內(nèi)部構(gòu)造，實習時也看不到，只能通過說上的示意圖來表現(xiàn)，所以存在一定的難度，也正由于這個原因，所以重力儀的工作原來也就不太好表現(xiàn)和理解了。教學策略自主學習和展示圖片相結(jié)合課時安排2課時（45分鐘2）教學環(huán)境普通教室教學過程2009～2010第二學期《重力勘探》教案教學組織教學內(nèi)容備注組織課堂引入新課講授新課給學生展示圖片提問：靈敏度是否越高越好呢?有什么方法可以放大？小結(jié)作業(yè)師生問好，進入教學提問:1、重力測量分為哪兩種類型？2、現(xiàn)代主要作哪種類型的測量？過去和現(xiàn)代使用的重力儀都是根據(jù)靜力平衡原理設計和制造的。首先制成與重力有關的某種靜力平衡裝置，使它的平衡體在某一重力的作用下靜止在一定的位置。如果把這個裝置移到和原來的觀測點的重力不等的另外一點時，平衡體就要產(chǎn)生位移，并在新的位置再次平衡。位移的大小和亮點重力差的大小有關，因而，測量位移就可以求得兩點的重力差。在平衡裝置中，通常用來平衡重力的力有以下幾種：用彈簧伸縮產(chǎn)生的彈力來平衡重力，如圖2.1-1（a）所示的格拉夫重力儀；用彈簧伸縮對平衡體所產(chǎn)生的彈力矩平衡重力矩，如圖2.1-1（b）所示的梯申重力儀；用彈性片彎曲對平衡體所產(chǎn)生的彈力矩平衡重力矩，如圖2.1-1（c）所示的莫洛金重力儀；用扭絲扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的扭力矩平衡重力矩，如圖2.1-1（d）所示的諾伽重力儀。對重力儀構(gòu)造的基本要求以上介紹的幾種重力儀的構(gòu)造雖然各有差別，但是，其中任何一臺重力儀都有兩個最基本部分，一是靜力平衡系統(tǒng)；二是測讀機構(gòu)。靜力平衡系統(tǒng)是感覺重力變化的部分，故稱為感覺機構(gòu)或靈敏系統(tǒng)。靈敏系統(tǒng)是重力儀的心臟，重力變化時，靈敏系統(tǒng)中的平衡體便顯示位移，位移的方式有的是線性移動，稱為線位移系統(tǒng)，如格拉夫重力儀；有的是偏轉(zhuǎn)一個角度，稱為角位移系統(tǒng)，如梯申重力儀。重力儀的測讀機構(gòu)是重力儀中用來觀察平衡體位移和測量重力變化的部分。應該指出，為測定微笑的重力變化，重力儀的靈敏系統(tǒng)和測讀機構(gòu)應滿足以下要求：對于靈敏系統(tǒng)而言，首先要求它必須具有較高的靈敏度，能夠感覺出微笑的重力變化。其次，要求它還必須具有較高的準確度，使平衡體的位移不受重力變化以外其他因素變化的干擾。對于測讀機構(gòu)而言，要求它必須是有足夠大的放大能力，能夠分辨出平衡體的微笑位移，同時測量重力變化的范圍比較大，讀書與重力變化的關系簡單，便于計算。此外，還要求重力儀應當便于操作，工作效率高，堅固、輕便、易于攜帶。二、重力儀的靈敏度和提高靈敏度的原理及方法如前所述，對于重力儀的靈敏系統(tǒng)，要求它必須具有較高的靈敏度，以便能夠感覺出重力的微笑變化。所謂提高重力儀的靈敏度，就是使靈敏系統(tǒng)的平衡體在感受微小重力變化時，可以產(chǎn)生被肉眼直接觀察到的位移量。為了說明提高靈敏度的必要性，首先應了解一般重力儀的靈敏系統(tǒng)在感受重力變化時可能產(chǎn)生的位移量。以格拉夫重力儀為例，若它的彈簧s下端的負荷在9.80×g.u的重力作用下伸長量為20cm，當重力變化0.1g.u時，彈簧伸長量變化為L，則根據(jù)胡可定律有L=2×cm故這樣微小的位移量用肉眼顯然無法察覺。對于角位移的靈敏系統(tǒng)而言，當重力變化10g.u時，平衡體產(chǎn)生的偏角也只有一度左右，如果重力變化0.1g.u，它的偏角當然就更小了。為了提高重力儀反映微笑變化的能力，在制造重力儀時主要采用以下兩種方法：在重力儀的測讀機構(gòu)中增加放大裝置，把平衡體的微小位移放大。主要的方法有：（1）用高放大倍數(shù)的顯微鏡觀察平衡體的線位移；（2）用光學反射原理觀察平衡體的角位移；（3）用光電效應方法；（4）用電容放大。上述四種放大方法中，后兩種放大倍數(shù)較高，但是，不易保持穩(wěn)定。為了使得它的放大保持足夠穩(wěn)定，必須增加一定的輔助設備，這又給重力儀的使用帶來不便。光學放大的倍數(shù)穩(wěn)定，使用方便，雖然其放大倍數(shù)有限，但仍得到了廣泛使用。提高重力儀靈敏度的方法和原理提高重力儀靈敏系統(tǒng)的靈敏度，就是在設計和制造重力儀時，設法減小重力儀的穩(wěn)定性，使其在感受微小重力變化時可以產(chǎn)生較大的位移。達到這個目的的方法主要有：增加敏化裝置。傾斜法。適當布置彈簧法。后兩種方法只適用于平衡體作角位移的重力儀。方法的特點是無需再靈敏系統(tǒng)中增加任何輔助裝置，只要適當選擇平衡體的平衡位置或彈簧軸線與平衡體桿臂的相對關系，這樣靈敏系統(tǒng)本身就可以滿足敏化條件。任何一臺重力儀都有兩個最基本部分，一是靜力平衡系統(tǒng)；二是測讀機構(gòu)。所謂提高重力儀的靈敏度，就是使靈敏系統(tǒng)的平衡體在感受微小重力變化時，可以產(chǎn)生被肉眼直接觀察到的位移量。提高重力儀靈敏度的方法有：在重力儀的測讀機構(gòu)中增加放大裝置，把平衡體的微小位移放大。提高重力儀靈敏系統(tǒng)的靈敏度。重力儀的靈敏度指的是？如何提高重力儀的靈敏度？要么用力來平衡力，要么用力矩來平衡力矩。不管重力儀是什么類型的，其基本構(gòu)造是一致的。靈敏度越高，說明一起對微小重力變化的感知能力越強。因為重力變化量通常都很微小，所以不用放大裝置一般很難直接看出平衡體的變化。然而靈敏度不能過高，免得非重力變化也可以引起平衡體的變化，即準確度降低。課堂外延無課后分析本課紀律不太理想，由于關于儀器的部分，學生只想著看儀器，學會操作儀器，而對本堂課表現(xiàn)出沒有多大的熱情。板書設計板書練習2.1重力儀的基本構(gòu)造和工作原理一、對重力儀構(gòu)造的基本要求（1）靜力平衡系統(tǒng)；（2）測讀機構(gòu)。二、重力儀的靈敏度和提高靈敏度的原理及方法1、在重力儀的測讀機構(gòu)中增加放大裝置，把平衡體的微小位移放大?？赏ㄟ^以下途徑實現(xiàn)：（1）用高放大倍數(shù)的顯微鏡觀察平衡體的線位移；（2）用光學反射原理觀察平衡體的角位移；（3）用光電效應方法；（4）用電容放大。2、提高重力儀靈敏度的方法和原理（1）增加敏化裝置。（2）傾斜法。（3）適當布置彈簧法。2009～2010第二學期《重力勘探》教案第二章重力儀課題名稱：2.2重力儀的測讀機構(gòu)和測讀方法課時：2問題的提出重力儀如何進行讀數(shù)？這里所說的并非是重力儀儀器在操作和測量的過程中是如何讀數(shù)，而是說重力儀的讀數(shù)原理，它的測讀機構(gòu)是如何進行讀數(shù)的，如何把重力的變化變成重力儀讀數(shù)的變化的一個過程。本課程主要解決的問題：（1）了解重力儀的測讀機構(gòu)；（2）掌握重力儀的測讀方法。本課程的需要的知識儲備本課要求學生掌握一定的光電知識，重力知識和空間想象能力，以便更好的理解儀器的讀數(shù)過程；同時本課也為后面的儀器操作奠定了一定的基礎，掌握本課，才能更好的掌握儀器的測讀。教學目標知識目標了解重力儀的測讀機構(gòu)掌握重力儀的測讀方法能力目標理解并掌握重力儀的讀數(shù)過程情感目標培養(yǎng)學生自主學習和討論學習相結(jié)合的方法，讓他們了解重力儀內(nèi)部的測讀機構(gòu)和測讀原理，以便更好的工作。教學分析與準備教學重點重力儀的測讀原理教學難點由于重力儀的測讀方法比較特別，跟我們常見的儀器讀數(shù)方法有差別，所以學生不易于理解，需要多多講解。教學策略導入式講授和自主學習相結(jié)合課時安排2課時（45分鐘2）教學環(huán)境普通教室教學過程2009～2010第二學期《重力勘探》教案教學組織教學內(nèi)容備注組織課堂引入新課講授新課給學生展示圖片電容器雖然是很多電器里都會出現(xiàn)的，但是我們卻并不熟悉，所以應適當被學生講解。小結(jié)作業(yè)師生問好，進入教學提問:重力儀的內(nèi)部構(gòu)造分為哪幾部分？怎樣提高重力儀的靈敏度？重力儀的測讀機構(gòu)怎樣進行讀數(shù)？重力儀的測讀機構(gòu)有兩部分，一部分用來觀察平衡體在重力變化時的位移，另一部分用來測量重力變化其的具體數(shù)值?，F(xiàn)在重力儀都是采用補償法進行零點讀數(shù)，即：把靈敏系統(tǒng)中平衡體感受重力變化所產(chǎn)生的位移僅作為重力變化的指示信息，并不直接測定位移的大小。而后，是用另外的力去補償重力的變化，把平衡體再調(diào)回到原來平衡位置，并通過補償機構(gòu)讀出重力的變化。重力儀的零點位置一般都定在平衡體的質(zhì)心及其旋轉(zhuǎn)軸構(gòu)成的平面為水平面時的位置。目前，在重力儀中用來觀察和測定重力變化的裝置主要有以下幾種：光學裝置簡單的光學裝置如圖2.2-1所示，由燈泡1發(fā)出的光經(jīng)透鏡2進入棱鏡3，經(jīng)反射由棱鏡底面的狹縫4射出，再經(jīng)透鏡投射在與平衡體桿臂固定一起的平面鏡6上，并由它反射，經(jīng)過透鏡5進入望筒。望筒中的8為刻度片，7是一個放大鏡。在望筒中可以看到很細的一條亮線（狹縫4的像），這條亮線隨著平衡體桿臂的偏轉(zhuǎn)而在刻度片上左右搖動。當亮線與刻度片上零刻度重合時，表示平衡體處于零點位置。當亮線離開零刻度線時，利用測微螺絲10改變彈簧9的張力，把亮線再調(diào)回到零刻度上，這時平衡體又恢復到零點位置，于是，重力變化就被彈簧9張力的變化所補償。最后，根據(jù)測微螺絲上的讀數(shù)變化，就可以求出重力的變化。光電放大裝置這種方法是將圖2.2-1中的7、8兩部分改用圖2.2-2所示的一套光電裝置代替。用兩片平行反接的光電池E來接受圖2.2-1中平面反光鏡6的反射光照射。光電池的電流用檢流G來檢測。當平衡體處于零點位置時，兩片光電池受光面積相等，產(chǎn)生的電流大小相等，符號相反，因而沒有電流輸出，檢流計的光點落在標尺的零刻度上。圖2.2-1圖2.2-2當重力變化使平衡體偏轉(zhuǎn)時，兩光電池的受光面積不等，輸出的電流使檢流計偏轉(zhuǎn)，使小鏡11偏轉(zhuǎn)導致另一光路的光點偏移，可以起指示平衡體是否位移的作用。測量重力變化數(shù)值時也是補償法進行零點讀數(shù)。3、電容放大裝置圖2.2-3為電容放大裝置的原理。左面是靈敏系統(tǒng)，它的平衡體負荷3放在兩個金屬薄板1、2之間，組成兩個平行板電容器。兩電容器電容量的大小與負荷對兩金屬板的距離有關。當負荷位于兩板中間時，上、下兩電容器的電容量相等，當重力變化時，一個變大一個變小。電容量的變化可以利用右面的檢流電路來檢查，并以此來指示平衡體是否發(fā)生了位移。測量重力變化也是用補償法進行零點讀數(shù)。圖2.2-3重力儀中用來觀察和測定重力變化的裝置主要有以下幾種：光學裝置光電放大裝置電容放大裝置零點補償法讀數(shù)指的是？簡述光學放大的原理。與磁力儀的測讀機構(gòu)有相似之處光電池是通過受光來產(chǎn)生電的電池光電放大與光學放大有相同的地方電容器電容量的大小與兩塊電容版之間的距離成反比。課堂外延無課后分析本堂課僅能通過圖片給學生展示儀器內(nèi)部的測讀原理，雖說不如模型生動，但與比文字效果好多了。板書設計板書練習2.2重力儀的測讀機構(gòu)和測讀方法現(xiàn)在重力儀都是采用補償法進行零點讀數(shù)，即：把靈敏系統(tǒng)中平衡體感受重力變化所產(chǎn)生的位移僅作為重力變化的指示信息，并不直接測定位移的大小。而后，是用另外的力去補償重力的變化，把平衡體再調(diào)回到原來平衡位置，并通過補償機構(gòu)讀出重力的變化。重力儀中用來觀察和測定重力變化的裝置主要有以下幾種：1、光學裝置2、光電放大裝置3、電容放大裝置2009～2010第二學期《重力勘探》教案第二章重力儀課題名稱：2.3影響重力儀測量精度的各種因素和消除影響的方法課時：2問題的提出重力儀的性能指標主要有哪些？重力儀是用來進行重力勘探的主要儀器，其所測得的數(shù)據(jù)準確與否直接影響著工作的質(zhì)量，而儀器的精度便是最主要的一個表示重力儀質(zhì)量好壞的一個指標。本課程主要解決的問題：了解和掌握影響重力儀精度的因素及其消除這些影響的方法。本課程的需要的知識儲備重力儀的精度對重力測量數(shù)據(jù)的質(zhì)量好壞起著關鍵的作用，那么要學好本科首先要求學生掌握什么叫重力儀的靈敏度，其次要知道重力儀內(nèi)部的構(gòu)造，這是前面學習過的內(nèi)容。教學目標知識目標了解影響重力儀精度的主要因素；掌握消除各種影響重力儀精度的方法。能力目標理解影響重力儀精度的因素和消除方法、情感目標培養(yǎng)學生獨立思考的能力，運用一些常識來理解所學知識，而不是單調(diào)的死記硬背，以達到更好的效果。教學分析與準備教學重點掌握消除影響重力儀測量精度的方法。教學難點影響重力儀測量精度的因素有很多種，而且有些還是比較難以消除的，并且有些消除方法并不能用簡單的三言兩語就能講得清楚，這是本課的難點。教學策略自主學習和探究學習相結(jié)合課時安排2課時（45分鐘2）教學環(huán)境普通教室教學過程2009～2010第二學期《重力勘探》教案教學組織教學內(nèi)容備注組織課堂引入新課講授新課熱脹冷縮的道理學生是比較熟悉的，所以從這里入手。本校教學所用的重力儀便是利用電熱恒溫裝置。提問，氣壓變化為何能使平衡體發(fā)生變化？根據(jù)自己對電、磁的了解，說說看電、磁是如何影響平衡體的。一般放置于水平位置。小結(jié)作業(yè)師生問好，進入教學提問:1、前面我們學了重力儀的靈敏度，那么測量的精度跟靈敏度之間有什么關系呢？對于重力儀，除了要求它應該具有較高的靈敏度外，還必須要求它有較高的精確度。與提高重力儀的靈敏度相比，使重力儀達到所需要的精確度，卻是比較復雜的問題。影響重力儀測量精度的因素主要是溫度、儀器傾斜、重力儀零點位移、以及靜電力、磁力、氣壓變化的影響等等。溫度變化的影響及其消除方法實驗證明，重力儀的讀數(shù)與溫度變化密切相關，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因比較復雜，其中主要的有：重力儀各部件的熱脹冷縮使各著力點間的相對位置發(fā)生變化；重力儀中彈簧的彈力常熟隨溫度變化；外界溫度變化使重力儀內(nèi)部溫度變化不均勻，造成其中氣體發(fā)生對流給平衡體以沖擊力，或因溫度變化改變空氣的密度，使平衡體所受浮力發(fā)生變化等等。溫度變化的影響不僅復雜，而且也十分嚴重。例如，石英制成的彈簧，它的彈性溫度系數(shù)約為120×，即當溫度變化1度時，它的變化就可以使重力儀產(chǎn)生1200g.u.的讀數(shù)差。石英的線膨脹系數(shù)