公开课《万有引力定律》教案.doc

万有引力定律教案市四中学 俞萍教学目标1介绍万有引力定律的发现过程， 。2介绍万有引力恒量的测定方法，增加学生对万有引力定律的感性认识。3通过牛顿发现万有引力定律的思考过程和卡文迪许扭秤的设计方法，渗透科学发现与科学实验的方法论教育。重点难点1万有引力定律的研究过程，是本节课的重点。2由于一般物体间的万有引力极小，学生对此缺乏感性认识，又无法进行演示实验，故应加强举例。教学过程(一)引入新课：现在大家都看到银幕上这片美丽的星空，夜空中这些美丽的星星实际上就是大家都知道的宇宙天体，在广阔无垠的宇宙中散布着许多大小不一，形态各异的天体，如大家熟悉的太阳，地球，月亮一样，它们都在各自的轨道上运行着一直以来，人们都对头顶上这片天空有着无数的联想与猜测，许多人也前赴后继，一如既往地探索着这个神秘世界我想在座的同学从小到大也都有过一些疑问，不知大家是否思考过这样的问题：（播放多媒体资料）（） 我过西昌卫星发射站发射卫星时的情景，为什么卫星进入太空后可以绕着地球运转？（） 月球为什么会绕着地球运转？（） 太阳系中的九大行星为什么会绕着太阳运转，而且在各自的轨道上相安无事？这一切如此和谐，但其中又有着许多未知，今天我们就来学习新的内容，从中了解一下其中的奥秘(二)教学过程一历史回顾：课前让同学预习并查阅有关部门资料，对历史上有关天体研究的重要观点做了一些了解，下面请同学来介绍一下了解到的内容（学生介绍）（） 希腊的托勒玫，集古希腊天文学之大成，建立了地心宇宙观，即地心说，主张地球居宇宙的中心，静止不动，不日月行星及恒星都围着地球转动，由于他的观点与当时教会的一些观点有相同之处，因此深得人们的信任，他的这个观点一直统治了将近多年（） 波兰的哥白尼，对天体运动进行了长时间的观察之后，越发地对托勒玫的观点产生了怀疑，大胆地提出了自己的观点，即日心说，他认为宇宙的中心不是地球，而是太阳，包括地球在内的其他行星都是围太阳转动的为了坚持真理，他最终受到教会迫害而死（） 丹麦的第谷，他是一位出色的观察家，从小对天文非常感兴趣，连续二十多年对行星进行观察，并记录积累了许多详尽而且精确的数据，据记载他观测行星的位置误差不超过，为后来人们研究提供相当好的资料（） 德国的开普勒，他继承了第谷的遗愿，在第谷所留下的观察数据帮助下，最中总结出了行星运行的三大定律，揭示了行星在轨道，周期，速率等方面的规律（） 英国的牛顿，前面的科学家都没有真正揭示为什么行星会绕着太阳转动这个问题，而牛顿因为站在了巨人的肩膀上，结合他本身的努力与敏捷的思维，最终发现了这最终的奥秘，很好的解释了之前的问题二牛顿的伟大发现：牛顿最有名的故事苹果的故事（播放多媒体资料）一天， 牛顿在苹果树下看书，突然苹果从树上掉了下来，这引发了他许多思考，为什么苹果不往天上飞，而总往地上掉？现在大家都知道这原因地球对苹果的吸引力他不因此而中断了思考，他想，如果苹果数可以长到月球轨道的高度，那它依然要受地球的吸引而往下掉，但如果给它一个水平向右，足够大的速度，那它就将绕地球做圆周运动，那大家都知道做圆周运动一定要有向心力，那此时谁来提供向心力呢？地球对它的吸引力因此，他又想，如果把苹果换成月球，那么月球绕地球转的向心力也应是地球对它的吸引力牛顿利用理想实验思维第一次将地球上和天上的物体运动及相互作用统一起来，得出一切有质量物体间都具有相互吸引的作用，并后来在他的大量实验及理论研究下，最终得出了万有引力定律（万有引力的发现并非一个苹果掉下来那么简单，从时间上看它的发现经历了将近二十个世纪，多少人为之付出代价，我想大家应该要铭记于心的）（一）万有引力：一切有质量的物体之间具有的相互吸引力，这个相互吸引的作用叫做万有引力普遍性：万有引力是普遍存在于宇宙中任何有质量物体之间的相互吸引力，它是自然界中物质之间的基本的相互作用之一，任何客观存在的两部分有质量的物质之间都存在着这种相互作用。相互性 ：两个物体相互作用的引力是一对作用力与反作用力。它们大小相等，方向相反，分别作用在两个物体上 提问如果你在地球上的重力为，那你对地球的吸引力为多少？（）（二）万有引力定律：任何物体都是相互吸引的,两物体间引力的大小跟物体质量的乘积成正比,跟它们的距离平方成反比.（）数学表达式: （介绍表达式中的各个物理量及其单位：）万有引力恒量（牛顿）m 1 m 2质点的质量（千克）G万有引力恒量（牛顿*米2/千克2）R质点间的距离（米）注：的取值：当物体是两个均匀球体时，它们的是球心间的距离；当两个物体是非均匀不规则物体时，只有在它们间的距离远大于它们的线度时，才可以把它们看作质点，按质点取法取值提问：当两个不规则物体之间的距离很近，趋于时，他们之间的是否趋于？答：否，万有引力定律是建立在质点模型上的，当两个不规则物体之间距离很近趋于时，它们不可以看作质点，而此表达式已经失去它的宏观意义了三万有引力恒量的测定卡文迪许扭秤实验：牛顿发现了万有引力定律，但万有引力恒量G这个常数是多少，连他本人也不知道。按说只要测出两个物体的质量，测出两个物体间的距离，再测出物体间的引力，代入万有引力定律，就可以测出这个恒量。但因为一般物体的质量太小了，它们间的引力无法测出，而天体的质量太大了，又无法测出质量。所以，万有引力定律发现了100多年，万有引力恒量仍没有一个准确的结果，这个公式就仍然不能是一个完善的等式。直到100多年后，英国人卡文迪许利用扭秤，才巧妙地测出了这个恒量。（播放多媒体）这个扭秤的主要部分是这样一个T字形轻而结实的框架，把这个T形架倒挂在一根石英丝下。若在T形架的两端施加两个大小相等、方向相反的力，石英丝就会扭转一个角度。力越大，扭转的角度也越大。反过来，如果测出T形架转过的角度，也就可以测出T形架两端所受力的大小。现在在T形架的两端各固定一个小球，再在每个小球的附近各放一个大球，大小两个球间的距离是可以较容易测定的。根据万有引力定律，大球会对小球产生引力，T形架会随之扭转，只要测出其扭转的角度，就可以测出引力的大小。当然由于引力很小，这个扭转的角度会很小。怎样才能把这个角度测出来呢？卡文迪许在T形架上装了一面小镜子，用一束光射向镜子，经镜子反射后的光射向远处的刻度尺，当镜子与T形架一起发生一个很小的转动时，刻度尺上的光斑会发生较大的移动。这样，就起到一个化小为大的效果，通过测定光斑的移动，测定了T形架在放置大球前后扭转的角度，从而测定了此时大球对小球的引力。卡文迪许用此扭秤验证了牛顿万有引力定律，并测定出万有引力恒量G的数值。这个数值与近代用更加科学的方法测定的数值是非常接近的。G=6.6710 Nm/kg 2物理意义: 两个质量都是1Kg的质点相距1m时的万有引力为6.671011N.注意这个万有引力恒量是有单位的：它的单位应该是乘以两个质量的单位千克，再除以距离的单位米的平方后，得到力的单位牛顿，故应为Nm2/kg2。提问：卡文迪许扭秤实验的巧妙之处在哪儿？答：平面镜的应用，将微小形变放大的方法提问标尺放得近些还是远些好？答：远些好，这样更容易观察反射光线转过的角度：卡文迪不仅用这个实验测得了万有引力恒量的值，还验证了牛顿的正确性，而且他利用这个实验测得了地球的质量：四万有引力定律的应用未知天体的发现天