高中物理第三章万有引力定律2万有引力定律教案2教科版必修.doc

第2节 万有引力定律教学过程： 教学环节 教师活动 学生活动 设计说明 引入新课 新课教学 引导学生阅读教材第 47 页，由向心力公式和开普勒第三定律推导出： 牛顿的猜想 讨论与思考 课堂讨论 学生分析 引导学生阅读教材第 49 页“物理在线” 牛顿的月地检验的内容 课堂思考 介绍牛顿的工作 牛顿的功绩 万有引力定律 万有引力的验证 万有引力常量的测量 引导学生阅读教材第 49 页“课外阅读”卡文迪许扭秤实验播放动画 课堂思考 生活实例思考问题 一、若把行星绕太阳的运动简化为匀速圆周运动，太阳与行星间的引力规律的推导 对此问题，英国科学家牛顿做了深入的思考与分析，下面就让我们一起来经历一下这个思考过程 二、牛顿的猜想 （一）猜想一关于苹果和月亮受力关系的猜想 苹果与月亮受到的力可能是同一种力 1树上脱落的苹果为什么会落地而不飞向天空？ 2如果苹果树长得像山一样高，结果如何？ 3如果苹果树长到月亮轨道的高处，结果又如何？ 4那么天上的月亮为什么掉不下来？ 5如果月亮停止转动，月亮也会掉下来吗？ 6如果苹果具有抛射速度，是否会像月亮一样落不下来呢？ 牛顿的抛体设想： 将物体抛出，速度越大，抛射越远，当速度大到一定值，物体将绕地飞行，永不触及地球 （二）猜想二关于苹果和月亮受力规律的猜想 既然月亮绕地球运行的方式与行星绕太阳的运行方式相似，那么地球对月亮的引力和太阳对行星的引力就有可能是同一种力，如果这种猜想成立，再结合上一猜想，那么苹果受到的力与月亮受到的力应遵从“平方反比”的关系 如何来检验进一步的猜想呢？下面列出的是当时可以测量的物理量，根据这些量，请你分析怎样可以检验地球对月亮的引力与距离的平方成反比的关系？ （三）猜想三大胆合理外推 既然苹果与地球、月亮与地球以及行星与太阳之间的力都是同一种的力，那么你有何想法？ 牛顿利用他发明的微积分解决了式中 r 的含义， r 是指两星体球心间的距离他运用相当复杂的几何方法根据开普勒第二定律，证明了这个规律在行星进行椭圆轨道运行时仍然成立 牛顿在 17 世纪 60 年代到 17 世纪 80 年代的 20 年中，把引力思想不断扩展最终扩展到宇宙万物中：任意两个物体之间都存在吸引力 牛顿的理论著作：1687 年发表自然哲学的数学原理，对猜想进行严格地理论证明 三、万有引力定律（一）内容任何两个物体之间都存在相互作用的引力，这个力的大小与这两个物体的质量的乘积成正比，与两物体之间的距离的二次方成反比 （二）表达式：式中： G 为万有引力常量， r 为两物体中心的距离相距很远的物体可以看成质点，对球形物体而言， r 为球心距离 （三）适用条件：两质点之间 四、万有引力的验证 （一）哈雷彗星回归预测 （二）万有引力常量的测量 虽然万有引力的准确性被验证了，但人们还是被一些问题困扰着：物体间的引力能否测出？万有引力常量 G 数值为多大？ 1798 年卡文迪许通过精巧设计的实验测出万有引力常量 1实验原理简介： 模拟卡文迪许扭秤实验的实验过程 该实验设计有什么巧妙之处？ 2利用光的反射巧妙地将微小形变进行了放大 这个实验从设计到测量对科学家都是极大的挑战，卡文迪许研究了整整 50 年才成功 3实验数据 当时测量的G值为 ，现在公认的 G 值为G 值的物理含义：两个质量为 1kg 的物体相距 1m 时，它们之间万有引力为 6.6710-11 N生活实例： 两个质量为 50kg 的同学相距 0.5m 时的相互吸引力有多大？ 太阳与地球之间的引力大约是 1022 N 可见：一般物体之间的万有引力太小了，因此通常不考虑4扭秤实验的意义 证明了万有引力的存在，使万有引力定律进入了真正实用的时代，卡文迪许是第一个在实验室里称出地球质量的人万有引力定律发现的意义是什么？ 五、 万有引力定律发现的意义： （一）第一次揭示 了自然界中一种基本相互作用的规律 （二）把地上的力与天上的力统一起来，提供了研究天体运动的理论基础，在文化发展史上重大意义，使人们有信心理解天地间的各种事物的信心，解放了人们的思想，在科学文化的发展史上起到了积极的推动作用 思考： 1万有引力与重力的关系是什么？ 2万有引力定律在天文学上有哪些应用？ 学生讨论并回答：太阳对行星的引力 F 为行星运动所受的向心力，即其中 m 为行星的质量， r 为行星轨道半径，即太阳与行星的距离由上式可得出结论：太阳对行星的引力跟行星的质量成正比，跟行星与太阳的距离的二次方成反比 即： 根据牛顿第三定律，太阳吸引行星的力与行星吸引太阳的力是同性质的相互作用力既然太阳对行星的引力与行星的质量成正比，那么行星对太阳也有作用力，也应与太阳的质量 M 成正比，即： 用文字表述为：太阳与行星之间的引力，与它们质量的乘积成正比，与它们的距离的平方成反比 牛顿还研究了月地间的引力、许多不同物体间的作用力都遵循上述引力规律，他把这一规律推广到自然界中任意两个物体间，即具有划时代意义的万有引力定律 学生答： 1苹果受重力作用 2依然落地 3依然落地 4月球绕地球旋转，所受地球引力提供向心力 5是的 6是的 结论：苹果受到的力与月亮受到的力应该是同一种力 学生回答： 月球轨道处的加速度结论：苹果受到的引力与月亮受到的引力应该遵从“平方反比” 的关系 学生回答：地球对卫星也遵守平方反比关系 学生记笔记 学生介绍课下查找的资料 1682 年 8 月，天空出现一颗特殊彗星，它非常明亮且拖着长长的彗尾哈雷认真观测了这颗彗星，并与历史上的记录做了比较，发现曾经有两颗彗星与这颗彗星很像，很可能是同一颗彗星 于是哈雷大胆地猜想：彗星会回归，且具有固定的周期和轨道但当时牛顿还没提出万有引力定律，哈雷无法具体证明这种猜想等万有引力定律正式提出后，哈雷进行计算，算出椭圆轨道和周期，并预测 76 年后彗星会回归 1758 年 12 月 2 5 日晚，那颗彗星果真被人们所发现哈雷的预言成功了，牛顿的万有引力定律也得到了有力的验证！ 实验原理简介 将两个小球固定在杆上，并用金属细丝悬挂起来，当两个大球分别靠近小球时，杆转动，金属细丝扭转，与杆的转动相抗衡，平衡时杆不再转动金属细丝转过的角度与大小球之间的引力对应，通过转角可以求出引力 在金属丝上装上一块平面镜，随金属细丝一起旋转，光线射到平面镜后反射，在较远的光屏观察光斑的移动，就可以测出金属细丝转过的角度 学生答： 利用光的反射巧妙地将微小形变进行了放大 学生回答： 依据： 学生回答： 让学生参与论证 体会牛顿的思维过程 了解地月检验 体会万有引力定律发现的意义 理解实验方法的巧妙 体会一般物体之间的万有引力 布置作业略板书设计 第二节 万有引力定律 一、若将行星绕太阳的运动简化为匀速圆周运动，太阳与行星间的引力规律的推导：二、牛顿的猜想 结论1：苹果受到的力与月亮受到的力应该是同一种力 结论2：苹果受到的引力与月亮受到的引力应该遵从“平方反比”的关系 结论3：任意两个物体之间都存在吸引力 三、万有引力定律 （一）内容： 任何两个物体之间都存在相互作用的引力，这个力的大小与这两个物体的质量的乘积成正比，与两物体之间的距离的二次方成反比 （二）表达式：式中： G 为万有引力常量， r 为两物体中心的距离相距很远的物体可以看成质点，对球形物体而言， r 为球心距离 （三）适用条件： 严格地，适用于质点间的相互作用；近似地，用于两个物体间的距离远远大于物体而言，本身的大小时；特殊地，用于两个均匀球体， r 是两球心的距离 四、万有引力定律的验证 （一）哈雷彗星回归预测：（二）万有引力常量的测量： 测量 G 值为， 现在公认的 G 值为G 值的物理含义：两个质量为 1kg 的物体相距 1m 时，它们之间的引力为6.67210-11 N 五、万有引力定律发现的意义（一）第一次揭示了自然界中的一种基本相互作用的规律 （二）把地上的力与天上的力统一起来，提供了研究天体运动的理论基础，在文化发展史上有重大意义，使人们有信心理解天地间的各种事物，解放了人们的思想，在科学文化的发展史上起到了积极的推动作用 教学流程图：学习效果评价： 本节课内容充实，创设情景，引导学生积极参与，使学生经历万有引力定律的科学探究与发现的过程，充分调动了学生的学习兴趣，特别注意培养学生的自学与表达能力，本课的设计可使学生很好地掌握知识，深入地体会科学方法，培养学生良好的思维习惯，使学生更喜爱学习物理 教学反思： 本教学设计充分考虑了新教材的特点， 教学目标的制定符合课标要求和学生实际，特别突出了过程与方法的指导、渗透在教学资源方面，充分挖掘了编者的设计意图，并且结合学生层次进行了处理，资源充足、适用需特别指出的是，本节课将万有引力定律的推导过程留给学生比教师带着推导更能调动学生思维，更方便发现学生的问题对万有引力