云南省高中物理 6.3万有引力定律教案 新人教版必修2.doc

1 云南省高中物理云南省高中物理 6 36 3 万有引力定律教案万有引力定律教案 新人教版必修新人教版必修 2 2 一 内容及其解析一 内容及其解析 1 1 内容 内容 通过月 地检验充分说明了地面上的物体所受的力与太阳 行星间的引力是同种 性质的力 2 2 解析 解析 本节课讲述牛顿通过对月 地检验发现 地面物体受到地球的作用力 与月球受 到地球的吸引力为同一种力 并且大胆的提出世界上任意两个物体之间都具有 与两个物 体的质量成正比 与它们之间距离的二次方成反比 的吸引力 经过直接或间接的检验 上述大胆的假设与推论成为科学史上最伟大的定律之一 万有引力定律 表达式中 g 叫 做引力常量 适用于任何物体 直到牛顿发现万有引力定律一百多年后 英国物理学家卡 文迪许才测出了这个常量 使万有引力定律更具有了实用价值 二 目标及其解析二 目标及其解析 1 了解万有引力定律发现的思路和过程 知道重物下落与天体运动的统一性 2 知道万有引力是一种存在于所有物体之间的吸引力 3 知道万有引力定律公式的适用范围 4 会用万有引力定律公式解决简单的引力计算问题 三 教学问题诊断分析三 教学问题诊断分析 根据现有知识 学生对体会地面上的物体所受的力与太阳 行星间的引力是同种性质的力 有些困难 四 教学支持条件分析四 教学支持条件分析 应用多媒体课件结合理论分析 学生要更容易理解和掌握 万有引力定律 五 教学过程设计五 教学过程设计 1 1 教学基本流程 教学基本流程 回顾太阳与行星间的引力 提出维持月球绕地球运动的力与地球上苹果下落的力是否为同 一种性质的力 得出万有引力定律 练习 小结 2 2 教学情景 教学情景 问题问题 1 1 月 地检验的结果有什么重要的意义 设计意图 设计意图 知道维持月球绕地球运动的力与地球上苹果下落的力是为同一种性质的力 问题问题 2 2 万有引力定律中说到任何两个物体之间都存在引力 那么是不是所有引力都能用 公式 f g来计算呢 2 r mm 设计意图 设计意图 知道公式 f g的使用条件 2 r mm 问题问题 3 3 由万有引力定律可知地面上的物体也应受到地球对它的引力 该引力是否就是物 体受到的重力 设计意图 设计意图 知道万有引力与重力的区别 例题评析例题评析 应用点一 万有引力定律公式的理解应用点一 万有引力定律公式的理解 例例 1 1 如图所示两球间的距离为 r 两球的质量分布均匀 大 小分别为 m1 m2 半径大小分别为 r1 r2 则两球的万有引力 大小为 2 a g b g 2 21 r mm 2 1 21 r mm c gd g 2 21 21 rr mm 2 2 21 rrr mm 设计意图 设计意图 公式 f g中 r 的物理意义应是两物体质心间的距离 而不是物体表面间 2 21 r mm 的距离 解析 解析 两球质量分布均匀 可认为质量集中于球心 由公式可知两球间万有引力应为 d 选项正确 答案为 d 2 21 21 rrr mm g 思维总结 1 万有引力定律适用于质点或两个均匀球体之间的万有引力 2 均匀球体之间万有引力的计算应取两球心 间距离 拓展练习 1 1 若两物体之间的距离 r 趋于零时 根据公式 f g 请探究分析两物 2 21 r mm 体间的万有引力将如何变化 应用点二 万有引力定律的应用应用点二 万有引力定律的应用 例例 2 2 已知均匀球体对其他物体的万有引力等效于将其全部质量集中于球心时对其他物体的 万有引力 如图所示 有一半径为 r 的均匀球体 球心为 o1 质量为 8m 今自其内挖去一 个半径为的小球 形成球形空腔的球心为 o2 将小球移出至图示位置与大球相切 小球 2 r 球心为 o3 图中 o1 o2 切点和 o3四点共线 求此时小球与大球剩余部分之间的万有引力 设计意图 设计意图 将均匀球体挖去一小球后变成了不均匀的球体 此时不能直接用万有引力定律 公式来计算两球间的万有引力大小 但我们利用割补法来求解 解析 解析 小球质量 为 m 8m 8m m 大 小 v v 3 3 3 4 2 3 4 r r 大球对小球 o3的万有引力为 f1 g 2 2 29 32 2 3 8 r m g r mm 小球 o2对小球 o3的万有引力为 f2 g 2 2 2 r m g r mm 小球 o3与大球剩余部分之间的万有引力为 f f1 f2 2 2 9 23 r gm 答案 2 2 9 23 r gm 思维总结 对于有规则几何形状 质量分布均匀的物体 它们之间的距离为几何中心的距 离 对于质量分布不均匀的规则物体应具体情况具体分析 解题中注意发散思维的应用 本题的创新之处有两个 其一出题新 由质点间的引力和均匀球体的引力扩展到了有空腔 的球体上 其二 解题的思路新 巧妙地运用了割补法来求解 3 拓展练习 2 1 如图所示 一个质量均匀分布的半径为 r 的球体对球外质点 p 的万有引力 为 f 如果在球体中央挖去半径为 r 的一部分球体 且 r 则原球体剩 2 r 余部分对质点 p 的万有引力变为 a b c d 2 f 8 f f 8 7 4 f 应用点三 重力和万有引力的关系应用点三 重力和万有引力的关系 例例 3 3 设地球表面重力加速度为 g0 物体在距离地心 4r r 是地球的半径 处 由于地球 的作用而产生的加速度为 g 则 g g0为 a 1b 1 9c 1 4d 1 16 设计意图 设计意图 地球周围的物体受到地球的万有引力随高度的增加而减小 在忽略地球的自转 时重力等于万有引力 解析 解析 地面上 g mg0 2 r m 离地心 4r 处 g mg 2 4 r mm 由 两式得 答案为 d 16 1 4 2 0 r r g g 思维总结 1 切记在地球表面的物体 mg g成立的条件是忽略地球的自转 2 r mm 2 物体在离地面一定高度处 所受的万有引力通常也用 mg 表示 只是 g 随高度的增加 而减小 不再等于地面附近的 g 拓展练习 3 1 设地球表面重力加速度为 g 月心到地心的距离是地球半径的 60 倍 试计 算月球的向心加速度 六 目标检测六 目标检测 1 由于月球轨道半径约为地球半径的 60 倍 则月球轨道上物体受到的引力是地球上的 根 据 物体在月球轨道上运动时的加速度 月球公转的向心加速度 应该是它在地面 附近下落时的加速度 自由落体加速度 的 计算对比两个 就可以分析验证两 2 60 1 个力是否为同一性质的力 2 自然界中任何两个物体都相互吸引 引力的大小与物体的质量 m1和 m2的 成正比 与它们之间距离 r 的 成反比 公式 式中 g 是比例系数 叫做 适用于任何两个物体 英国物理学家 比较准确地测出了 g 的数值 通常取 g 引 力常量是自然界中少数几个重要的物理常量之一 配餐作业配餐作业 从下列三组题中任意选择两组题完成 建议选择 ab 或 bc a a 组题组题 1 月 地检验的结果说明 a 地面物体所受地球的引力与月球所受地球的引力是 同一种性质力 b 地面物体所受地球的引力与月球所受地球的引力不是同一种类型的力 c 地面物体所受地球的引力只与物体质量有关 即 g mg d 月球所受地球的引力除与月球质量有关外 还与地球质量有关 2 下列说法中正确的是 a 万有引力定律是卡文迪许发现的 b 卡文迪许扭秤是用来验证万有引力定律是否正确的 c 被人们称为 能称出地球质量的人 是牛顿 4 d 万有引力常量是一个有单位的常量 3 两大小相同的实心小铁球紧靠在一起 它们之间的万有引力为 f 若两个半径是小铁球 2 倍的实心大铁球紧靠在一起 则它们之间的万有引力为 a 2f b 4f c 8f d 16f 设计意图 设计意图 基础知识练习 b b 组题组题 1 已知地球半径为 r 将一物体从地面移到离地面高 h 处时 物体所受万有引力减少到原 来的一半 则 h 为 a r b 2r c r d 1 r22 2 月球表面重力加速度只有地球表面重力加速度的 1 6 一根绳子在地球表面能拉着 3 kg 的重物产生最大为 10 m s2的竖直向上的加速度 g地 10 m s2 将重物和绳子均带到月球 表面 用该绳子能使重物产生沿月球表面竖直向上的最大加速度为 a 60 m s2b 20 m s2 c 18 3 m s2d 10 m s2 3 地球质量约为火星质量的 9 倍 地球半径约为火星半径的 2 倍 那么在地球表面重力为 600 n 的人到火星表面上的体重变为 4 地球半径为 r 在离地面 h 高处和离地面 h 高处重力加速度之比为 设计意图 设计意图 提高学生对基础知识的理解 运用能力 c c 组题组题 1 某星球的半径与地球半径之比为 2 1 质量之比为 1 5 假如某人在星球上和地球上跳 高 则他在星球上和在地球上以相同的初速度竖直向上跳起的高度之比是多少 2 某物体在地面上受到的重力为 160 n 将它放置在卫星中 在卫星以 a g 的加速度随 2 1 火箭向上加速升空的过程中 当物体与卫