高中物理 万有引力定律教案 教科版必修1

用心 爱心 专心1 万有引力定律万有引力定律 一 教学目标一 教学目标 1 了解万有引力定律得出的思路和过程 2 理解万有引力定律的含义并会推导万有引力定律 3 知道任何物体间都存在着万有引力 且遵循相同的规律 二 教学重点二 教学重点 1 万有引力定律的推导 2 万有引力定律的内容及表达公式 三 教学难点三 教学难点 1 对万有引力定律的理解 2 使学生能把地面上的物体所受的重力与其他星球与地球之间存在的引力是同性质的 力联系起来 四 教学方法四 教学方法 1 对万有引力定律的推理 采用分析推理 归纳总结的方法 2 对疑难问题的处理 采用讲授法 例证法 五 教学步骤五 教学步骤 导入新课导入新课 请同学们回忆一下上节课的内容 回答如下问题 1 行星的运动规律是什么 2 开普勒第一定律 第三定律的内容 同学们回答完以后 老师评价 归纳总结 同学们回答得很好 行星绕太阳运转的轨道是椭圆 太阳处在这个椭圆的一个焦点上 那么行星为什么要这样运动 而且还有一定的规律 这类问题从 17 世纪就有人思考过 请 阅读课本 这个问题的答案在不同的时代有不同的结论 可见 我们科学的研究要经过一 个相当长的艰巨的过程 用心 爱心 专心2 新课教学新课教学 1 同学们阅读完以后 知道到了牛顿时代的一些科学家 如胡克 哈雷等 对这一问 题的认识更进了一步 把地面上的运动和天体的运动统一起来了 事实上 行星运动的椭圆 轨道离心率很接近于 1 我们把它理想化为一个圆形轨道 这样就简化了问题 易于我们 在现有认知水平上来接受 根据圆周运动的条件可知行星必然受到一个太阳给的力 牛顿认为这是太阳对行星的引 力 那么 太阳对行星的引力 F 应该为行星运动所受的向心力 即 再根据开普勒第三定律 代入上式 可得到 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 跟行星到太阳的距离的二次方成反比 即 F 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 F 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 用公式表述 公式中的 G 是一个常数 叫万有引力常量 用心 爱心 专心3 进而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 于 是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 2 万有引力定律 1 内容 自然界中任何两个物体都是相互吸引的 引力的大小跟这两个物体的质量 的乘积成正比 跟它们的距离的二次方成反比 2 公式 3 疑问 在日常生活中 我们各自之间或人与物体间 为什么都对这种作用没有任 何感觉呢 这是因为一般物体的质量与星球的质量相比太小了 它们之间的引力太小了 所以我 们不易感觉到 下一节课的卡文迪许的精巧的扭秤实验将为我们验证 4 各物理量的含义及单位 r 表示两个具体物体相距很远时 物体可以视为质点 如果是规则形状的均匀物体 r 为它们的几何中心间的距离 单位为 米 G 为万有引力常量 G 6 67 10 11 单位为 N m2 kg2 这个引力常量的出现要比万 有引力定律晚一百多年哪 是英国的物理学家卡文迪许测出来的 我们下节课就要学习 5 扩展思路 牛顿想验证地面上的物体的重力与月地间 行星与太阳间的引力是同种性质的力 他 做了著名的 月 地 检验 请同学们阅读课本第 105 页有关内容 然后归纳一下他的思 路 如果重力与星体间的引力是同种性质的力 都与距离的二次方成反比关系 那么 月球绕地球做近似圆周运动的向心加速度就应该是重力加速度的 1 3600 牛顿计算了月球的向心加速度 结果证明是对的 如果我们已知地球质量为 5 89 1024kg 地球半径为 6 37 106m 同学们试计算一下 月球绕地球的向心加速度是多大 同学们通过计算验证 为了验证地面上的重力与月球绕地球运转的向心力是同一性质的力 还提出一个理 想实验 设想一个小月球非常接近地球 以至于几乎触及地球上最高的山顶 那么使这个 用心 爱心 专心4 小月球保持轨道运动的向心力当然就应该等于它在山顶处所受的重力 如果小月球突然停止 做轨道运动 它就应该同山顶处的物体一样以相同速度下落 如果它所受的向心力不是重力 那么它就将在这两种力的共同作用下以更大的速度下落 这是与我们的经验不符的 所以 是同性质的力 6 万有引力定律发现的重要意义 万有引力定律的发现 对物理学 天文学的发展具有深远的影响 它把地面上物体运动 的规律和天体运动的规律统一了起来 在科学文化发展上起到了积极的推动作用 解放了人 们的思想 给人们探索自然的奥秘建立了极大的信心 人们有能力理解天地间的各种事物 六 巩固练习 用投影片出示题目 六 巩固练习 用投影片出示题目 1 要使两物体间的万有引力减小到原来的 1 4 下列办法不可采用的是 A 使两物体的质量各减小一半 距离不变 B 使其中一个物体的质量减小到原来的 1 4 距离不变 C 使两物体间的距离增为原来的 2 倍 质量不变 D 距离和质量都减为原来的 1 4 2 火星的半径是地球半径的一半 火星的质量约为地球质量的 1 9 那么地球表面 50 kg 的物体受到地球的吸引力约是火星表面同质量的物体受到火星吸引力的 倍 3 两个大小相同的实心小铁球紧靠在一起时 它们之间的万有引力为 F 若两个半径为 原来 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 4F B 2F C 8F D 16F 参考答案 1 D 2 2 25 3 D 七 小结 用投影片出示内容 七 小结