物理：鲁科版 必修2 5.1 万有引力定律及引力常量的测定 （教案）

1、第一节万有引力定律和引力常数的确定知识目标首先，知识和技能1理解“地心理论”和“日心说”2了解万有引力定律的发展过程知道开普勒三定律吗4理解万有引力定律理解重力常数二、过程和方法1通过课件模拟天体运动来解释开普勒三定律利用圆周运动的知识来理解天体运动理解万有引力定律，并用它来解释天体现象4了解用扭转测量重力常数的探究方法第三，情感态度和价值观1理解发现万有引力定律的意义体验科学规律在人类探索未知世界中的作用知识要点1开普勒三定律万有引力定律3卡文迪什的扭曲实验知识上的困难1了解万有引力定律及其应用2理解卡文迪什扭曲实验的科学概念教学方法1问题教学法教学过程:【史论】中国对天体的认识：2100多

2、年前，马王堆西汉墓出土了嫦娥奔月的画和帛书。月亮女神是一个传说，也可以说是一个梦，这表明中国已经研究天空很长时间了。如果说世界第八大奇迹秦始皇陵的天空是按照星星的分布用夜明珠镶嵌的，那么中国对天体的追求在秦朝之前就是一种尝试。从战国时期楚国大诗人屈原的代表作天问中，人们对浩瀚的宇宙提出了一系列问题，反映了人类对自然奥秘的渴望。然而，由于种种原因，中国对天体的认识并没有进入实质，同样的古代文明在这个问题上也进行了不同的探索。1古希腊人的探索：首先，从恒星的轨道开始，最早的说法是天体围绕地球旋转(地心理论)，主要观察月亮、太阳、水星、金星、火星、土星等。还可以制作一张火星黑心绕地球的轨迹图，并基于

3、宇宙的横向发展以托梅勒的震中理论为基础(本书100页)，人类自古以来就孜孜不倦地探索天体的运动规律，由天文学家托勒密设计。这一理论持续了近2000年文艺复兴的影响：1943年，天文学家哥白尼提出了日心说，认为太阳是宇宙的中心，所有的行星都围绕太阳作匀速圆周运动。日心说反映了太阳系的真实面貌，但仍存在一些不足：第谷对A星的观测与计算结果不一致；开普勒对第谷测量数据的研究简介。第谷是一位天文观测者，他仔细而系统地观测恒星，他的测量结果是托勒密和哥白尼的理论计算结果与观测数据不一致。开普勒研究了第谷的观测数据，希望进一步解释哥白尼的行星圆形轨道，但他的努力失败了。他认为需要进一步改进的不是第谷的粗心

4、，而是哥白尼的理论。开普勒开始研究行星的非均匀和非圆周运动，最后提出了三个定律。(通过回顾历史，学生可以理解，人们对未知世界的探索是艰难的，但却是永无止境的，这激发了学生对人类探索未知世界的兴趣)【课件演示】展示行星的轨道和太阳的位置，引导学生仔细观察，加深学生对开普勒第一定律的理解，并说明行星的轨道是非圆的。学生们被要求观察行星在相同的时间内扫过相同的区域，这样学生们就能理解开普勒第二定律。在同一轨道上，一颗行星离太阳越近，它移动的速度就越快，这表明这颗行星的移动速度是不均匀的。学生需要掌握开普勒第三定律。行星围绕太阳运行的半长轴的立方与公转周期的平方成正比：引导学生自学信息窗，通过研究行星

5、绕太阳运行的数据加深学生对开普勒三定律的理解。创造问题开普勒的三个定律只能解释行星运动的定律，但不能解释为什么它是这样工作的。为什么你不能离开太阳，坠入其中？当人们停留在空中时，他们是非常意识形态化的。它们越高，意识形态就越强，但地球如此之高，但它根本不是意识形态？请回答问题。行星做什么？行星呈曲线运动。请分析一下这个星球是否受到了力的影响。根据曲线运动条件，行星必须受到与运动方向成一定角度的力的作用，这表明太阳的行星之间有一个力。根据开普勒第二定律，在同一轨道上，行星离太阳越近，它移动得越快。根据圆周运动的离心现象，如果运动速度增加，向心力不变，就会出现离心现象。运动的行星将做向心运动，而不

6、是离心现象。请分析原因：解释太阳和行星之间的作用力与距离有关，距离越小，作用力越大。引导学生自学拓展一步的内容，从而知道太阳和行星之间的力与太阳和行星的质量有关。从以上几个方面，我们可以初步了解太阳与行星之间的相互作用力，并定性地知道这种作用力与哪些因素有关。牛顿利用开普勒三定律和他在力学和数学方面的研究成果(在具体过程中有潜力的学生可以在以后的书中自己研究)，从定量的角度提出了万有引力定律：自然界中的任何两个物体都是相互吸引的，吸引的方向是沿着这两个物体的连线。吸引力f的大小与两个物体质量的乘积成正比，与两个物体之间的平均距离r成反比。两个物体只能是粒子。r是两个粒子之间的距离(如果它是一个

7、均匀的球体，它是两个球体中心之间的距离)。是的。g是引力常数。是的。重力存在于自然界的任何两个物体中。是的。这可以从三个方面来解释：太阳和行星之间的相互作用符合万有引力定律；地球附近的物体也被地球吸引，并满足万有引力定律；从例题可知，地球上两个物体之间存在引力，这也满足万有引力定律，这说明万有引力定律适用于自然界中的任何两个物体。牛顿的万有引力定律只提出引力与两个物体的质量和距离有关，但它不能给出一个精确的引力常数。如何精确测量引力常数已经成为物理学中普遍关注的一个重大问题。【难点】请分析与引力常数相关的因素。它与物体的质量和物体之间的距离有关。在实验中准确计算它们的值并不困难。当然，它也与重力有关。由于重力相对较小，这必然会给重力的实验测量带来困难。克服困难英国物理学家卡文迪什运用正确的实验方法和思想，巧妙地利用力矩平衡条件和微放大方法设计了一种扭转天平，它能精确测量两次铅球之间的微小引力，从而证明了万有引力定律的正确性，从而获得了高度精确的引力常数G=6.6512-11m3/(kg.s2)。【课件演示】通过对卡文迪许实验原理的课件演示，学生可以更好地理解卡文迪许的扭转实验原理。倒梯形框架的变形比张力大得多，极小的力更容易测量，小镜子反射的光起到数字放大和